660 MW直流锅炉启动时蒸汽温度高的原因分析及解决措施

武虎坡，吴斌蕾

(神华河北国华定洲发电有限责任公司，河北 保定 073000)

1 设备概况

神华河北国华定洲发电有限责任公司(简称“定洲发电公司”)二期工程采用660 MW超临界、变压运行机组，锅炉为SG2150/25.40-M976型，螺旋管圈单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊П型结构、露天布置的燃煤直流锅炉。锅炉设计采用正压直吹式制粉系统，磨煤机为HP1003型中速碗式磨煤机，出口配置旋转式分离器，燃烧方式采用摆动式四角切圆燃烧技术，煤粉燃烧器为四角布置、切向燃烧、摆动式直流燃烧器。

2 存在的问题及原因分析

2.1 存在的问题

为节约燃油成本，在启动阶段，锅炉采用等离子拉弧后直接点燃煤粉燃烧，此时采用各种方法降低主蒸汽、再热蒸汽温度，但主蒸汽和再热蒸汽出口的蒸汽温度变化很小。在定洲发电公司3号机组冲转时，当主蒸汽压力为7 MPa时，对应温度为450 ℃，再热器压力为0.8 MPa时，再热蒸汽温度为480 ℃，这与汽轮机厂要求冷态冲转参数主、再热蒸汽温度小于400 ℃不匹配，如果直接冲转则对汽轮机的安全及寿命构成了一定的风险。

2.2 原因分析

根据运行经验，可以确定启动时蒸汽温度偏高的主要原因为水冷壁产生的蒸汽量太小。用再热器喷水调温时，发现稍微增加减温水量，喷水后的温度即降至该压力下的饱和温度。

由于锅炉是按照燃油启动工况设计的，采用等离子点火后，燃煤火焰的辐射特性与投油启动时油燃烧有很大区别：炉膛的吸热量远远小于燃油启动时的吸热量，产汽量小于燃油启动时汽量，因此，要达到机组冲转参数就要增大燃料量，如此产生恶性循环，造成过热蒸汽和再热蒸汽温度偏高并且难以控制，偏离机组冲转时规程要求的主蒸汽和再热蒸汽温度参数；炉内燃烧工况和温度场分布较以前发生了很大的变化，改变了烟气和蒸汽的传热特性。同时，锅炉在进入干态运行前，直流锅炉主要表现为汽包锅炉的运行特性：锅炉的辐射和对流传热比例发生变化，辐射传热减小，对流传热增多；煤粉燃烧烟气温度会大幅升高,从而引起汽温升高；锅炉蒸发量相对减小，蒸汽系统流量偏小，蒸汽温度偏高。

3 解决措施

3.1 减小过量空气系数

机组启动过程中，过量空气系数对对流受热面的吸热有一定影响，过量空气系数变大，对流受热面吸热增加；过量空气系数变小，对流受热面吸热减少。过量空气系数α=燃烧1 kg燃料所实际供给的空气质量/完全燃烧1 kg燃料所需的理论空气质量[1]，因此尽量减少锅炉送风量，以增加炉膛辐射热，减少后烟道对流热。

3.2 降低一次风速度

将A磨入口风量调小至75 t/h，控制A磨出口压力为2 kPa。

3.3 增加燃料燃尽率

调整燃烧器配风，增加炉膛的燃尽率，为此增加AI层偏置风量，减少A层周界风到合适风量，以保证一次风尽可能提前着火，使其在炉膛充分燃烧，增加辐射热量。

3.4 增加煤粉细度

利用旋转分离器控制煤粉细度，缩短煤粉燃尽时间。

3.5 提高给水和一次风温度

采用等离子点火启动时，投入暖风器提高一次风温度，以及磨煤机入口一次风温度，使单台磨干燥出力尽可能达到启动的要求，煤粉充分燃烧。尽量利用辅助蒸汽系统(除氧器、疏水暖风器)等设备，提高锅炉进口的给水温度和一次风、二次风入口温度，提高炉膛的整体温度水平和燃烧温度，增加炉膛的产汽量。

3.6 提高给水温度及控制给水流量

采取两方面的措施：增加除氧器辅助蒸汽加热量；适当减少给水流量，但要确定各流量表计的准确性。超临界直流锅炉启动时，设计最小给水流量为30%BMCR，定洲发电公司锅炉容量为645 t/h，此最小流量的设计主要是考虑水冷壁的安全。定洲发电公司启动系统设计为大气式扩容器系统，不带启动循环泵，也没有至除氧器回收系统，启动过程中存在大量的热量损失。因此省煤器入口水温不可能太高，锅炉水冷壁蒸发段靠上，在维持启动过程燃料负荷的情况下，给水流量越大、给水温度越低，锅炉的产汽量越低，过热蒸汽和再热蒸汽温度越难控制；给水流量越小、给水温度越高，锅炉的产汽量越高，过热蒸汽和再热蒸汽温度越容易控制。

3.7 降低燃烧火焰中心

机组启动过程中，燃烧火焰中心越低，越有利于增加蒸发段吸热和减少过热段吸热，而且有利于控制过热蒸汽和再热蒸汽温度，为此应当减少磨投入层数，最好A磨，启动阶段不超过2台。

3.8 控制冲转压力

可适当降低冲转压力，有利于启动时锅炉蒸发段(水冷壁)产汽量的增加，机组冲转参数相对容易控制。在汽轮机冲转参数允许的情况下，可以尽量开大高压旁路(40%以上)，以增加锅炉受热面的流通量，降低各级受热面的温度。

3.9 适当控制减温水

调控减温水，以调节各级蒸汽温度，但必须注意避免减温水调整过度，保持减温水有一定的过热度。

3.10 尽量缩短机组冲转至并网的时间

从整体协调上，尽量缩短机组冲转至并网的时间。在汽缸各点金属温度、各对应点金属温差、汽缸膨胀、胀差、机组振动值、大轴桡度、润滑油压力温度、凝汽器真空等数据均在规程规定范围内时，应尽快完成机组冲转至并网的过程。

4 结束语

660 MW超临界机组冲转时，锅炉侧主蒸汽和再热蒸汽温度偏高的主要原因是：等离子点火启动的超临界锅炉火焰辐射特性与燃油启动的超临界锅炉火焰辐射特性存在很大的差别，煤粉燃烧工况下炉膛的传热量远小于燃油启动时的传热量，造成产生的蒸汽量小，因此要满足机组冲转压力，就要相应增加燃料量，从而引起对流受热面换热量增加，蒸汽出口汽温升高，如此产生恶性循环，造成过热、再热汽温难以控制。通过采取以上解决措施后，冲转前，过热蒸汽压力和温度分别为7 MPa，390 ℃；再热蒸汽压力、温度分别为0.5 MPa、400 ℃，满足了汽轮机冲转参数的要求，确保了设备的安全运行。

[1] 白国亮.锅炉设备运行[M].北京:中国电力出版社，2006.

本文责任编辑：齐胜涛