直流炉屏式过热器超温的原因分析及控制措施

欧一顺

(华能东方电厂，海南 东方572600)

0 概述

华能东方电厂一期工程2×350MW燃煤机组，采用哈尔滨锅炉厂制造的HG-1100/25.4-YM1型超临界直流锅炉，型式为单炉膛、平衡通风、固态排渣、全钢架、全悬吊结构、∏型、露天布置。采用中速磨正压直吹式制粉系统，配置2台一次风机和5台HP803/Dyn型中速磨煤机。在BMCR工况下，磨煤机采用4运1备方式。锅炉设计煤种为山西平朔煤，校核煤种为印尼燃煤，采用前后墙对冲燃烧方式，一台磨煤机对应一层燃烧器，共布置5层燃烧器(前墙3层，后墙2层，前墙从下至上分别是A、B、C层，后墙从下至上分别是E、D层)，每层布置4只低NOX轴向旋流煤粉燃烧器。

锅炉的汽水系统(见图1)以内置式启动分离器为界设计成双流程，从冷灰斗进口一直到中间混合集箱之间为螺旋管圈水冷壁，再连接至炉膛上部的水冷壁垂直管屏和后水冷壁吊挂管，汇集后经下降管引入折焰角、水平烟道底包墙和水平烟道侧墙，再引入汽水分离器。从汽水分离器出来的蒸汽引至顶棚和包墙系统，再进入低温过热器中，然后再流经屏式过热器和末级过热器。从汽水分离器分离出来的水经冲洗、溢流调节阀至疏水扩容器、疏水箱再排至污水池或当水质合格后经疏水泵回收到凝汽器热井中(见图2)。为控制过热汽温，除调节锅炉的煤水比外，设置两级喷水减温器，一级减温器布置在低温过热器和屏式过热器之间，二级减温器布置在屏式过热器和末级过热器之间。减温水取自省煤器入口处的给水管道。

1 屏式过热器出现的超温情况

东方电厂1#、2#机组为国产350MW超临界机组中首批投产的机组，分别于2009年6月和12月试运168 h后投入正式运营。在运行过程中，1#、2#锅炉的屏式过热器曾多次发生超温现象，轻微超温时在屏过出口230个壁温测点中出现1～5点超温，严重时出现5～10点超温，更严重的情况出现10～20点及更多点的超温情况，严重影响了锅炉的安全、稳定运行。

图1 锅炉汽水系统

图2 汽水分离器水侧系统图

2 屏式过热器超温的原因分析

2.1 煤水比严重失调

直流锅炉在控制过热汽温的过程中，以调节煤水比作为“粗调”，保证中间点温度(锅炉汽水分离器出口汽温)的过热度在10℃ ～20℃的范围内，再以一、二级减温水作为调节过热汽温的“细调”，将末级过热器出口汽温控制在570±5℃的范围内。但在实际运行过程中，因煤水比的计算问题及一次风压大幅波动等原因，致使实际的煤水比严重失调，使中间点温度的过热度很快偏离正常值，导致屏式过热器出现超温现象。此种情况下，即使全开一级减温水也不能很好地控制屏过壁温。因为直流炉在干态时，总的蒸汽流量与进入水冷壁的给水所产生的蒸汽量与过热器减温水汽化后产生的蒸汽量之和相等。当锅炉负荷不变时，总的蒸汽流量和总的给水流量也基本保持不变。当开大减温水时，相当于减少了进入水冷壁的给水流量，在给煤量不变的情况下，煤水比会增大，反而会使中间点温度的过热度升高，对控制屏过壁温不利。

2.1.1 煤水比的计算问题

磨煤机故障跳闸后重新启动的过程中，因为磨煤机故障跳闸时不会执行对磨煤机的吹扫程序，导致磨煤机内部以及输粉管道内积存大量煤粉。DCS控制逻辑在进行煤水比计算时，“煤”只包括各给煤机的煤量与油枪耗油所折算的煤量之和，所以在故障跳闸磨煤机检查结束后重新启动时，其内部积存的大量煤粉不能计算在总煤量之中，此时在DCS监视系统中所计算出的煤水比远小于实际值，致使中间点温度的过热度很快偏离正常值，导致屏式过热器发生超温。

2.1.2 一次风压大幅波动

当一台一次风机处于运行，另一台一次风机检修结束后恢复运行时，若进行两台一次风机的并列操作中调整操作不当，会造成一次风压突然升高;加上磨煤机冷、热风挡板调节的滞后性，此时，会使各运行磨煤机一次风速增大，将磨煤机及输粉管内的大量煤粉瞬间吹进炉膛。此时被多带进炉内的煤粉也不能计算在煤水比的“总煤量”之中，使DCS监视系统所计算的煤水比远小于实际值，导致中间点温度的过热度很快偏离正常值，致使屏式过热器发生超温。

2.2 煤质变化大

由于市场煤价上涨，为控制燃料成本，入厂煤除了采购平朔煤(设计煤种)外，还大量进口印尼煤、菲律宾煤。印尼煤、菲律宾煤煤质波动大，发热量在3500 Kcal/kg至5000Kcal/kg不等;又加上原煤场设计偏小，难以实现合理配煤，致使入炉煤的煤质波动较大。在锅炉燃烧过程中，常因配煤不合理，遇到两台或三台磨煤机同时变煤种的情况。当由高热值煤种变为低热值煤种的时候，为保证负荷不变，控制系统会使总给煤量在1～2分钟内自动增加15t/h～20t/h。由于进入炉内的总煤量增加，炉内会产生额外的大量烟气，将多余部分热量带到屏过处，使屏过烟气侧吸热增强。但由于直流炉的惯性，当锅炉燃料量增加后需要3～5分钟的时间，蒸汽量才会有明显的增加。因锅炉产生蒸汽的滞后性，导致屏过对烟气的吸热量大于同一时间内蒸汽对其进行的冷却量，在减温水未及时调整的情况下，造成屏式过热器超温。

2.3 协调控制系统不完善

在机组加负荷时，控制系统中的负荷指令会去执行加风、加煤、加水的相应操作，但因协调系统不完善，往往会使煤量增加速度较快。炉内在短时间内产生额外的大量烟气，将部分多余热量带到屏过处，使屏过烟气侧吸热增强。同样因为直流锅炉产生蒸汽的滞后性，导致屏过对烟气的吸热量大于同一时间内蒸汽对其进行的冷却量，在减温水未及时调整的情况下，造成屏式过热器超温。

2.4 炉膛火焰中心上移

炉底捞渣机水封严重漏风;燃烧器组合方式不合理，主要是在低负荷情况下，因下层燃烧器对应的制粉系统故障检修，而采用投用中、上层燃烧器的方式时，均会造成炉膛火焰中心上移。从而造成屏过的吸热量大于蒸汽对其的冷却量，致使屏式过热器发生超温。

2.5 屏过管子内积有杂质

在安装、检修过程中，因施工原因残留了部分杂质在屏式过热器局部管子内，屏过因局部冷却不均发生超温现象。1#、2#炉在2010年发生的两次屏过爆管，最终检查结果都发现爆管处残留了焊条、螺帽等杂质。

2.6 减温器喷嘴堵塞

1#、2#炉投产初期，在锅炉减温水调节阀全开的情况下，减温水流量能达到40t/h以上。但随着运行时间增长，在相同给水压力、相同减温水调节阀门开度的情况下，减温水流量逐渐减小，甚至在减温水调节阀全开时，流量仍小于10 t/h以下。当需要通过减温水来控制屏过壁温时，因减温水流量受限而导致屏过超温。

2.7 屏式过热器局部受热面积灰、结渣严重，吹灰不及时

因印尼煤、菲律宾煤灰熔点较低，通常在1200℃以下，锅炉在燃烧这两种煤时受热面的积灰很容易结渣。如果吹灰不及时，就会造成屏过局部受热面积灰、结渣，导致屏过吸热不均，局部受热面吸热增强，使屏过发生个别温度点超温的情况。

2.8 人员操作经验欠缺

在加/减负荷、启/停制粉系统、煤质发生突变的情况下，因协调控制系统不完善，会出现中间点温度无过热度的情况，使锅炉汽水分离器的储水罐内出现水位。当储水罐内的水位升高，为防止汽水分离器进水，操作人员会将给水调节由自动切为手动，人为减少给水流量。若控制不及时，储水罐内的水位会继续升高，为防止蒸汽带水，操作人员会打开冲洗或溢流水阀进行排水。排水过程中因带走了炉水部分热量，会减少锅炉的产汽量。另外，如果冲洗或溢流水阀关闭不及时，会造成部分蒸汽短路，致使流过屏式过热器的蒸汽量不足，发生屏过壁温超限的情况。

3 控制屏式过热器超温的措施

针对引起屏式过热器超温的以上原因，需分别采取措施，加以控制。

3.1 严格控制煤水比在正常范围

磨煤机故障跳闸后重新启动前，先适当降低过热度设定值，即提前适当减小煤水比;另外，在对磨煤机及输粉管道进行通风吹扫时，需根据过热度上涨趋势，缓慢增加一次风量，必要时可采取逐一打开磨煤机出口关断阀进行吹扫的方式。

在启动第二台一次风机时，可根据一次风母管压力，缓慢增加刚启动的一次风机的出力，适当减小先前运行的一次风机的出力，以保证一次风压不发生大幅升高的情况。另外，为避免一次风压大幅升高导致煤水比严重失调的情况，在操作前可适当降低过热度设定值，提前适当减小煤水比。

3.2 加强燃料管理，保证入炉煤质稳定

根据煤场存煤情况，完善配煤工作，尽量保证入炉煤质稳定。根据调度下达的计划负荷曲线和煤仓存煤情况，提前变更上煤方式，避免2台以上的磨煤机同时更换煤种的情况发生。加强与燃料部门的沟通工作，严格执行配煤调度单的上煤方式，防止发生上错煤的情况。在更换煤种时，燃料部门应及时将煤种变更时间及煤仓的存煤情况通报给集控人员，以便集控人员提前做好监视工作，根据煤种变化情况及时做出相应的燃烧调整。

3.3 优化和完善自动控制系统

通过优化和完善DCS控制系统中的各参数，以实现机组在加负荷时，能够控制好煤量增加的速度和幅度，消除屏式过热器吸收烟气热量与蒸汽对其冷却量的不平衡。

3.4 严格控制炉膛火焰中心

通过监视烟气流量与总风量的差值，以及引风机电流、氧量等参数的变化来加强对炉膛漏风的监视。尤其是要对捞渣机水封进行严密监视，避免水封失水，炉底严重漏风，造成火焰中心上移。

充分利用夜间低负荷的情况，对下层燃烧器对应的A、E磨煤机轮流进行检查消缺，避免A、E磨煤机因故障同时停运，锅炉只能运行中层及上层燃烧器，造成炉膛火焰中心上移的情况。

3.5 防止屏过管子内的积存杂质

在组装屏过受热面时，先对各受热面的每根管子进行通球检查或用高压蒸汽对管子进行彻底吹扫，以确保管内无杂质。在屏过安装、检修期间，加强检查，防止焊渣、螺帽等杂物进入管子内。

3.6 防止减温器喷嘴堵塞

在减温水系统安装、检修过程中，要加强检查，防止杂质进入管道及减温器内部。在减温水系统安装、检修结束后，应接临时管道对其进行冲管，以清除杂质。在减温水系统投运过程中，必须保证给水水质合格。利用机组计划检修时间，对减温器喷嘴进行彻底检查、清理。

3.7 及时清除受热面积灰

在锅炉运行过程中，根据煤种情况加强对屏过各点温度监视，及时吹灰。对灰分较高，灰熔点较低的煤种，增加吹灰次数，并尽可能选择在高负荷下吹灰。利用机组检修时间，对受热面进行彻底检查，以清除积灰。

3.8 提高人员操作技能

强化人员培训，提高操作技能，增强在异常工况下手动调整参数的能力，培养根据参数变化趋势做出超前调整的能力。

4 结束语

造成屏式过热器超温的原因较多，在实际运行过程中，应根据超温情况重点从烟气侧和蒸汽侧来加以分析。在做出任何操作调整前都需要进行充分考虑，以确保屏式过热器吸收烟气的热量与同一时间内蒸汽对其进行冷却的能量间保持相对平衡，从而尽量避免和减少屏式过热器发生超温的情况，以确保锅炉安全、可靠地运行。经过不断地分析、总结，并有针对性地采取措施，东方电厂1#、2#炉在2011年的运行过程中，屏式过热器超温现象得到了有效控制，超温次数逐渐减少，全年未发生屏式过热器多点同时超温的情况，为保证1#、2#炉长周期、安全稳定运行奠定了基础。

［1］白国亮.锅炉设备运行［M］.北京:中国电力出版社，2005.

［2］金维强.大型锅炉运行［M］.北京:中国电力出版社，1998.

［3］朱全利.大型锅炉运行［M］.北京:中国电力出版社，2006.