锅炉冷态启动过程中汽温倒挂问题的分析与对策

蔡国柱，胡中庆，李文华，李 剑

（1.浙江浙能温州发电有限公司，浙江 乐清 325602；2.浙江天工自信科技有限公司，杭州 310014；3.浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014）

0 引言

微油点火技术是在锅炉启动时以煤代油为启炉提供能量，以达到锅炉启动和稳燃工况下节省用油的目的。微油点火改造后启炉时，因炉内传热分配比例发生变化，相应的运行参数会与改造前有所不同，出现启炉时升温、升压速率不同，过热器进、出口汽温倒挂（末级过热器进口汽温高于出口汽温）等情况。从已进行微油点火改造的锅炉运行情况看，微油点火改在最下层（A层）时汽温倒挂现象并不明显，但改在从下往上数第二层（B层）时会出现一定程度的过热器汽温倒挂现象。

温州发电厂二、三期4台300 MW机组锅炉完成微油点火技术改造后，在冷炉启动过程中一直存在较严重的汽温倒挂现象。为避免在启动过程中汽温倒挂过大而引起屏式过热器出口汽温超温，以及可能给锅炉带来的一些不安全因素，在冷炉启动时机组带负荷前需投入大油枪，同时降低微油点火燃烧器的出力。如此的运行方式导致启炉时微油点火技术无法得到充分应用，节油效率大打折扣。

1 设备概况及改造情况

温州发电厂300 MW机组二期3号、4号锅炉以及三期5号、6号锅炉均为上海锅炉厂引进美国ABB-CE公司技术生产，分别为SG-1025/18.3-M843和SG-1025/17.5-M869型的亚临界中间一次再热控制循环汽包炉，配用中速磨直吹式制粉系统，单炉膛π型露天布置、固态排渣、平衡通风、全钢架悬吊结构，采用四角正反切圆燃烧、喷嘴摆动调温，燃用中等结渣性烟煤，现常用煤种为富动24、优混煤，设计煤种参数如表1所示。3号、4号机组分别于2001年4月和2001年9月投产，5号、6号机组分别于2005年3月和2005年7月投产。

表1 锅炉设计煤种参数 %

炉前布置5台HP-863型中速磨煤机，每台磨煤机出口4根煤粉管道接1层燃烧器，4台磨煤机就可满足锅炉最大出力（BMCR）负荷，其中1台备用。燃烧器四角布置，采用WR燃烧器和同心反切圆燃烧系统，共20只切向燃烧摆动式燃烧器，分5层布置。燃烧器自下而上依次为：AA，A，AB，B，BC，C，CD，D，DE，E，EF，OFA。

每台锅炉设有3层轻油枪，共12支，采用机械雾化，二级点火方式，燃用0号轻柴油，单支油枪出力1 000 kg/h。

2006年4月—2007年8月，相继对5号、6号、4号、3号炉进行微油点火改造。考虑到锅炉正常运行一般投用上4层燃烧器，为了能在低负荷工况投微油枪运行时减少切换磨煤机的工作量，将B磨所对应的B层燃烧器（从下往上第二层）改造为微油点火燃烧器，B磨改造后启动给煤量为10 t/h，微油枪设计出力为40～60 kg/h·支。改造后大油枪系统保持不变。

2 汽温倒挂现象

温州发电厂300 MW机组利用微油点火进行冷炉启动时，存在锅炉升压缓慢而升温较快的问题，锅炉启压后末级过热器进口汽温高于出口汽温。随着B磨给煤量的增加，末级过热器汽温倒挂进一步加剧，特别在汽机冲转至带30～40 MW负荷阶段，为了稳住锅炉蒸汽压力，增加了B磨出力，汽温倒挂现象更加严重，高达60℃以上，甚至出现屏式过热器出口汽温超温现象，而温州发电厂锅炉一、二级过热器减温水要在机组带30 MW负荷后才可投用，因而给锅炉运行安全带来一定隐患。为了控制启炉过程中汽温倒挂现象，运行人员会在汽机冲转前投入2～4只大油枪进行助燃，同时降低B磨出力，投入A磨运行。锅炉微油点火启动过程的汽温曲线如图1所示。

图1 锅炉微油点火启动相关参数

嘉兴发电厂一期300 MW机组锅炉与温州发电厂二、三期锅炉同类型，微油点火改造时也将B层燃烧器改为微油点火燃烧器。在微油点火启炉过程中同样出现了过热器汽温倒挂现象，但倒挂程度略好于温州发电厂，最高约30℃，主要原因是嘉兴发电厂一期锅炉减温水在机组带负荷之前即可投入，有效控制了过热器进口蒸汽温度，减小了汽温倒挂程度。另外，嘉兴发电厂一期锅炉燃用的神华煤挥发份较高，也有利于汽温倒挂的控制。

3 原因分析

微油点火是在锅炉启炉时以煤代油，由于煤与油的燃烧特性不同，引起微油点火冷炉启动初期炉内的传热分配与大油枪启动有所不同。炉膛水冷壁吸热有95%来自辐射，从炉膛的辐射公式来看， 决定辐射强度的 2 个关键因素是火焰温度和传热系数。用微油点火启炉时，煤的燃烬时间比燃油长，燃烧强度偏弱，相应的煤粉火焰会比较长，从而引起启炉初期火焰中心上移，随着磨煤机给煤量的增加，火焰中心上移会更加明显，同时由于微油点火燃烧器安装在B层，使火焰中心上移的影响更为突出。冷炉启动时，微油点火燃烧器产生的煤燃烧火焰温度比油火焰低，利用微油点火，在启炉初期燃烧器喷口处的煤粉火焰温度虽可达1 000℃左右，但随着火焰向炉膛推进，温度逐渐下降，炉膛内煤粉整体火焰温度约为600～850℃。另外，利用微油点火启炉，煤粉燃烧产生的大量飞灰充满炉膛，加之此时炉内通风比较弱，炉膛内非常浑浊，可见度差，飘浮在炉膛内的飞灰焦炭颗粒温度较低，且具有很强的辐射吸热能力，阻碍了煤粉火焰对炉壁的辐射传热。以上原因导致炉膛下部辐射吸热减少，更多的热量传到炉膛上部或对流受热面，导致微油点火启炉时锅炉升压慢而升温快，出现汽温倒挂现象。

4 解决措施

根据以上研究分析，为减缓温州发电厂300 MW机组微油点火冷炉启动过程中出现的汽温倒挂现象，需要提高微油点火燃烧器煤粉燃烧强度，控制煤粉火焰的中心，加强炉膛下部的辐射传热比率。根据各台机组的具体情况，采取了以下调节措施：

（1）在微油点火冷炉启炉时，尽可能给B磨提供高挥发份、高热值、低水份的燃煤。高挥发份、低水份燃煤有利于微油点火时加强煤粉燃烧，提高煤粉的燃烧强度和火焰温度，强化炉膛下部的传热。

（2）在微油点火燃烧器许可范围内适当提高微油枪出力，增强微油点火燃烧器的引燃能力，促进煤粉燃烧。在提高微油枪出力时，应密切关注微油燃烧器的壁温情况，以防燃烧器烧损。

（3）在微油点火启动时，适当关小微油燃烧器所对应的磨煤机出口风门挡板，以提高煤粉细度，加强煤粉燃烧，有利于提高煤粉火焰温度、煤粉燃烬和火焰中心的控制。

（4）合理控制启炉时磨煤机一次风的投用，中速磨启炉时可以把一次风量控制在50 t/h左右。一次风量的降低不但可以提高煤粉细度，还可以延长煤粉在微油燃烧器高温引燃区的停留时间，有利于煤粉引燃和燃烬。另外，运行条件允许时可尽量提高磨煤机出口一次风温度，以提高一次风风煤混合物的温度，加强煤粉燃烧。

（5）调整二次风的配风方式，合理控制二次风总风量。过多的二次风量会降低燃烧区域的整体火焰温度，减弱高温烟气在炉膛底部的辐射传热，所以在保证锅炉安全运行的前提下，尽量减小启炉初期的二次风总风量，把锅炉运行总风量控制在45%～55%，满足运行所需即可。调整二次风配风方式，当锅炉启压后，提高微油燃烧器上方的BC和CD层二次风风量，减小炉膛上部DE，EF，OFA和炉膛下部AB层的二次风风量，延长煤粉火焰在炉膛下部的停留时间，防止火焰中心上移。

温州发电厂5号炉微油点火冷炉启动时，对配风方式和油枪出力进行调整，从点火到带40 MW负荷的整个过程不投大油枪，仅用微油点火完成，取得了较好的效果，汽温倒挂现象得到有效控制，最高倒挂温度小于35℃，较以往有了明显改善。启炉过程相关数据曲线如图2所示。

图2 5号炉微油点火启动调整后运行参数

5 结语

温州发电厂300 MW机组锅炉微油点火冷态启炉时出现末级过热器汽温倒挂现象，主要是由于微油点火启炉时投用燃煤，相对于燃油，煤粉燃烧具有燃烧强度低、燃烬时间长、火焰温度低等特点，导致启炉时火焰中心上移，炉膛下部辐射吸热比率减小，而微油点火改造在B层（从下往上数第二层）更加剧了火焰中心上移。

结合锅炉具体情况，提出了启炉时调整煤质和启动磨煤机运行参数、微油枪出力、二次风配风方式等具体措施来控制汽温倒挂现象。从调整后5号炉的启动情况来看，不投大油枪、仅利用微油点火完成启炉过程，汽温倒挂得到了有效控制，微油点火技术也得到了充分应用，取得了较好的效果。

[1]容銮恩，袁镇福，刘志敏，等.电站锅炉原理[M].北京：中国电力出版社，1997.