超临界旋流对冲燃烧锅炉蒸汽温度偏差的试验研究

陈连军 黄启龙 戴维葆

国电科学技术研究院

1.概述

国电某电厂600MW超临界参数锅炉，由东方锅炉厂生产，采用旋流对冲燃烧方式，配5套MGS4060双进双出钢球磨正压式直吹制粉系统，对应20只双调风低旋流燃烧器分5层布置于炉膛前后墙上，前墙从下往上分别为B层、C层、D层，后墙从下往上分别为A层、E层。

2. 问题描述

锅炉自投产后约一年时间内，一直存在屏式过热器A、B两侧温升偏差，不同磨煤机组合时有不同的偏差。具体情况如下：当A、B、C三台磨煤机运行时，机组负荷400MW以下，过热蒸汽参数额定，过热减温水量40～70t/h，再热蒸汽555℃～562℃，再热减温水量为0，屏式过热器温升偏差高达30℃以上（A侧高，B侧低）；当A、B、C、E四台磨煤机运行，机组负荷400MW~520MW，过热蒸汽和再热蒸汽温度额定，过热减温水40t/h～60t/h，再热减温水量为0，屏式过热器A、B两侧温升偏差为10℃～15℃（A侧高，B侧低））；当A、B、C、D、E五台磨煤机运行时，机组负荷520MW以上，过热蒸汽和再热蒸汽温度额定，过热减温水量50t/h～90t/h，再热减温水量为0，屏式过热器A、B侧温升偏差在5℃以内。通过高温过热器前蒸汽交叉以及减温水纠正后，末级过热器出口蒸汽温度没有偏差，故对此问题没引起注意。经过近3个月的连续运行，屏式过热器温升偏差越来越严重，当严重时，在ABCE磨运行时，A侧屏式过热器进出口温度分别为402℃和584℃，B侧屏式过热器进出口温度分别为411℃和525℃,两侧温升偏差高达69℃。

蒸汽温度偏差容易造成高温侧受热面超温，低温侧蒸汽温度达不到额定，由于蒸汽偏差造成蒸汽温度达不到额定，影响机组的经济性，甚至影响机组带负荷能力；超（超）临界锅炉由于受热面高，易产生氧化皮，当壁温变温速度达到一定程度，氧化皮容易脱落，造成受热面堵管等，导致受热面爆管[1]。

3. 原因分析

根据蒸汽温度偏差的情况分析，显然不同磨煤机组存在着不同的蒸汽温度偏差表现形式，以往蒸汽温度偏差研究，主要从配风或汽水侧着手分析解决[2-3]，本文根据现场情况，从各粉管煤粉量对蒸汽温度偏差进行分析。

3.1 省煤器出口氧量分布

机组450MW负荷下，A、B、C、E磨运行，对省煤器出口的烟气氧量分布进行测量，发现烟气氧量分布呈A侧低B侧高的趋势，如图1所示。

图1 450MW负荷省煤器出口烟气氧量与CO浓度分布情况（左-右）

由图1可看出，省煤器出口氧量呈A侧低B侧高，与屏式过热器出口壁温分布（与屏式过热器蒸汽温升A侧高B侧低一致）趋势相反，屏式过热器出口壁温分布如图2所示。另外，由于氧量分布不均，CO浓度分布存在偏差，呈左高右低，局部区域CO浓度可达到1600ppm。

图2 450MW时屏式过热器壁温分布情况（左-右）

3.2 磨煤机各粉管的煤粉出力

考虑到锅炉采用前后墙对冲燃烧方式，炉宽方向上烟气穿透作用非常弱，可忽略不计，从省煤器出口氧量分布情况可推断炉膛出口的氧量分布呈A侧低B侧高的趋势，因此炉宽方向上存在风量或燃料量分布不均或二者兼有。首先对各磨煤机不同粉管的煤粉量进行测量，采用零压摆动式煤粉等速取样装置（AKOMA2000），试验结果如图3所示。

图3 不同磨煤机各粉管8分钟测得的煤粉量

由图3可见，当A、B、C磨煤机运行时，各层燃烧器左侧的煤粉量之和明显大于右侧，如1号喷燃器（A侧）的煤粉量之和在1500g/8min以上，4号喷燃器（B侧）仅为1000g/8min，相差约35%；A、B、C、E磨煤机运行时，偏差明显减小；ABCED磨运行时，各喷燃器的煤粉量之和分布较均匀。煤粉量分布情况与前文提到的不同磨煤机组合（ABC磨、ABCE磨、ABCED磨）的蒸汽温度偏差情况非常吻合。450MW负荷（ABCE磨运行）时的屏式过热器壁温分布与煤粉量分布也一致，见图2、图3。

根据以上分析，炉宽方向上的煤粉量分布不均是造成炉内热负荷不均匀、蒸汽温度偏差的根本原因，同时造成炉宽方向上的氧量不均、局部CO浓度高等问题。

3.3 各磨煤机出力偏差的原因

从制粉系统结构特性、运行状况等方面分析各粉管煤粉出力偏差的原因。从制粉系统结构角度来看，磨煤机出口至动态分离器入口直管段的距离约3m～4m，所以分离器入口的流场较稳定。根据动态分离器运行特性及相关试验结果（应该有相关文献的引用！），随着分离器转速的提高，分离器后各粉管的煤粉出力趋于均匀，随着分离器转速从65%降低到45%，蒸汽温度偏差无变化，由此可见分离器转速不是煤粉出力偏差的主要原因。

结合煤粉量分布情况，对磨煤机出口各粉管的一次风速进行测量及热态一次风调平，进一步分析各粉管煤粉出力大幅偏差的原因。试验结果表明，磨煤机各粉管的一次风速偏差较大，A、E磨煤机更为严重，且各粉管的煤粉出力偏差与一次风速偏差具有一致性，见表1。

表1 A、E磨煤机各粉管一次风速偏差、煤粉量偏差

试验中，磨煤机各粉管的一次风平均风速为18m/s～19m/s，最低为12m/s，即一次风管存在积粉现象，加剧了一次风速和煤粉量的偏差，从而导致了严重的热负荷偏差。

可见，一次风速偏差是造成煤粉量偏差的重要因素。由于A、E磨煤机对应的燃烧器在后墙，各一次风管绕到锅炉后墙，阻力偏差大，造成了一次风管风速偏差大，且粉管水平段较长，更易造成粉管积粉，加剧了一次风速和煤粉量偏差。

4. 结语

根据以上分析，对一次风管中积粉进行吹扫，每台磨煤机进行一次风速热态调平后，并提高一次风速至24m/s以上，屏式过热器蒸汽温度偏差得到缓解，氧量分布偏差减小。通过本试验研究表明：

（1）一次风速偏差是造成煤粉量偏差及炉内热负荷偏差的重要因素之一，当总体一次风速偏低的情况下，更易造成粉管积粉，加剧一次风速和粉量偏差，故一次风速热态调平及合适的一次风速是解决炉内热负荷偏差的基础工作。

（2）前后墙对冲旋流燃烧方式的锅炉，省煤器氧量分布与蒸汽温度偏差存在着一定的相关性，蒸汽温度高的一侧氧量较低，从受热面壁温分布上也可说明这一点。

[1]樊泉桂,樊晋元. 超超临界锅炉的汽温偏差探析[J]. 锅炉技术,2010（3）:1～4.

[2]陈瑞龙. 超临界对冲燃烧器锅炉屏过汽温偏差原因分析及对策[J]. 电站系统工程,2010（9）:25～26.

[3]岳俊峰,高远,黄磊等. 600MW超临界旋流燃烧器锅炉优化运行研究[J]. 电站系统工程,2010(5):15～17.