1000MW超超临界锅炉反向双切圆燃烧系统试验研究

刘思平 华润电力（海丰）有限公司

王毅斌 周 静 西安交通大学热能工程系

1000MW超超临界锅炉反向双切圆燃烧系统试验研究

刘思平 华润电力（海丰）有限公司

王毅斌 周 静 西安交通大学热能工程系

过热器超温；冷态空气动力场；温差

1.概述

华润电力（海丰）有限公司（以下简称“海丰电厂”）2×1000MW超超临界燃煤机组锅炉为哈尔滨锅炉厂设计制造的HG-3100/28.25-YM4型超超临界变压运行直流锅炉，采用П型布置、单炉膛、一次中间再热、低NOX主燃烧器和高位燃尽风分级燃烧技术、反向双切圆燃烧方式，每台锅炉配6层煤粉燃烧器，每层各8只，共48只煤粉燃烧器。 A层燃烧器配有微油点火装置，共8支，单支出力为120kg/h，还隔层配置AB、CD、EF三层大油枪，共24支，单支出力为1275kg/h。制粉系统为ZGM123G-II型中速磨煤机冷一次风正压直吹式制粉系统，每台炉配6台磨煤机，BMCR工况下5运1备，并配备6台与之相适的电子称重式给煤机（型号）。

2.问题现状及原因分析

2.1 问题现状

海丰电厂机组投产后锅炉运行时存在如下问题：

（1）炉膛左右两侧烟气温度及过热器、再热器汽温偏差较大（最大时达90℃），为平衡过热器汽温偏差需投大量的减温水；

（2）燃烧器区域冷壁、前屏过热器、后屏过热器、末级过热器、高温再热器经常出现超温现象，尤其是燃烧器区域水冷壁2015年两台炉出现过4次超温爆管情况；

2.2 原因分析

（1）烟气温度偏差大

虽在两台炉在吹管前均已进行冷态动力力场试验及调整，但投产后前水#2、 #3号角及后#5、 #8角烟气温度偏高，属于二次风风量标定、喷口摆角角度及一次风调平、标定未达到预期效果，运行实际炉膛内切圆燃烧存在程椭圆状偏斜现象，造成两侧烟气温度偏差大；虽经电科院指导进行热态燃烧调整，但收效甚微。

经检修时发现部分燃烧器风室隔板变形，造成二次风喷嘴摆动时卡死，燃烧器摆角拐臂的安全销被切断，喷嘴下摆，运行中不能调节摆角。

（2）水冷壁容易超温、爆管

燃尽风燃烧器水冷壁区域属于高热负荷区，管壁温度偏高，且在变负荷时水煤比调节不及时容易超温。同时，因中部水冷壁壁温测点安装在水冷壁的背火面，而背火面与向火面存在约30℃的温度偏差，报警温度设定值为480℃，当温度测点达到480℃时，向火面实际温度已超温达510℃，两台锅炉历次超温爆管位置及水冷壁鳍片拉裂位置集中在#2、#3、 #5角燃烬风燃烧器区域。

3.解决方案

3.1 重新进行冷态空气动力场试验

（1）冷态空气动力场试验过程

空气动力场的合理性对于炉内煤粉燃烧稳定性、蒸汽侧汽温偏差等具有重要影响。2016年1月，在201C检修期间，利用炉内检修平台由西安热工院对#2锅炉重新进行冷态空气动力场试验，对炉内检查出的喷燃器口、二次风喷口存在的缺陷进行处理。

试验前在煤粉管道上重新安装了72只一次风测点，对一次风主管与支管风速、二次风总风量和水冷壁贴壁风进行测量，并与机组表盘显示值进行对比与修订，同时通过调节可调缩孔、煤粉分配器使每台在运磨煤机的主风管风速和各支管风速偏差在±5%以内。

最后进行炉内烟花示踪，判断每层燃烧器喷口气流的偏斜程度，从而可以较为详细地了解炉膛内部气流的分布特征，为锅炉热态运行提供数据与理论支撑。

（2）试验结果

通过对A与B磨煤机部分风粉管A3/4、A5/6、 B3/4和B5/6进行可调缩孔调平，最终实现将各磨主风管风速偏差降低在±5%以内。一次风支管分别将A1、 B1、A5、A6、A7的分配器关小5%、5%、10%、5%、 5%后，各磨一次风支管的风速偏差降低在±5%之内。

烟花示踪的结果发现炉内#2角的第2/4/12/13/15层，#5角的3/4/10/14/18层，#3角第5/6/7/8/10层均会出现了火焰偏向水冷壁的现象。

（3）试验后的调整

根据冷态动力场试验结果，在冷态对#3角燃烧器二次风喷嘴摆角角度再次进行调整，消除火焰下偏问题， #2炉2月下旬点火后，在热态时将#3、 #5角一、二次风适当开大，确保火焰刚性，避免火焰刷墙现象。目前#2炉炉膛左右侧烟气气温偏差有效减少（＜10℃），左右侧汽温偏差及超温现象也得到有效控制，减温水量投用也大大减少，进一步提高了机组运行的经济性，取得了较好的优化效果。

3.2优化点火及磨煤机运行方式

（1）点火方式

海丰电厂锅炉燃烧系统采用微油点火系统，将A层煤粉燃烧器为微油点火燃烧器，锅炉点火时，以往为节约用油，先点八只微油小油枪，暖风器加热A磨入口一次风，分离器出口温度至70℃时启动A磨。但由于小油枪出力较小，热量较低，自微油点火至投磨期间不足以将炉膛内水冷壁有效加热，投磨后炉膛热负荷瞬间增加，温度上升过快，易造成中下部局部水冷壁超温及鳍片应力变化大易产生裂纹，进而延伸至管子根部造成管子母材撕裂爆管，同时煤粉燃烧不完全，飞灰含碳量偏高，燃烧推迟，尾部烟道内易形成煤粉堆积，存在着火的不安全因素。

针对微油点火A磨的启动方式存在的弊端，海丰电厂对点火方式进行了优化，锅炉点火时先投大油枪对炉膛进行充分加热，再投微油小油枪， A磨入口风温180℃时再投运，可有效控制启动期间水冷壁壁温，也有助于提高煤粉燃烬度及降低飞灰含碳量。

（2）磨煤机运行方式

机组启动时优化磨煤机投运方式，先投启动磨A磨，再启C磨，其次是D磨，机组启动过程中，尤其是在干湿态转变的时候水冷壁管最容易超温，所以可以选择快速完成干湿态转换，同时可以最大限度的降低A磨的出力，条件允许可以尽快将机组负荷升至500MW。机组在500MW以下干态运行时，严格控制过热度，不宜高于15℃。锅炉正常运行时尽可能运行上层磨， A磨尽可能不投运。将原来投用下层磨运行方式改为多投上层磨， A磨为锅炉点火启动时投用，待机组带高负荷时停用。目前机组在400MW-800MW以上负荷时基本维持C、 D、 E、 F中3台磨或4台磨运行，停用A、 B磨，当机组需满负荷运行时再增开A/B磨，这样既确保水冷壁中部及上部不超温，也降低了飞灰含碳量。

（3）调整中部过渡段入口水冷壁汽温限值

根据锅炉厂运行说明将中部水冷壁入口壁温限值设定为480℃，由于壁温测点安装在水冷壁管背火面，背火面与向火面最少存在30℃温差，故当壁温测点温度为480℃时，向火面温度已达510℃，因此将中部水冷壁入口壁温限值降低至450℃进行优化控制，自2015年9月优化该报警保护定值以来，海丰电厂两台锅炉均未再出现爆管泄漏事件，并且保持稳定运行。

4.结束语

海丰电厂机组投产一年多以来，经过技术部专业人员与发电部运行人员共同努力，结合外部调研及委托西安热工院进行冷态空气动力场试验以后，解决了水冷壁超温爆管、火焰偏斜、炉膛左右侧烟气偏差等问题，锅炉灰、渣含碳量得以逐步降低，在煤种（烟煤掺烧印尼煤，发热量约为4500大卡）偏离设计煤种较多的情况下，锅炉热效率能高于设计值（94.4%），锅炉燃烧得到了较好的优化调整，并取得了较好的效果。

［1］ 郭强， 马万军， 孙锐.2000t/h 四墙切圆锅炉炉内空气动力场试验研究［J］.电站系统工程， 2010，26 （5）： 4-6.

［2］ 李世刚.超超临界锅炉燃烧器安装控制［J］.信息技术，2010（3）：124-125.

［3］ 曹旭.气化小油枪微油点火稳燃控制系统改造［D］.华北电力大学， 2014.

［4］ 钟礼今，邓坚，孙伟杰.低负荷下燃烧器投运方式对锅炉性能的影响［J］.动力工程学报，2015，35（9）：693-698.

［5］ 刘建全.超 （超） 临界机组锅炉燃烧特性试验与优化研究［D］.华北电力大学，2012.

华润电力有限公司2×1000MW锅炉采用反向双切圆燃烧系统，一直存在汽温偏差大，水冷壁、过热器超温现象，2015年两台炉水冷壁出现了4次超温爆管情况。为了充分掌握炉膛内运行时气流速度场的分布特性，深入分析与排查机组炉内水冷壁多次超温爆管的原因，对炉内冷态空气动力场进行了试验研究。通过调整燃烧器、优化点火和磨煤机运行等方法，解决了水冷壁超温爆管、火焰偏斜、炉膛左右侧烟气温度偏差等问题。