660MW超超临界机组锅炉受热面壁温、汽温偏差大原因及应对措施

甄玉波　戚彩莲

摘 要：华电六安电厂有限公司#3机组运行中存在受热面左右侧壁温偏差、再热器出口汽温偏差大的问题，导致机组在额定主、再热汽温运行的时候左侧受热面易超温和再热器左侧存在事故喷水的现象，影响了机组的安全、经济运行。为了解决这个问题，从影响偏差的各个因素入手，综合考虑，提出切实可行的运行方式，寻找锅炉燃烧的最优工况，为机组安全、稳定、经济运行提供相关参考依据。

关键词：660MW机组；受热面壁温；汽温；事故喷水；经济性；安全性；控制困难；解决方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.036

0 前言

华电六安电厂有限公司扩建 2×660MW 机组锅炉为：超超临界参数、变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式、平衡通风、Π 型半露天布置、除灰渣系统为干式（风冷）机械式除渣系统、全钢架悬吊结构。炉后尾部布置两台转子直径为Φ14236mm 的三分仓容克式空气预热器。

锅炉采用中速磨煤机正压直吹式制粉系统，每台锅炉配6 台磨煤机（5运1备）。24 只直流式燃烧器分6 层布置于炉膛下部四角，煤粉和空气从四角送入，在炉膛中呈切圆方式燃烧。最上排燃烧器喷口中心标高为35488mm，距分隔屏底部距离为21962mm。最下排燃烧器喷口中心标高为26078mm，至冷灰斗转角距离为5188mm。在主燃烧器和炉膛出口之间标高42178mm 处布置有1 组下层燃烬风（LOFA）燃烧器喷嘴，距上排燃烧器喷口中心6090mm。在主燃烧器和炉膛出口之间标高46237mm 处布置有1 组上层燃烬风（HOFA）燃烧器喷嘴，距上排燃烧器喷口中心10749mm。

1 问题简述

#3机组燃用煤种为混煤。其中，A、B、C磨煤机为黄陵煤，全水分为9.4%，挥发分为34.31%，灰分为15.77%，低位发热量为24.31MJ/Kg；D、E、F为潘集西煤，全水分为8%，揮发分为42%，灰分为28%，低位发热量为20.9MJ/Kg。煤的工业分析接近设计值，660MW负荷下，锅炉左墙垂直段水冷壁壁温明显较其它三面墙的高，说明炉内火球出现偏斜，这从末过、末再的壁温分布也可以得到验证；末过、末再的左右侧壁温最高值偏差约20℃，左侧壁温最高值离报警值很接近，限制了汽温的提高；由于低温再热器和末再的汽温偏差，导致再热器出口汽温存在10～20℃ 的偏差。

2 原因分析

660MW锅炉的过热器系统的设计完全是左右对称的，末过的水力不均系数仅在6%以下。因此，受热面能有如此大的壁温偏差只能从烟气侧寻找原因。

对于四角切圆锅炉，假想切圆位于炉膛中央。如果燃烧器安装质量、冷态检查、一次风调平等都达到要求，那么可以认为截止到分隔屏底，炉内气流的温度场和速度场是左右对称的，左右侧应该没有偏差现象存在。

在进入屏区后，由于残余旋转的存在及分隔屏的切割导流作用，出现了烟气速度场、流量场及温度场的偏差现象，对顺时针方向切圆燃烧方式而言，由于烟气残余旋转惯性的作用，使上炉膛右侧区内主烟气的流向指向炉前，能通过整个分隔屏区，之后再返回流向其后的水平烟道；而左侧区内，由于气流的惯性，速度方向是指向炉后。因此其主流只经过分隔屏下部区而直接短路流向炉后。后屏区的烟气流动情况也与之类似，也就是说，在上炉膛中，右侧区的烟气流充满程度大大好于左侧区，这便是炉膛上部区域受热面吸热量呈左低右高进而造成屏区出口烟温左高右低的主要原因。

3 解决方案

影响受热面吸热偏差的各个因素主要包括：偏置风开度、周界风开度、辅助风开度、CCOFA开度、SOFA开度、SOFA水平摆角、SOFA垂直摆角以及主燃烧器的摆角。为了便于掌握各因素对偏差产生的影响，采取单变量法。

3.1 SOFA水平摆角

#3机组日常运行中的SOFA水平摆角位置为反切15°。从运行数据来看，受热面左侧壁温最高值比右侧高出15～20℃，且壁温最高点比较靠外侧，在变负荷的动态过程中极易超温报警；分隔屏与末过左右侧吸热温升约有10℃的偏差，低再左右侧吸热温升约有15℃的偏差，而其余各受热面左右侧吸热温升基本一致，导致再热器出口两侧汽温一致的情况下左侧有事故喷水。根据运行数据分析，水平烟道左侧烟气量大于右侧且残余旋转往左侧偏斜，此时SOFA已经反切到头，无法进一步起到消旋作用了。为了增加水平烟道右侧的烟气量，可以将#3、#4角SOFA水平摆角由反切15°调整至正切15°。

经试验得知，随着#3、#4角水平摆角由反切15°调整至正切15°，末过、末再左侧壁温下降，右侧壁温升高，这是左侧烟气量减少、右侧烟气量增加的结果；分隔屏左右侧吸热温升差值越来越大，这是残余旋转越来越强的结果；因此，将#3、#4角水平摆角置为正切15°，可以减小受热面左右侧壁温偏差。

3.2 SOFA垂直摆角

一般来说，SOFA垂直摆角对再热汽温、灰渣含碳量、NOX等参数影响较大，并且SOFA垂直摆角四个角摆动幅度不一致对减小汽温、壁温偏差有着积极的意义。根据#3机组日常运行的情况，在#3、#4角水平摆角为正切15°的基础上，为了进一步增加受热面右侧区域的烟气量，可以将#2、#3角SOFA垂直摆角上摆。

经试验得知，当2、3号角SOFA垂直摆角由50%摆至80%，末过、末再左侧壁温继续下降，右侧壁温基本维持不变；分隔屏左右侧吸热温升差值略微减小，后屏、末过、末再、低再左右侧吸热温升差值增大，虽然低再左右侧吸热偏差加大，但是由于低再与末再之间存在交叉且末再左右侧吸热偏差同样加大。因此，在末过、末再壁温左侧高于右侧的情况下，可以将#2、#3角垂直摆角适当上摆以减小受热面左右侧壁温偏差。

3.3 烟气挡板

烟气挡板作为主、再热汽温调节的主要手段之一，调整烟气挡板的开度可以调整低过、低再的温升比例，同时也会影响到其他受热面的吸热；并且减小低过左右侧温升偏差。额定负荷下，分别将左侧、中间、右侧低再烟气挡板从100%关小至60%，分析烟气挡板开度对锅炉受热面壁温、汽温的影响。

经实验得知，当左侧低再烟气挡板开度减小时，同时左侧低过烟气挡板开度则相应增大，使得左侧低再吸热下降、低左侧过吸热增加。可见烟气挡板的调整并没有改变整个后烟井烟气左右侧的阻力，并不会造成前面受热面左右侧吸热温升的变化。因此，通过开大或关小某一块低再烟气挡板并无法调整低再左右侧吸热温升，也无法对受热面壁温偏差产生影响。由于低再温升比设计值高出20℃以上，低再管壁温度较高且偏差较大，可以综合考虑低再管壁温度和再热器出口汽温，调整低再烟气挡板开度。

3.4 偏置风

采用同心切圆（CFS）燃烧方式，部分二次风气流在水平方向分级，在始燃烧阶段推迟了空气和煤粉的混合，NOx 形成量少。由于一次风煤粉气流被偏转的二次风气流（CFS）裹在炉膛中央，形成富燃料区，在燃烧区域及上部四周水冷壁附近则形成富空气区，这样的空气动力场组成减少了灰渣在水冷壁上的沉积，并使灰渣疏松，减少了墙式吹灰器的使用频率，提高了下部炉膛的吸热量。

理论上分析，偏置风关小后应该使得起旋减弱，消旋加强。经实验得知，末过、末再的壁温已经是左边偏低，呈现出左低右高的现象，这应该是消旋过头的现象；当偏置风关小后，末过、末再左侧壁温进一步下降，左右侧壁温偏差继续增大，结合分隔屏、末过、低再、末再的左右侧吸热温升差值看，关小偏置风可以减小消旋。因此结合机组实际情况适当调整起旋（偏置风）和SOFA（消旋风）的比例，才能起到减小受热面汽温偏差与壁温偏差的作用。

3.5 主燃烧器摆角

燃烧器摆角一直被视为调节再热汽温最有效、最直接的调温方法。其主要思路就是抬高锅炉燃烧火焰中心，提高炉膛出口烟气温度，最终使得再热器吸热增加，提高再热汽温。理论上主燃烧器摆角对受热面壁温偏差与汽温偏差影响不大，但是当燃烧器安装质量不理想，同一层的四个角燃烧器摆动角度不一致时将会引起烟气流场偏差，造成受热面出口汽温与壁温偏差。

结合受热面壁温与汽温偏差可知，随着燃烧器摆角的上摆，末再左侧壁温下降，右侧壁温上升，左右侧壁温偏差逐渐减小。主燃烧器摆角对各级受热面左右侧吸热温升有一定的影响，随着摆角的上摆，分隔屏、后屏、末过左右侧吸热温升偏差先增大后减小；低再的偏差逐渐減小；末再的偏差逐渐增大。综上分析，当燃烧器摆角为80%时，再热器出口汽温偏差最小。因此，可以优先利用主燃烧器摆角上摆满足再热器出口汽温，如果再热汽温低再，可利用烟气挡板使得再热器出口汽温达到设计值，一方面可以减少低再的吸热从而降低低再管壁温度；另一方面可以在减小末过、末再左侧壁温的同时减小再热器左右侧出口汽温偏差。

4 结论

本文从影响锅炉受热面吸热偏差的各个因素入手，利用分量法对锅炉进行燃烧调整分析，综合考虑，找到合理有效的调整方法，改善机组运行的经济型、安全性，并为同类型机组的燃烧调整提供一定的借鉴意义。

参考文献：

[1]丁立新.电厂锅炉原理[M].中国电力出版社，2006（08）.

[2]安徽华电六安发电有限公司.660MW超超临界机组集控运行规程[S].

作者介绍：甄玉波（1980-），男，山东临沂人，学士，工程师，主要从事火力发电厂集控运行和管理工作。