二次再热塔式锅炉主汽温和再热汽温优化调整

李洪泉，马 记，张 岩

（华电莱州发电有限公司，山东 莱州 261400）

0 引言

二次再热发电技术是世界火力发电先进技术。二次再热不但可使机组获得较高的燃煤经济性，而且具有较低的环保排放优势，成为火力发电技术发展的方向和趋势。

提高蒸汽参数，达到锅炉蒸汽参数的设计值，可最大限度地提高机组的效率。二次再热超超临界燃煤机组，比一次再热机组多了一级再热器［1-2］，锅炉内部的受热面布置更加紧凑，需要重新分配燃烧释放的热量，炉膛内部结构越复杂，二次再热机组的主汽温、一次再热汽温、二次再热汽温的调节越困难，且主蒸汽、一次再热蒸汽与二次再热蒸汽间的强耦合性［3］，进一步提高了主汽温和再热汽温的调节难度。

某电厂锅炉为超超临界参数、变压直流炉、切圆燃烧方式、固态排渣、单炉膛、二次再热、平衡通风、半露天布置、全钢构架、全悬吊结构塔式锅炉，锅炉型号为 SG-2717／33.42-M7052。 50%BMCR（锅炉最大出力）以上主蒸汽温度设计值605℃，再热蒸汽温度设计值623℃。锅炉投产后主汽温、一次再热汽温、二次再热汽温较低，当负荷在600~800 MW时，主汽温只能达到585~595℃，再热汽温差距更大，只有580~590℃左右，随着负荷的升高，锅炉蓄热能力增强，负荷在800~1 000 MW时，主汽温为590~595℃，再热汽温在585~595℃左右，仍与设计值存在较大差距，为提高机组燃烧经济性，结合锅炉的设计方式，采用多种方法对主汽温和再热汽温进行优化调整。

1 超超临界二次再热塔式炉汽温调节原理

1.1 二次再热塔式锅炉的调温方式

图1为塔式锅炉炉膛受热面的布置方式示意图，从下到上依次为低温过热器、一二次高温再热器冷段、高温过热器、一二次高温再热器热段、一二次低温再热器、省煤器，在炉膛顶部一二次低温再热器及省煤器区域，布置了能将炉膛前后分开的分隔屏。二次再热塔式锅炉在调节汽温时除了采用事故喷水减温外，还可通过调节燃烧器摆角和调节尾部烟道烟气挡板的方式。

当入炉煤质发生剧烈变化，或燃烧情况发生较大变化导致主汽温和再热汽温严重波动偏离额定值时，就会影响机组运行的经济性和安全性，此时可短时投入再热器事故和微量喷水，维持机组安全稳定运行。事故喷水设置在一、二次再热器的入口，用于保证再热器第二级微量喷水有裕度。微量喷水设置在再热器的出口，保证再热器出口汽温在安全范围内。减温水喷入后，直接进入汽轮机高、中低压缸，增加了做功的蒸汽流量，即增大了高、中低压缸的做功能力，在负荷不变时，降低了超高压缸的做功能力，这相当于一部分参数较低的再热蒸汽代替了参数较高的主蒸汽作功，使做功效率下降，机组的热经济性降低［4］，因此减温水仅作为事故紧急工况下的汽温调节手段。此外，低负荷时提高锅炉过量空气系数或燃烧器摆角上下摆动［5］，可以同时提高或同时降低一次再热、二次再热汽温，达到同步调节两级再热器出口蒸汽温度的效果。调节尾部烟道烟气挡板的开度，可以调整进入一次再热器和二次再热器的烟气流量，进而调整一次再热器和二次再热器的对流吸热量，达到异步调节一二级再热器出口蒸汽温度的效果，一定程度上可以防止因负荷、煤质等发生变化时引起某一级再热器受热面超温。

1.2 主汽温和再热汽温低的原因分析

对锅炉运行参数分析，造成主汽温、再热汽温低的原因为：1）热量分配不均，BRL（额定）工况下炉膛出口烟温设计值为1 261℃，而实际炉膛出口烟温远远低于设计水平，其主要原因为水冷壁吸热量偏多，导致过热器和再热器吸热量不足，在锅炉输入的总热量一定的情况下，水冷壁吸热量偏多，过热器和再热器吸热量自然就会减少，这是锅炉主汽温和再热汽温偏低的主要原因；2）低温过热器个别管壁温度高，由于锅炉燃烧过程复杂，炉膛出口烟温不均，造成低温过热器个别管壁温度偏高，受低温过热器个别管壁温度高制约，最终影响主、再热汽温的提升。

图1 二次再热塔式锅炉炉膛受热面布置

2 主汽温和再热汽温优化调整

2.1 燃尽风摆角调整

为提高主汽温和再热汽温，首先应解决低温过热器个别管壁超温现象，对BAGP（下层燃尽风）、UAGP（上层燃尽风）水平角度和上下摆角进行了反复调整，水平角度调整后如表1所示。燃尽风水平角度调整后，炉膛出口烟温均匀性明显改善，烟气四角切圆偏差降低，燃烧区域烟气旋转特性更好。

经过反复试验调整，燃尽风上下摆角调整到中间位置有利于炉内动力场均衡，即当燃尽风上下摆角在水平位置时炉膛出口烟汽温度场比较均匀，燃烧区域烟温偏差较小，调整后炉膛左墙、右墙主汽温温差由原来的10~15℃降至5~8℃。低温过热器个别管壁温度偏高的现象有了明显降低，高温过热器出口主汽温的均匀性得到明显改善。燃尽风摆角优化后，低温过热器个别管壁温度偏高的现象有了明显降低，炉膛出口烟温均匀性明显改善，为进一步调整主汽温和再热汽温奠定了基础条件。

表1 优化后燃尽风水平角度 （°）

2.2 锅炉吹灰方式优化

当前的主要问题是主汽温和再热汽温偏低，因此，应尽量减少水冷壁区域受热面吹灰次数，增加过热器和再热器区域吹灰次数，即减少水冷壁吸热量，增加过热器和再热器吸热量，从而提高主汽温和再热汽温。

此外，为提高再热汽温，进一步提高炉膛火焰中心，可以通过减少低温过热器受热面区域的吹灰频次和吹灰数量，减少低温过热器的热辐射吸热量，同时提高再热器区域的吹灰频次和吹灰数量，保持再热器区域受热面干净、清洁，增加再热器的吸热，从而提高再热汽温。

2.3 燃烧器摆角调整

改变燃烧器上下摆角角度是调节主汽温和再热汽温的主要方法。相同负荷且燃烧同种煤种的情况下，分别进行了两种工况下的燃烧器摆角试验。

工况1：负荷700 MW，ABCEF 5套制粉系统运行，燃用煤种 （不连沟煤种+华泰煤种）低位热值20.30 MJ／kg，三层燃烧器摆角由70%提高至90%，主汽温和再热汽温变化趋势如图2所示。

工况2：负荷700MW，ACDEF 5套制粉系统运行，燃用煤种（华泰煤种）低位热值20.51MJ／kg，三层燃烧器摆角由70%下摆至50%，主汽温和再热汽温及过热器一、二级减温水量分别如图3、表2所示。

工况1试验结果说明当燃烧器摆角提高时，主汽温和再热汽温均有所提高；工况2进行了燃烧器摆角下摆试验，主汽温和再热汽温虽变化不明显，但过热器各级减温水流量均下降。上述两组试验证明，燃烧器摆角对调整主汽温和再热汽温效果明显，因此，在低温过热器壁温允许的范围内，提高燃烧器摆角有利于提高主汽温和再热汽温。

图2 主汽温和再热汽温随燃烧器摆角变化趋势（工况1）

图3 主汽温和再热汽温随燃烧器摆角变化趋势（工况2）

表2 过热器减温水流量随摆角变化 t／h

2.4 燃料量分配调整

改变各层燃烧器燃料分配，增加上部燃烧器燃料量，减少下部燃烧器燃料量，进行了一组试验。

负荷700 MW，BCDEF五套制粉系统运行，总燃料量273 t／h，负荷及总燃料量维持不变，通过增加上层D磨的出力观察主汽温和再热汽温的变化情况。试验前后各层燃烧器燃料量分配情况如表3所示，主汽温和再热汽温的变化趋势如图4所示。

表3 试验前后燃料量分配 t／h

图4 主汽温和再热汽温随燃料量分配变化趋势

采用同样方法，增加E层燃烧器燃料量，主汽温和再热汽温的变化与图4基本相同，通过试验证明，增加上部燃料量对提高主汽温和再热汽温效果明显。

2.5 炉膛出口氧量调整

炉膛出口氧量不仅影响炉膛内燃料的燃烧情况、燃烧产物的种类，而且还影响锅炉效率。改变炉膛出口氧量，进行了一组试验，观察主汽温和再热汽温的变化情况。

负荷700 MW，ABCDE 5套制粉系统运行，炉膛出口氧量3.7%，将炉膛出口氧量增加至4.0%，试验前后主汽温和再热汽温的变化情况如图5所示。

过度提高炉膛出口氧量，不仅会增加风机出力，而且会增加锅炉排烟热损失；但是，适当提高炉膛出口氧量（0.1%～0.3%），能够增大烟气量，有利于提高再热器受热面的对流换热比例，从而提高主汽温和再热汽温。

图5 主汽温和再热汽温随炉膛出口氧量的变化趋势

2.6 二次风配风调整

燃烧器二次风门配风方式有均等配风和束腰型配风，束腰型配风具有能使火焰中心上移、提高主汽温和再热汽温、降低烟气NOx含量、提高锅炉燃烧稳定性的优点，因此，通过改变二次风门开度，进行了一组试验，观察主汽温和再热汽温的变化。

负荷700 MW，BCDEF5套制粉系统运行，燃烧器二次风门束腰型配风方式代替均等配风方式，试验前后二次风门开度如表4所示，主汽温和再热汽温的变化趋势如图6所示。

表4 二次风门调整前后开度 %

图6 主汽温和再热汽温随配风方式改变的变化趋势

采用同样方法，对ACDEF制粉运行的工况进行二次风配风调整试验，主汽温和再热汽温的变化趋势与图6类似，试验结果表明，在负荷不变的工况下，两种配风方式进行对比，试验表明，在负荷及燃烧工况相同的条件下，“束腰型”配风对主汽温和再热汽温的影响均优于“均等型”配风。

3 结语

针对某二次再热塔式锅炉投运后主汽温和再热汽温低的问题，分析了塔式锅炉主汽温、再热汽温低的原因。通过试验得出燃尽风上下摆角调整到水平位置，低温过热器个别管壁温度偏高的现象有了明显降低，炉膛出口烟温均匀性明显改善；减少水冷壁区域受热面吹灰次数，增加过热器和再热器区域吹灰次数，即减少水冷壁吸热量，增加过热器和再热器吸热量，从而提高主汽温和再热汽温。提高燃烧器摆角利于提高主汽温和再热汽温；增加上部燃料量对提高主汽温和再热汽温效果明显；适当提高炉膛出口氧量（0.1%～0.3%），能够增大烟气量，有利于提高再热器区域对流换热比例，从而提高主汽温和再热汽温。在其他参数不变的工况下，“束腰型”配风对主汽温和再热汽温的影响均优于“均等型”配风。通过以上方法的反复优化调整，当负荷为500~800 MW时，主蒸汽温度能够达到设计值605℃，再热汽温提高至594~613℃，主汽温和再热汽温均有了明显的提升。通过各种调整手段总结摸索经验，为超超临界二次再热机组主汽温和再热汽温的优化调整提供参考。