1000MW超超临界锅炉水冷壁超温原因分析及对策

文/张建鹏

0 引言

本文针对HG-2994/28.25-YM4型超超临界锅炉垂直水冷壁特性，通过现场燃烧调整实验，发现了锅炉制粉系统、磨煤机组合方式、热一次风调平对锅炉水冷壁壁温的影响，并提出了相应控制调整策略，对同类型机组的调试和运行控制方式提供参考借鉴。

1 工程概况及设备参数

本文以广东粤电茂名博贺电厂2×1000MW“上大压小”超超临界燃煤发电机组锅炉为研究对象。其生产厂家为哈尔滨锅炉厂，型号为HG-2994/28.25-YM4型，是变压运行直流锅炉，采用单炉膛、П型布置、一次中间再热、低NOX主燃烧器分级燃烧技术、反向双切圆燃烧方式，炉膛为内螺纹管垂直上升膜式水冷壁，水冷壁入口装设节流孔圈，同时在燃烧器上部装设中间混合集箱和混合器，对由下炉膛来的工质进行充分混合，消除由下炉膛的吸热不均产生的偏差。锅炉采用了平衡通风、露天布置、固态排渣、全悬吊结构、全钢构架。机组负荷250MW~500MW运行时，水冷壁超温位置主要集中于前墙水冷壁中部（见图1）313号至449号，水冷壁温度在445℃~590℃，锅炉的最高度达608℃。设计煤种由40%澳洲煤与60%印尼煤组成的混煤。锅炉配置6台ZGM123G-III型中速磨煤机，每台磨的出口为四根煤粉管道，经煤粉分配器分成八根后接至炉膛八个角的同一层煤粉喷嘴。锅炉主要参数见表1。

图1 锅炉水冷壁测点布置

表1 锅炉技术参数

2 锅炉燃烧调整与水冷壁壁温特性分析

2.1 壁温超温原因及对策分析

实验中的锅炉制粉系统配置6台中速磨煤机及动态分离器，每台磨煤机分离器出口引出4根母管，经水平布置“T”型煤粉分配器（见图2）分出两根支管分别至#1、#2角燃烧器，#3、#4角燃烧器、#5、#6角燃烧器，#7、#8角燃烧器。各母管均配置一个调节缩孔调节风量，但分配器分出的两根支管无调节缩孔，且各支管的阻力不同，阻力越大则风量越小，风量小时煤粉容易沉积，进一步增加阻力，进而造成风量更小的恶性循环；同时各角粉量的偏差也会影响炉内温度的均衡，最终导致水冷壁前墙中部壁温超温。

图2 锅炉的煤粉分配器

为解决上述壁温超温问题，应在各支管增加可调缩孔以调整风量；同时，应重新布置煤粉分配器位置，避免水平90°直角布置，优化煤粉管道布置方式，减少弯头及斜管，减少阻力。建议各磨煤机在入口风量前增加导流板，以防止磨入口冷热风抢风现象。

2.2 磨组合对壁温的影响分析

此类型锅炉水冷壁在中低负荷启磨时也容易造成水冷壁超温，因为不同磨组合改变炉内火焰中心的高度、燃烧的切圆大小和水冷壁进出口温度场的变化。

在3500MW负荷下，实验A+B、B+C磨组合启动第三台磨时对水冷壁进出口壁温特性影响，分别进行ABC和BCE两种磨组合运行方式的实验。结果表明在负荷350MW至500MW之间，磨组ABC和BCE运行时，前墙水冷壁N251-N0647中部入口管壁温由369℃升至570℃；磨组BCE运行时，前墙水冷壁N251-N0647中部入口温度为500℃以下，其中500MW负荷超温报警值为536℃（见图3、图4）。这是由于磨组合A+B+C相比B+C+E增大了炉膛内部切圆直径，降低了炉膛火焰中心，导致水冷壁前墙中部超温。

为解决上述壁温超温问题，应在低负荷时采用上层磨组合方式，如B+D+E、D+E+F、C+D+E、C+E+F，把过热度控制在20℃~40℃，调整燃烧器摆角在85°~95°之间。

图3 锅炉的A+B+C磨组运行结果

图4 锅炉的B+C+E磨组运行测试结果

2.3 热一次风调平实验分析

磨煤机的一次风量主要是通过改变磨煤机的通风量来调整炉内切圆大小，通过调平八根粉管热一次风量，使得每个燃烧器喷口均匀燃烧。由于磨组B、C、D磨煤机容易出现堵粉管现象，并且母管装有可调缩孔以及煤粉分配器，磨组A、E、F在首次测量时发现粉管风速初始偏差均在国标要求的±5%范围以内，故调平实验主要针对B、C、D三台磨煤机进行。

2.3.1 调平前一次风粉测量与分析

实验采用风速仪对煤粉管进行一次风粉速度测量，结果如表2所示。B、C、D磨煤机八角的最大一次风粉速度最大偏差分别是-2.8m/S、-5.2m/s和-10.7m/s，算出最大相对平均值偏差分别是-11.3%、-14.2%和-10.7%。

表2 调平前一次风粉速度表 单位：m/s

2.3.2 调平过程与效果分析

根据测量结果有针对性地对可调缩孔和煤粉分配器开始调节，通过这个方法调节粉管内的阻力。调整措施如表3所示。

表3 煤粉管可调缩孔调节情况

同时将B4煤粉分配器开大至80°，B6煤粉分配器开大至75°，C4煤粉分配器全开至90°，调平后测量结果见表4。

表4 调平后一次风粉速度 单位：m/s

通过对比（见图5、图6）调整前后的一次风粉速度可知，B、D磨煤机的8根粉管风速初始偏差均在国标要求的±5%以内、另外，C磨煤机的相对偏差由-14.2%降到-7.10%,每台磨各粉管风速偏差进一步缩小，风速分布更加均匀，水冷壁壁温在调平后运行更加平稳（图7）。但是由于粉管煤粉分配器位置是水平垂直布置，支管没有可调缩孔等原因，所以调节手段有限，故建议电厂按照上面所提的意见进行技术改造。

图5 调整前一次风速相对偏差

图6 调整后一次风速相对偏差

图7 一次风调平后锅炉的水冷壁壁温

3 结语

本文通过上述针对HG-2994/28.25-YM4型锅炉的调试，得出了水冷壁超温的主要原因是煤粉管道堵管，提出了解决堵管的主要手段和方法:通过改变磨组合运行方式，改变炉内火焰中心高度，极大地改善了锅炉的水冷壁超温现象；通过实验对磨出口热一次风速度参数调平，调整各墙燃烧器射流刚性，保证锅炉内切圆不偏移，优化炉内燃烧，保证炉膛水冷壁入口壁温均匀分布。研究提出的方法可为同类型机组的调试和运行提供参考借鉴。