锅炉深度调峰期间垂直水冷壁金属壁温超温原因及解决方法分析

樊志鹏

（国电电力大连庄河发电有限责任公司，辽宁 大连 116400）

1 深度调峰状态下水冷壁超温的现状概述

某发电公司#1 机组均为额定容量600MW 纯凝汽式汽轮发电机组，东北电监局核定最小运行方式为280MW。脱硫系统与主体工程同步建设，同时投运。为满足国家关于NOX 排放要求，分别于2012 年、2013 年完成了两台锅炉加装脱硝装置的改造，改造方式为低氮燃烧器+SCR，采用尿素水解制氨工艺。为提高机组在低负荷脱硝入口温度，2014 年在尾部包墙一二级低过之间引出2 支烟气旁路至脱硝入口烟道，烟道规格为5000mm*800mm，烟道墙板为15CrMOG，配合锅炉投运中上排磨运行，在机组负荷240MW 以上时基本能够满足烟温需要。2016 年进一步采取了省煤器水旁路的改造方案，使部分给水不经过省煤器换热，从而提高SCR 入口处的烟气温度。通过以上改造，已具备将负荷简直180MW 的能力。2021 年#1 机组C 级检修期间，对燃烧器进行了改造。#1 炉燃烧器改造后深度调峰下水冷壁频繁出现超温现象，为了保证锅炉运行安全，避免水冷壁超温的发生，无法继续降低机组负荷。

2 水冷壁超温的原因分析

通过长期的观察、试验，总结出造成水冷壁壁温升高的主要原因有以下几个方面：

2.1 水燃比不合适导致中间点过热度改变

水燃比是直流调节的关键，水燃比失调（变小）是导致水冷壁超温的关键因素[1]，在直流方式下，随着负荷降低，工作条件极为恶劣的水冷壁中，质量流速也按比例下降，工质流动的稳定性受到影响，为了防止出现流动的多值性不稳定现象，需限定最低直流运行负荷时的质量流速，也就是水燃比不能太小。协调系统的调节策略为减负荷时先减水而后减煤，而后再恢复应该的水燃比，这就导致了短暂的水燃比失调，即水燃比小（水少煤多）。

2.2 锅炉氧量低、一次风压偏高

由于当初（2011 年前后）为了加大掺烧褐煤需要，对A、C、F 磨煤机转速进行了提速，导致磨煤机运行存在差异，F 磨煤机出口粉管的加粗，由于过流断面的增加，F 粉管流速下降，存在煤粉堵管的风险，为了防止F 堵管，不得已增加一次风压力，导致一次风压升高。过多的风量使排烟温度升高，最终导致锅炉效率下降，直接导致燃料量增加，“水燃比”变小，燃烧加强。这就导致锅炉水冷壁结焦、过热器积灰等现象，进一步导致锅炉传热效果下降，锅炉效率下降，燃料量增加，“水燃比”变小，燃烧加强。随着锅炉负荷的下降，燃料量下降，对应的理论烟气量下降，但是在240MW以下，为防止引风机抢风而引发失速，不得已总风量不能太小，这也造成了锅炉效率下降，直接导致燃料量增加，“水燃比”变小，燃烧加强。

2.3 制粉系统运行方式不合理、磨煤机分离器出口挡板开度过大或过小

某公司本次C 修对除E 磨以外的其他燃烧器进行了更换，低负荷运行时E 磨如果参与运行，则水冷壁超温现象时有发生。制粉系统运行方式不合理、磨煤机分离器出口挡板开度过大或过小是主要原因。

2.4 给水流量测点位置改变导致过热器减温水流量对给水流量影响大

#1 炉在省煤器水旁路改造时增加了一套给水流量计，此流量计在过热器减温水以前的主管路引出，原给水流量计在过热器减温水以后的主管路引出。原给水流量不包含过热器减温水及省煤器旁路流量，而增加了一套给水流量计，减去过热器减温水流量计算值，这就导致两个给水流量计切换时过热器减温水流量影响实际的给水流量，特别是在240MW 左右低负荷阶段时对给水流量真实性产生严重影响。

2.5 在燃烧侧不变的情况下，水动力不均匀，个别管子工质流量低或流速低，导致水冷壁吸热不均匀

随着深度调峰，由于压力降低，饱和汽温下降，烟气和蒸汽之间的温差增加，过热器的焓增比定压运行机组要大，又促使汽温进一步升高，故需考虑较大的减温器容量，同时还要保证各种负荷下的喷水量，在主蒸汽流量即不变的情况下，分配给水冷壁的给水流量下降[2]。保证中间点有一定的过热度，把此过热度一分为二，假设有个“中途过热度”。“中途过热度”即为炉膛出口温度减去当时的饱和温度，“中途过热度”若较大，在“中间点过热度”不变的前提下，则水平烟道吸热量小，这样的后果是垂直管易超温。依据热力学知识，随着压力的升高，水的定压比热有所升高，也就是受热面吸收等量的热量工质温升小，对于受热面金属来说则不容易超温。

2.6 在水动力不变地的情况下，燃烧侧火焰强度、火焰中心位置改变，导致水冷壁吸热不均匀

超温，说明燃烧强，而冷却少，对于直流锅炉，在直流状态，循环倍率为1，而燃料量因为风烟系统运行工况的改变而变化，炉膛的各种漏风都会导致总燃料量增大[3]；从热力学原理看，如果中间点落在下界线上，则湿度为0，过热度为0。水冷壁分为辐射受热面和对流受热面两部分，螺旋水冷壁直到炉膛出口的垂直管段这段水冷壁依靠辐射换热，而炉膛出口以后的水平烟道和水平烟道侧包墙这段受热面理论上是水冷壁延伸部分，但是水平烟道后部分在屏过后方，属于对流换热，对流换热受烟气流速和烟气流量影响较大[4]。

3 针对水冷壁超温采取的措施

针对已确定的导致水冷壁超温的主要原因，分别采取实施方法如下：

3.1 水燃比不合适导致中间点过热度过大或过小，保证“水燃比”在合适范围内

采取严格控制水燃比在正常范围内，把水燃比作为监视重要参数，根据不同煤种摸索切合实际的经验数据，同时必须明确认识过热器减温水对水燃比的影响。在燃烧不变的情况下，即使锅炉蒸发量不变，过热器减温水流量改变直接影响水燃比[5]。

3.2 锅炉氧量低、一次风压偏高，防止和减少水冷壁结焦、过热器积灰

水冷壁结焦、过热器积灰都会导致锅炉传热效果下降而引发“水燃比”变小。值长每日随时关注网上新能源（如风电变化趋势），及时对受热面进行吹灰，保证受热面的清洁。针对F 磨煤机粉管粗、转速高，要合理对F磨煤机风门开度，分离器挡板开度进行调节，保证运行磨煤机尽可能出力保持平衡。在保证引风机不抢风失速的前提下，尽可能降低总风量。

3.3 针对给水流量计位置改变导致过热器减温水流量对给水流量影响大采取的措施

负荷在240MW 以上时使用直接进入省煤器的给水流量计（不包含过热器减温水及省煤器旁路流量，三选中值）。负荷在240MW 以下时使用省煤器旁路改造时新增的主给水管路流量计（含给水流量、省煤器旁路流量和过热器减温水流量）减去过热器减温水流量计算值（已限制在0t/h～100t/h）。两种模式以240MW负荷为界，当需要切换模式时，须同时满足两个给水流量值偏差在30t/h 以内，才可以切换模式，切换速率为t/min。

3.4 制粉系统运行方式不合理、磨煤机分离器出口挡板开度过大或过小

通过调节磨煤机运行方式和二次风压等方法使火焰中心在合理范围内。根据煤种及时调节磨煤机分离器出口折向挡板开度，保证最佳的煤粉细度，使煤粉充分并完全燃烧，防止煤粉过粗导致炉膛严重结焦发生。燃烧器尽可能对称运行，并且尽可能中下排磨煤机运行。防止运行的磨煤机台数与机组负荷相匹配，避免负荷高而运行磨煤机台数少，导致运行磨煤机过负荷。

3.5 在燃烧侧不变的情况下，水动力不均匀，个别管子工质流量低或流速低，导致水冷壁吸热不均匀

为了克服协调系统的调节策略为减负荷时先减水而后减煤对水燃比的影响，在减负荷的初始阶段，人为干预，先通过“中间点燃料补偿偏置”进行干预，抑制短暂的燃料量过多，保证“水燃比”。尽可能不要使机前压力过低，当机前压力低于14.5Mpa 时，及时进行干预，使压力大于14.5Mpa，以保证定压比热不至于因为压力降低而减少。尽可能减少过热器减温水流量，也就是尽可能把针对减温水转移到水冷壁中。

3.6 在给水侧（水动力）不变的情况下，燃烧侧火焰强度、火焰中心位置改变，导致水冷壁吸热不均匀

及时观察火焰燃烧情况，保证火焰中心正确，避免发生火焰扑墙现象。在保证磨煤机不堵煤的情况下，尽可能降低一次风压力。在保证充分燃烧的情况下，尽可能降低二次放风压力。尽最大努力减少炉膛和烟道的漏风。合理进行炉膛吹灰，保证受热面的清洁。

4 实施效果

通过接近4 个月的不断努力，采取以上措施，使水冷壁金属壁温超温问题得到了解决。#1 炉不但在240MW工况下不超温，同时将负荷进一步降至180MW 工况下，同样不超温，并且壁温偏差很小，在规定范围内。通过采取以上措施，#1 机能够灵活自由深调峰至180MW并且保证不超温，实现了较好的经济效益。

5 制定巩固措施

为使企业创造更大的盈利空间，节能降耗为企业创造了财富，从长远来看也是今后资本的积累。将辅助服务收益列入部门内部经济责任制考核，建立落实调峰奖励机制。为保持良好的安全和经济兼顾局面，使成果能够推广下去，制订了如下巩固措施。

5.1 水燃比作为重要参数实时监视，使过热度保证在合适范围内

不同燃煤热值对应的不同水燃比做好对照参考表，防止水燃比失调引起超温。炉膛出口汽温的过热度控制在5℃至8℃左右，分离器出口汽温过热度控制在10℃至15℃左右，随时监视中间点过热度自动调节情况，使过热度保证在以上范围值内。

5.2 运行部内部开展制粉单耗指标值际竞赛，激发运行人员的积极性

根据锅炉负荷，参照绩效考评系统实时烟气氧量参考值调节烟气氧量，杜绝低氧燃烧，以避免因为炉膛结焦而导致水冷壁超温的发生。根据过热器减温水量、屏过、末过、末再金属壁温及中间点过热度、排烟温度及时对锅炉进行吹灰，提高传热效果。尽可能开足磨煤机热风门开度而关小冷风门开度，保证进入炉膛的冷风为最少，提高了空预器的传热效率，降低排烟温度的同时提高了锅炉效率，其他因素不变的情况下锅炉总燃料量减少，从而避免水冷壁超温。

5.3 做好两套给水流量计和过热器减温水流量计的运行维护

原设计的省煤器的给水流量计和省煤器旁路改造时新增的主给水管路流量计，在负荷240MW 切换时严密监视切换过程中给水流量的变化及金属壁温的变化，必要时停止切换，查清原因后再进行切换。

加强对两套流量计和过热器减温水流量的监视，根据主蒸汽流量、给水泵流量、减温水流量来反推给水流量的正确性与否，同理根据主蒸汽流量、给水泵流量、给水流量来反推减温水流量的正确性与否，确保流量计准确，否则及时通知维修处理。

5.4 保证制粉系统运行方式合理性

根据磨制不同煤种燃煤，及时调节磨煤机折向挡板开度并做好记录，对灰、渣含碳量进行采样化验，特别是炉渣数据，根据化验结果验证运行调节是否合适，并纳入指标经竞赛范畴。杜绝磨煤机超出力运行，负荷280MW 以上保证四台磨煤机运行，负荷低于280MW 时保持三台磨煤机运行。燃煤热值做到合理匹配，下排磨煤机高热值，中排磨煤机低热值，既保证带高负荷的需求又能满足深度调峰水冷壁安全运行。

5.5 防止水燃比失调

运行人员心中要牢记滑压曲线，保证机前压力不偏离滑压曲线±0.5Mpa 范围，否则及时干预，使实际机前压力与滑压曲线尽可能重合。

加负荷阶段，起初机前压力低于滑压曲线值，此时可通过关小再热器烟气挡板、开大过热器烟气挡板提高主汽吸热量和中间点过热度修正增大给水流量的方法抑制主汽压力的慢速增长，从而达到抑制过度增加燃料量，当机组负荷接近目标值且机前压力低于滑压曲线0.5Mpa 时进行过、再热器烟气挡板和给水流量反向调节的方法抑制机前压力的反弹升高，同理，减负荷情况调节方法同上，从而确保燃料量不过调，也就从根本上保证了水燃比。