锅炉启动过程过热器壁温和再热器壁温的控制

黄耿波

（国能（泉州）热电有限公司，泉州 362804）

超临界W 型火焰锅炉与一般的锅炉相比，燃烧器布置在前后墙拱顶，煤粉先向下后上升燃烧，形成W 形火焰[1]，有助于无烟煤的燃烬，能较好地燃烧低挥发分无烟煤，主要运用于贵州、四川等无烟煤埋藏量大的省份。某厂#1、#2 炉系东方锅炉厂制造DG2067/25.73-Ⅱ12 型超临界、W 形火焰燃烧、一次中间再热、双拱单炉膛直流炉。该锅炉采用直吹式制粉系统，燃用无烟煤，着火困难，燃烬时间长。燃烧器布置在拱上，向下喷燃形成W 形火焰，使火焰行程加长，有利于煤粉燃烬。锅炉共配6 套制粉系统，每台磨煤机带4 只双旋风煤粉浓缩燃烧器。双旋风煤粉浓缩燃烧器顺列布置在下炉膛的前后墙炉拱上，前、后墙各12 只。每个单元布置5 个二次风道及挡板，其中A、B、C 挡板控制炉拱上部的二次风量，D、F 挡板控制炉拱下部的二次风量。自机组投产以来，锅炉在机组启动过程中多次发生屏式过热器、低温再热器壁温超温现象，尤其是低温再热器壁温超温严重。

1 超温机理

不计金属管壁沾灰与积垢的热阻，过热器和再热器的管壁温度t为

式中：T为工质温度，℃；q为壁面热负荷，W·m-2；a为管壁对蒸汽的对流换热系数，W·m-2·℃-1。

由式（1）可以看出，管壁温度将随工质温度T和壁面热负荷q的升高而上升，随蒸汽流速的增加（a增大）而减小。q的大小主要取决于烟气温度和烟气流速。烟温越高，壁面传热温差越大，q值越大；烟气流速越快，烟气侧换热系数越大，q值越大[2]。

2 受热面超温危害

2.1 超温对金属部件寿命的影响

对于锅炉受热面的高温部件，目前设计运行时长一般在100 000 h，其中温度水平是选择钢材料的主要考虑指标。在相同应力下，钢材设计运行小时τ和工作温度T的关系一般可用拉森米勒方程表示，为

式中：LMP 为材料的蠕变模量；C为材料常数。

由式（2）可知，在相同工作应力下，工作温度越高，设计运行时间越短。例如，一个设计500 ℃的钢材，长期超温10 ℃运行，其寿命会缩短一半。

2.2 受热面超温过热引起组织老化而发生爆管

受热面超温是运行中造成爆管的主要原因[3]。当受热面温度超过设计使用温度，钢的基本组织球化的蠕变速度加快，组织严重老化，致使蠕变极限下降产生蠕变孔洞。随着运行时间的增加，蠕变孔洞增加且逐渐扩大连接成串形成微裂纹，然后又形成较大的裂纹，直至过热爆管。超温过热造成失效以蠕变爆管为主，这种形式的爆管在直管段、弯管段均有，以弯管段居多。

3 启动过程中受热面壁温超温的特点

第一，机组从并网后到150 MW 以下负荷时，低温再热器比较容易发生超温现象。第二，超温时段发生在1 ～2 台磨煤机运行、负荷80 ～150 MW 时，其中低温再热器壁温超温最严重，持续时间最长，屏式过热器次之。待机组负荷超过150 MW 后，开始恢复正常。第三，炉膛出口烟温在500 ℃，而低温再热器壁温可达600 ℃。超温点发生在中部，两侧壁温与中部壁温差可达150 ～200 ℃。

4 启动过程中受热面壁温超温原因

启动过程中，受热面壁温超温原因主要包括热偏差过大、烟气流量与蒸汽流量不匹配、火焰中心上移、油枪及油火检监测运行不可靠以及壁温测点失真等[4]。

4.1 热偏差过大

启动初期，炉膛周围的温度较低，W 形火焰锅炉中部投运火嘴较多，燃烧强，两侧燃烧较弱。投入的燃烧器在炉膛分布不均匀，造成燃烧中心偏斜，使沿炉膛宽度方向的炉膛出口烟温和烟速分布存在一定的偏差。烟气温度场和速度场的分布偏差，使受热面吸热产生较大偏差，致使受热面局部超温。在启、停磨机及锅炉负荷升降的过程中，由于运行工况的变化率过大，炉膛出口烟气温度场和速度场分布不均，也会加大局部超温的可能性。

4.2 烟气流量与蒸汽流量不匹配

在启动初期，锅炉利用一部分热量加热锅炉金属使其达到稳定温度，利用另一部分热量加热炉水产生蒸汽。锅炉产汽量与受热面管内蒸汽流量低于正常工况下燃料量相应的水平。过热器和再热器蒸汽对受热面的冷却能力较正常工况低，受热面金属与工质之间的温差大于正常值。并网后低负荷阶段，过热器蒸汽流量本身较小，而过热器蒸汽在高缸做功后，由于缸体疏水、抽汽等，使得再热器蒸汽的流量更少。因此，锅炉热负荷发生改变时，再热器蒸汽变化比过热器蒸汽更快，更容易发生管壁超温。

4.3 火焰中心上移

启动初期炉膛温度低，着火推迟，导致火焰中心上移，产汽量减少，炉膛出口烟温升高，容易造成屏式过热器、低温再热器管壁超温。火焰中心受到炉膛温度、煤粉细度、磨煤机出口风速、磨煤机出口温度、燃烧器配风、燃煤挥发分以及炉底漏风情况等的影响。在炉膛温度和条件不满足的情况下，过早投入煤粉，煤粉不能及时着火，而推迟到上炉膛燃烧，甚至根本不燃烧；磨煤机运行不正常，煤粉细度过粗，造成煤粉着火推迟，火焰中心升高；下炉膛送入风量（F 风量）过大或C 挡板风量过小，油燃烧不完全，提升了火焰中心；锅炉总风量增加及炉底漏风时，烟气在炉内带走的热量增多，炉内辐射换热减少，火焰中心上移，造成水冷壁产汽量减少、炉膛出口烟气量增加，加剧超温。

4.4 油枪及油火检监测运行不可靠

机组启动过程中，投运煤粉燃烧器要求对应的油枪投运正常。由于油枪雾化不好或火检检测不可靠，投入的油枪燃烧不好或根本未燃会影响相应的煤粉燃烧，致使部分煤粉的燃烧推迟，火焰中心上移，造成屏式过热器、低温再热器出口壁温超温。

4.5 壁温测点失真

由于测点不准或者部分受热面未设置壁温测点，致使受热面壁温运行监测点不能真实反映实际壁温状况，如显示值低，甚至有的监测点监测不到数据，导致运行人员进行壁温调整时误判而造成超温等。

4.6 煤水比调整失控

超临界直流锅炉的主蒸汽温度主要是靠调整煤水比并以减温水为辅助来调整维持目标温度稳定，而煤水比调整对温度的改变存在较大的滞后性。在锅炉启动初期或者低负荷时，燃料量和给水量都较低，很容易调整不及时或者煤水比控制不当，导致过热器超温现象的发生。

5 防止超温的技术措施

在机组启动过程中，经过实践、摸索、分析和总结，对W 形火焰锅炉启动过程中防止过热器和壁温超温再热器壁温超温采取以下措施[5]。

第一，从入炉煤管理着手，做好机组点火启动前准备，配备启动用热值较高、挥发分含量高、干燥的煤种。在点火初期运行的制粉系统加入该煤种，有利于投粉后着火，并试转给煤机检查下煤情况。

第二，锅炉启动前提前进行风门挡板开关实验并核实阀位正确，发现偏差较大时立即处理正常后再进行启动，并对所有油枪进行检查、清洗，同时核实调整暖风器疏水系统，防止疏水不畅导致点火热风温度低。

第三，汽机尽早抽真空，锅炉点火后及时投入高、低旁，保证点火初期再热器及时通流蒸汽以冷却受热面。

第四，投油枪点火时充分考虑投入对角油枪，保证炉膛火焰能均匀充满，同时每30 min 对角切换一次。升温升压过程必须安排就地确认疏水门温度是否逐步升高，确认疏水畅通，同时对比受热面壁温来判断管路是否畅通，避免疏水管或受热面管路堵塞造成水塞。

第五，在汽机转速2 000 r·min-1时启一次风机，选油枪投运数较多的B 磨或E 磨进行暖磨。投2 支燃烧器，待磨出口温度达到120 ℃时启动磨煤机运行，控制磨压强不高于3.5 kPa。动态分离器转速设置高些，确保粉管少量带细粉，将磨出口温度控制在80 ～120 ℃。

第六，并网后逐渐提高磨内压强，保持低磨压强运行，F 挡板开度在30%左右。随着投粉燃烧器数量的逐步增加，送风量达到1 000 t·h-1，保证煤粉能完全着火燃烧。投运燃烧器的油枪必须投入正常，若油枪未运行，对应的煤粉燃烧器要及时停运。2 台磨机运行正常后，根据壁温情况调整两侧与中部壁温差，尽量投运两侧燃烧器，停运部分中部油枪和燃烧器，维持10 ～12 支油枪即可。注意炉膛出口烟温偏差不得超过50 ℃，升负荷应平稳，不能采用快速升负荷的方法进行壁温调节。磨机的启动顺序与油枪一致，按B、E、A、F 顺序投入。

第七，在启动的各个阶段，要及时调整二次风挡板（即C、F 风挡板）开度。投油时，投运油枪的C挡板要及时开至70%，F 挡板开至10%；启磨投粉初期，F 挡板开至30%；负荷100 MW 以上且有2 台磨机运行时，投运燃烧器对应F 挡板可开至40%。

第八，启动过程中控制好过热器和再热器气温，防止因气温超温引起壁温超限。冲转前主气温根据油枪数控制炉膛出口气温进行调节，再热器气温的调节需将低温再热器侧烟气挡板关小，开低过侧烟气挡板进行调节。机组冲转前严禁投用减温水，防止过热器管束发生水塞。在机组并网升负荷的初始阶段，需采取措施增大冷再汽量。一方面，适当开出高旁，投用高旁减温水，增大进入冷再的蒸汽流量的同时降低冷再气温；另一方面，减小二抽的抽气量，保持暖管蒸汽即可，增大进入冷再的蒸汽量。

第九，选取过热器中间点温度作为煤水比的调节参考值，将中间点温度作为煤水比调整的前馈信号，当中间点温度发生改变时，立即调整煤水比温度，同时辅助调整减温水调节气温，起到克服煤水比调整气温滞后性的作用。在低负荷时，由于给煤量和给水量都较低，调整时不应大幅操作，避免过调或者少调等造成气温波动，同时应避免气温骤降。

6 结语

研究分析超温的原因，采取针对性的措施后，经过几次开机实践，已能够将受热面壁温控制在允许范围内，有效避免了受热面的超温，确保了机组的安全性，避免发生四管泄漏问题。此外，有效控制壁温能缩短1 h 左右的启动时间，节约燃油10 t 左右，确保安全性的同时兼顾经济性。