超临界锅炉低负荷运行高温过热器壁温超温控制浅析

陈喜 齐明震

摘 要：针对某电厂两台1045MW超超临界锅炉在低负荷运行中出现的高温过热器管壁超温现象，结合现场运行实践提出了超超临界锅炉防止低负荷运行高温过热器管壁超温的控制策略，取得了良好的效果，保证了锅炉安全运行。

关键词：直流锅炉;低负荷;高温过热器管壁超温;控制策略

1 引言

某电厂两台1045MW超超临界机组于2012年投产，自投产以来，受电网负荷影响，两台机组经常启停和低负荷运行。机组在200MW-300MW间运行时，高温过热器管间壁温差大、易发生超温现象，管壁超温累积时间一长，金属高温蠕变、强度降低，容易爆管，给锅炉安全运行带来非常大的安全隐患。某厂全年两台机组高温过热器壁温超限分钟统计图见图1：

2 锅炉设备情况

某电厂锅炉选用东方锅炉（集团）股份有限公司生产的DG3033/26.15-II2超超临界参数燃煤直流炉[1]，为单炉膛、前后墙对冲燃烧、一次中间再热、尾部双烟道结构、采用烟气挡板调节再热汽温，平衡通风、固态排渣、露天布置、全悬吊、钢结构П型锅炉。每台炉配6台MGS4366型双进双出钢球磨煤机，燃烧系统采用低NOx燃烧器。燃烧器分3层，每层共8只，前后墙各布置24只，每台磨煤机带一层燃烧器。

高温过热器蛇形管位于锅炉折焰角上部，顺流布置，炉内过热器管子外三圈采用HR3C材料，进口内圈材质为SA213—TP347HFG，出口内圈材质为SUPER304H。

高溫过热器材质选用和壁温报警控制设定值见图2：

3 低负荷高温过热器管壁超温原因分析

3.1 锅炉湿态转干态过程中，蒸汽流量降低，水煤比失调

直流锅炉的三大过热器（过热器、省煤器、水冷壁） 串联连接，虽然在结构上是分清的，但是工质状态没有固定的分界，它随着工况而变化[2]。工质物理特性影响，在干湿态转换过程中，蒸汽比容等参数交变波动较大，引起管间流量偏差加剧，容易发生超温。因此在锅炉湿态转干态过程中，必须严格控制好给水流量、给水温度、水煤比等参数，防止出现管壁超温甚至爆管。锅炉转态过程中，给水流量控制过大、给水温度控制过低，均会造成锅炉蒸汽流量不足，锅炉蒸汽流量低，水煤比一旦失调，锅炉过热器就会超温。

3.2 锅炉启、停过程中，锅炉长时间湿态运行;

超超临界锅炉低负荷湿态运行中的汽温控制比正常运行时更为复杂，因为蒸汽参数变化大而流量比较低，所以锅炉湿态运行更容易超温。锅炉启动过程中，因突发的制粉系统故障，导致锅炉无法增加燃料，机组无法升负荷;锅炉停运过程中，因烧空原煤仓，磨煤机不能停运，机组无法降负荷，这两种情况都会导致锅炉长时间湿态运行。

3.3 锅炉湿态运行时，蒸汽流量降低

锅炉湿态运行时，锅炉一旦有外排量，会引起工质热量损失，蒸汽流量降低;给水温度过低，蒸汽流量会降低，锅炉过热器容易超温。锅炉湿态运行时，应尽量减少汽水分离器的排水，提高锅炉给水温度，增大蒸汽流量，对降低管间流量偏差大有好处。

3.4 锅炉低负荷运行，启、停磨过程中，燃料波动大;

双进双出钢球磨煤机进入锅炉燃料量不能用给煤机煤量来准确控制，只能用负荷风门模糊控制，锅炉低负荷阶段，尤其是启停磨阶段，进入锅炉的燃料波动大，锅炉过热器易超温，必须严格控制燃料投入速度和及时调整燃烧工况。

4 低负荷高温过热器管壁超温控制策略

4.1 锅炉湿态转干态控制要点

1）邻机运行时保持除氧器温度在150℃左右，启动炉供辅汽时维持除氧器温度在100℃以上，建立高加正常水位，进一步提高进入锅炉省煤器入口给水温度，提高低负荷锅炉蒸汽流量;

2）在机组负荷达到250MW～300MW时，进行锅炉湿态转干态操作，进行操作之前完成锅炉给水由旁路切至主路运行;

3）锅炉转态前按照机组启动汽温、汽压曲线确认汽温、汽压是否匹配，转态前主汽温应控制在550℃为宜，否则应调整正常后再进行转态操作。

4）锅炉转干态应待第三台磨运行稳定后再进行，炉内燃烧稳定，密切关注炉膛负压变化情况，必要时保持足量的油枪运行，转态时燃料量应平稳缓慢增加。

5）锅炉转态时保持给水流量在800t/h左右，关闭锅炉361阀前电动总门，避免锅炉外排，增加锅炉蒸发量，根据储水箱水位逐渐关小炉水循环泵出口调节门，逐渐提升汽泵转速，使给水平稳过渡至汽泵接带。

4.2 正常运行，燃料调整要点

1）正常运行期间氧量是反映炉内燃料变化的重要指标，燃料调整以氧量平稳变化为主要参考。

2）从燃料调整至汽温、壁温等参数发生变化需要约2分钟时间，因此增、减燃料后应观察氧量、汽温、壁温等参数变化情况，待变化趋势变缓后再进行下一步调整，避免过调。

3）燃料调整以磨煤机负荷风门调整为主，一次风压调整为辅，在有余量的情况下磨负荷风门最好保持在45～65%之间，留足调节裕量，运行中控制燃料反馈与燃料指令偏差<10%，避免燃料量与负荷不匹配。

4）一次风压的自动跟踪存在滞后性，调节一次风压要打好提前量，负荷指令变化、开关磨煤机风门等均会导致一次风压变化，此时应及时调整，稳定入炉燃料量。

5）磨煤机启动建立料位出力阶段尽量控制在机组加负荷时，磨煤机停磨吹空阶段尽量控制在机组减负荷时，尽量避免这两个时段落在稳定负荷阶段，减少启停磨对参数的扰动。

6）启、停磨煤机时，应根据磨煤机出力及吹空特性，并根据氧量等参数变化，及时调整其它磨煤机出力，保持整体入炉燃料量稳定。

7）加强磨煤机各参数监视，避免空磨、堵磨造成的入炉燃料量大幅波动。

4.3 机组停运过程中，制粉系统控制要点

1）原煤仓烧空按计划有序烧空，不要多台磨煤机原煤仓同时烧空，一台磨两个原煤仓烧空仓间隔时间控制在20分钟以内;

2）磨煤机停运按计划有序进行，不要同时进行多台磨煤机停运操作;

3）锅炉湿态运行期间，输煤皮带连续运行，原煤仓仓位控低不控高，少加仓，精细化调整，控制最后两台磨烧空停运间隔时间在20分钟以内

4.4 机组启动过程中，制粉系统控制要点

1）磨煤机启动按计划有序进行，不要同时进行多台磨煤机启动操作;

2）机组并网前启动第二台磨运行，锅炉转干态前启动第三台磨煤机，磨煤机启动出力后，应及时通过降低一次风压、关小运行磨负荷风门等手段控制燃料量，避免锅炉热负荷快速增加，导致汽温及壁温快速升高。

5 结论

文中从现场实践角度浅析了超超临界锅炉低负荷运行高温过热器管壁超温的原因和控制策略，采取相关措施后，机组低负荷段运行时，锅炉高温过热器管壁超温的情况得到有效根治，保证了锅炉安全运行。