超超临界锅炉低负荷汽温偏差调整与运行优化

王佳伟

摘  要：某电厂660 MW 超超临界四墙切圆锅炉，50%负荷长期掺烧劣质煤种，燃用煤种严重偏离设计煤种，导致屏式过热器右侧汽温较左侧汽温长期偏低20～30℃和右侧末级过热器出口蒸汽温度较设计值偏低10～20℃两个突出问题。

关键词：低负荷;超超临界锅炉;四墙切圆;汽温偏差;燃烧优化

江苏某660MW超超临界四墙切圆煤粉锅炉，自投产以来，由于掺烧劣质煤种，锅炉效率低等一系列影响机组正常稳定运行的安全经济性问题。为此，分析影响燃烧问题的主要因素，并进行系统性燃烧优化调整试验研究。

1 设备简介

该锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的超超临界参数螺旋管圈直流煤粉炉，单炉膛、四墙切圆、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、全钢构架悬吊结构、Π型燃煤锅爐，锅炉设计参数见表1。

在每相邻2层煤粉喷嘴之间布置有1层辅助风喷嘴。燃烧器主要设计参数如表2所示。

2机组运行现状

在360MW负荷，原煤和劣质煤常规掺烧比例下进行试验，煤质参数如表3所示。实际运行试验工况数据与设计参数对比如表4所示。

从表4中360 MW实际运行工况数据可以看出，实际运行中主要问题有两个：一是存在汽温偏差现象，尤其是右侧后屏过热器出口受制于壁温高影响，汽温较左侧偏低27℃;二是末级过热器平均出口蒸汽温度（593.5℃）较设计参数值（600 ℃）低6.5℃。分析历史运行数据表明，后屏出口壁温右侧长期较左侧偏高，末级过热器出口蒸汽温度较设计值偏低。二级减温水右侧开度为58%，减温水开度余量较小，一旦机组协调跟不上负荷调整，将使屏过右侧出现壁温超温的现象，末级过热器出口蒸汽温度偏低，限制了发电机组的出力，这些问题都将严重影响机组的安全性和经济性。

3 原因分析

由于烟气气流旋转惯性的作用，在炉膛上部及水平烟道区域，左侧气流在水平方向上存在指向炉后的分速度，右侧气流在水平方向存在指向炉前的分速度，造成烟气流左侧存在短路现象，右侧烟气气流存在向前、停止和转向的运动行程，烟气流程如图1所示。

由于左右两侧烟气运动行程的偏差，致使左右两侧烟气流速存在偏差，而烟气流速的偏差会导致烟气温度的偏差。这是由于烟气流速高，通过同一烟道的时间较短，单位烟气的放热量较少，烟气温降少，烟温就高。烟气流速，烟温，烟气放热量的关系如式（1）和式（2）所示。

Wy Wpj = （Ty/ Tpj）4´（2 T1 -Tpj）/（2T1 -Ty）           （1）

Q =KFd（ Ty -Tb） W y0.65LS +XbeFf （XyTy4-AyTb4 ）LS     （2）

式中：Wy——某一流束的烟速，m/s;Wpj——平均烟速，m/s;Ty——某一流束的烟温度，K;Tpj—— 平均烟温，K;T1——炉膛出口烟温，K;K——比 例系数;Fd——对流传热面积，m2;Tb——壁面温度，K;L——通道长度，m;S——通道流通面积，m2;Xb——避免辐射系数;e——玻尔兹曼常数; Ff——辐射传热面积，m2;Xy——烟气辐射系数; Ay——烟气吸收系数;

由上式可知，虽然烟速高的区域单位烟气放热量小于烟速低的区域，但烟速高的区域烟气流量较大，烟气温度较高，所以该区域受热面总体的吸热量大于烟气流速低的区域。因此存在受热面蒸汽温度右侧比左侧高的现象。末级过热器平均出口蒸汽温度较设计值低 6.5℃，这是由于燃用煤种偏离设计煤种，导致水分、灰分、挥发分、热值和哈氏可磨性指数等偏离 设计煤种，从而煤粉细度、风量、配风方式等等影响燃烧和传热的因素偏离最佳区域值导致的。

4 优化调整

4.1 制粉系统运行优化

（1） 磨煤机出口一次风速调平针对该机组出现的配煤掺烧的典型问题，首先 进行一次风调平试验。均匀的一次风速是燃烧器稳定运行、锅炉稳定燃烧的基本保证。若一次风速不 平衡，会引起炉内燃烧切圆偏斜、炉内局部缺氧、燃烧不稳定、结渣严重、NOx排放增多、受热面局部超温和锅炉热效率下降等风险。

（2）磨煤机动态分离器转速优化调整

在保持磨煤机出力40 t/h、风量98t/h，改变动态分离器转速50r/min、40r/min和30 r/min 分别进行试验。综合考虑磨煤机电耗情况，40r/min 转速下磨煤机电耗值最低。

4.2 燃烧优化调整

在制粉系统性能试验结束之后，进行了燃烧系统优化调整试验研究，进一步优化锅炉燃烧状况、降低NOx排放、飞灰含碳量和锅炉结焦等状况。

一次风量优化调整

二次风量与负荷相对应，合适的二次风量能够使煤粉燃烧更加充分稳定，燃烧反应生成物分布更加弥散，炉膛温度分布更加均匀，提高锅炉热效率，同时能够降低NOx排放。保持锅炉其它运行参数基本不变的条件下，在360 MW工况下进行变氧量特性试验研究。综合考虑锅炉热效率、屏式过热器出口汽温偏差和NOx排放，360 MW负荷下的空预器入口氧量最佳为5.5%。

二次风配风方式优化调整

在机组负荷稳定在360 MW，保持空预器入口氧量在5.5%左右，燃烬风风门开度不变，除AA层风门作为“托底”风保持开度 60%外，其他辅助风门开度分别根据“均等”、“正塔”、“倒塔”、“鼓腰”、和“缩腰”5种配风方式进行试验。结果表明，“倒塔”型二次风配风方式效果较好，上层二次风开大后，火焰中心下移，有利于燃料的燃尽性。屏式过热器右侧壁温不变的情况下，右侧汽温由536℃上升至554℃，消除了屏过左右两侧热偏差，末过汽温最终达到设计值600℃。

5 总结

针对四墙切圆煤粉锅炉因劣质煤掺烧引起的汽温偏差和出口蒸汽温度偏低这两个突出问题，在计算分析基础上进行了制粉系统和燃烧系统的优化调整研究试验。经过优化调整后，屏式过热器出口左右汽温偏差控制在3℃以内，末级过热器出口蒸汽温度提高6.5℃，达到锅炉设计值，此次摸索调整对解决超超临界锅炉劣质煤掺烧工况同类问题，具有较大技术经济意义。

参考文献

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