防壁温高措施及对策.doc

660MW超超临界锅炉防止管壁温度异常升高的措施及对策

一 660MW超超临界锅炉简介
我厂#7炉是由上海锅炉厂引进技术制造的国产超超临界参数变压直流炉，燃烧系统采用中速磨煤机、冷一次风、正压直吹式制粉系统设计，一台锅炉配备六台MPS190型中速磨煤机和电子称重式给煤机，燃用设计煤种时，5台磨运行，1台磨备用。24只直吹式水平浓淡分离燃烧器分6层布置于炉膛下部四角,煤粉和空气从四角送入,在炉膛中呈切圆方式燃烧。燃烧方式采用低NOx同轴燃烧系统（LNCFS）。通过分析煤粉燃烧时NOx的生成机理，低NOx煤粉燃烧系统设计的主要任务是减少挥发份氮转化成NOx，其主要方法是建立早期着火和使用控制氧量的燃料/空气分段燃烧技术。LNCFS的主要组件为：
a.紧凑燃尽风（CCOFA）；
b.可水平摆动的分离燃尽风（SOFA）；
c.预置水平偏角的辅助风喷嘴（CFS）；
d.水平浓淡分离煤粉喷嘴。
LNCFS在降低NOx排放的同时，着重考虑提高锅炉不投油低负荷稳燃能力和燃烧效率。通过技术的不断更新，LNCFS在防止炉内结渣、高温腐蚀和降低炉膛出口烟温偏差等方面，同样具有独特的效果。
主风箱设有6层水平浓淡分离煤粉喷嘴，在煤粉喷嘴四周布置有燃料风（周界风）。在每相邻2层煤粉喷嘴之间布置有1层辅助风喷嘴，其中包括上下2只偏置的CFS喷嘴，1只直吹风喷嘴。在主风箱上部设有2层CCOFA（Closed-coupled OFA，紧凑燃尽风）喷嘴，在主风箱下部设有1层UFA（Underfire Air，火下风）喷嘴。在主风箱上部布置有SOFA（Separated OFA，分离燃尽风）燃烧器，包括5层可上下摆动的分离燃尽风（SOFA）喷嘴。连同煤粉喷嘴的周界风，每角主燃烧器和SOFA燃烧器各有二次风挡板25组，均由电动执行器单独操作。SOFA燃烧器采用摆动结构，由内外连杆组成一个摆动系统，由一台电执行器集中带动作上下摆动。
LNCFS通过在炉膛的不同高度布置CCOFA和SOFA，将炉膛分成三个相对独立的部分：初始燃烧区，NOx还原区和燃料燃尽区。在每个区域的过量空气系数由三个因素控制：总的OFA风量，CCOFA和SOFA风量的分配以及总的过量空气系数。这种空气分级方法通过优化每个区域的过量空气系数，在有效降低NOx排放的同时能最大限度地提高燃烧效率。

二 运行中存在的问题
a. 煤种适应性差，炉内有局部结渣现象，温度场存在一定的偏差；在不同负荷段容易出现不同受热面管壁温度异常升高现象（负荷460~550MW时，末级过热器；负荷500MW以上时，水冷壁后墙悬吊管；负荷580~660MW时，高温再热器）；
b. 主汽温度因炉内结渣粘污而升高，因炉膛吹灰而降低，再热汽温因水平烟道吹灰而降低，且变化幅度较大。

三 锅炉燃烧调整试验
为了解SOFA风上下摆角、CCOFA风风量、SOFA风风量和主燃烧器二次风量对末级过热器壁温、高温再热器壁温及水冷壁后墙悬吊管壁温的影响,特对SOFA风上下摆角、SOFA风风量、CCOFA风风量和运行燃烧器二次风量进行调整试验。试验时负荷660MW，A、B、C、D、E、F磨运行，采用均等配风方式，各风门开度见表1。试验中，维持负荷、氧量、一次风量、一次风压、各级减温水量及过热器、再热器烟道挡板开度不变，选取运行中容易异常升高的受热面管壁温度测点进行观察对比，其中末级过热器壁温测点为第22点（9排第18根）、第77点（3排第7根）；高温再热器壁温测点为第2点（6 排第1根）、第33点（61排第8根）、第49点（6排第3根）；水冷壁后墙悬吊管壁温测点为第4点。
表1：试验前后SOFA风摆角及各二次风门开度

风门名称
调整前
工况
开度%
调整后
工况1
开度%
调整后
工况2
开度%
调整后
工况3
开度%
调整后
工况4
开度%
SOFA摆角
30
50
30
30
30
SOFA5
65
65
65
55
65
SOFA4
60
60
60
50
60
SOFA3
55
55
55
45
55
SOFA2
55
55
55
55
55
SOFA1
60
60
60
60
60
CCOFA2
70
70
55
70
70
CCOFA1
70
70
55
70
70
F1
20
20
20
20
25
F
20
20
20
20
25
EF
20
20
20
20
25
E1/E2
20
20
20
20
25
E
20
20
20
20
25
DE
20
20
20
20
25
D1
20
20
20
20
25
D
20
20
20
20
25
CD
20
20
20
20
25
C1/C2
20
20
20
20
25
C
20
20
20
20
25
BC
20
20
20
20
25
B1
20
20
20
20
25
B
20
20
20
20
25
AB
20
20
20
20
25
A1/A2
20
20
20
20
25
A
25
25
25
25
25
AA
70
70
70
70
70

1、 SOFA风上下摆角的调整试验
将SOFA风上下摆角由30%调至50%，由于炉膛出口烟温降低，SOFA风反切作用增强，过热汽温略有下降，末级过热器管壁第22点温度明显上升。再热器出口温度降低，两侧偏差下降,高温再热器管壁温度也呈缓慢下降趋势。水冷壁后墙悬吊管壁温因锅炉燃烧效率降低，燃料量增加，水煤比减小而有所升高。（见表2）。
2、CCOFA风风量的调整试验
将紧凑燃尽风CCOFA1、CCOFA2风门开度均调至55%，主、再热汽温均有所下降，末级过热器管壁温度略有上升，高温再热器管壁温度随着再热汽温的降低
略有下降。水冷壁后墙悬吊管壁温因燃料量减少，水煤比增加而略有降低。（见表2）。
3、SOFA风风量的调整试验
将SOFA5、SOFA4、SOFA3三层分离燃尽风风门开度分别调至55%、50%、45%，炉膛出口烟温先升后降（火焰中心下移，锅炉效率增加，燃料量减少），SOFA风反切作用减弱，过热汽温随炉膛出口烟温先升后降，两侧汽温偏差增大，末级过热器管壁温度随过热汽温先升后降。再热器出口温度也是先升后降，两侧偏差下降,高温再热器管壁温度变化趋势与末级过热器管壁温度变化趋势一致，都是左侧壁温明显升高。水冷壁后墙悬吊管壁温因锅炉燃烧效率增加，燃料量减少，水煤比增加而有所降低。（见表2）。
4、主燃烧器二次风量的调整试验
将主燃烧器燃料风、辅助风、偏置风均调至25%，由于火焰中心下移，锅炉效率增加，燃料量减少，炉膛出口烟温降低，过热汽温随炉膛出口烟温下降，两侧汽温偏差增大，末级过热器管壁温度呈缓慢下降趋势。高温再热器出口温度和管壁温度都随烟温的降低而下降，且幅度较大。水冷壁后墙悬吊管壁温因锅炉燃烧效率增加，燃料量减少，水煤比增加而有所降低。（见表2）。
表2：试验前后锅炉主要参数

参数

调整前

调整SOFA风上下摆角后
调整CCOFA风风量后

调整SOFA风风量后

调整主燃烧器二次风量后
低过出口蒸汽温度
441/445.7
440/444.7
438.9/444.7
440/444.7
438.9/443.7
分隔屏出口蒸汽温度
491.4/497.8
488.4/496.9
487.4/495.9
488.4/494.8
485.4/494.7
后屏出口蒸汽温度
542.9/548.4
539.9/546.4
535.9/547.6
536.9/547.7
531.9/548.7
末过出口蒸汽温度
599.9/597.6
597.8/592.5
596.7/589.5
598.7/590.5
597.7/583.4
高再进口蒸汽温度
494.7/482.8
495.7/480
491.6/479.7
491.6/478.7
487.6/475.7
高再出口蒸汽温度
591.2/600.3
591.2/596.1
586.1/598.2
586.1/596.2
581.1/592.9
后墙悬吊管壁温
第4点
460.8
462.9
460.4
459.2
459.7
末级过热器壁温
第22/77点
615.9/620.1
619.9/617.3
613.6/618.4
617.1/620.8
614.1/619.2
高温再热器壁温
第2/33/49点
622.6/612.1/620.4
620.3/609.5/617.8
620.4/610.7/618.1
620.8/608.7/618.3
617.7/607.8/616.3
NOx含量
451.8/443.4
442.5/417.3
455.5/447.2
461.2/449
431.3/426.6
排烟温度
121.7/116.8
121.9/117.2
123/118.2
123/118.6
123.1/118.4
过热度
23.4
23.47
23.5
24.09
24.6
风箱与炉膛差压
1.0/0.8
1.0/0.8
1.0/0.8
1.07/0.92
0.85/0.68
水煤比
7.679
7.572
7.703
7.747
7.738
燃料量
241.927
242.791
241.686
239.918
239.978
上述调整试验是通过调整炉内不同作用的二次风量，组织不同的炉内空气动力场，来了解锅炉各主要参数的变化情况。为了解水煤比对末级过热器壁温、高温再热器壁温及水冷壁后墙悬吊管壁温的影响,特对给水量偏置进行调整试验。试验条件与上述试验相同。
5、设置给水量偏置的调整试验
分别将给水量设置+30T/H和-30T/H的偏置，增加给水量后，由于水煤比增加，炉膛出口烟温降低，主汽温及末级过热器管壁温度均有所下降，水冷壁后墙悬吊管壁温、再热汽温及高温再热器管壁温度明显降低。相反，减少给水量后，由于水煤比减小，炉膛出口烟温升高，主汽温及末级过热器管壁温度均有所上升，水冷壁后墙悬吊管壁温、再热汽温及高温再热器管壁温度明显升高。（见表3）。
表3：给水量变化前后锅炉主要参数

参数
给水量偏置（T/H）
+30
0（调整前）
-30
低过出口蒸汽温度
434.8/440.6
441/445.7
441.9/445.8
分隔屏出口蒸汽温度
480.3/485.6
491.4/497.8
493.4/498.7
后屏出口蒸汽温度
527.8/541.7
542.9/548.4
543.8/553.7
末过出口蒸汽温度
594.7/586.3
599.9/597.6
602.8/596.4
高再进口蒸汽温度
490.6/478.6
494.7/482.8
493.7/480.6
高再出口蒸汽温度
584.1/594.3
591.2/600.3
593.4/601.4
后墙悬吊管壁温
第4点
455.1
460.8
465.2
末级过热器壁温
第22/77点
613.8/617.2
615.9/620.1
620.8/624.5
高温再热器壁温
第2/33/49/83点
615.7/605.3/614.1
622.6/612.1/620.4
627.9/614.2/625.8
NOx含量
457.4/449
451.8/443.4
457.4/449.9
排烟温度
123/118.2
121.7/116.8
123/118.2
过热度
21.53
23.4
26.2
风箱与炉膛差压
1.0/0.8
1.0/0.8
1.0/0.8
水煤比
7.789
7.679
7.563
燃料量
240.52
241.927
244.5

四 防止受热面管壁温度异常升高的措施及对策
通过试验得出：增加锅炉给水量，提高水煤比，可以快速而有效的降低水冷壁后墙悬吊管及高温再热器管壁温度，高温过热器管壁温度也有一定程度的降低，但同时也会使得主、再热汽温降低，锅炉效率下降，运行经济性降低。防止锅炉受热面管壁超温的关键在于合理进行配风，组织良好的炉内空气动力场，避免高温烟气直接冲刷受热面管壁，造成受热面结焦。制定合理的炉内受热面吹灰方案，定期对锅炉各受热面进行吹灰，防止因受热面结焦导致超温爆管、被迫停炉的事故发生。
根据试验结果，还可以采取以下方法来防止受热面管壁超温：
1、防止末级过热器管壁超温
早高峰加负荷时（460~550MW），由于负荷增加较快、启动备用磨煤机等原因，末级过热器管壁容易超温，采取降低炉膛火焰中心，让煤粉尽量在主燃烧器区域燃烧（初始燃烧区），减少燃尽区未燃尽的燃料量，减少高温烟气对过热器管屏的冲刷，来防止主汽温和末级过热器管壁超温。具体调整方法如下：
1.1、根据主、再热汽温及末级过热器管壁温度变化情况，适当调整（关小）上三层SOFA风风门开度（提前进行调整，末级过热器管壁温度随过热汽温先升后降）；
1.2、关小（关闭）SOFA风摆角（SOFA风反切效果减弱末级过热器第9排管屏温度降低，第3排管屏温度升高）；
1.3、适当开大运行层燃烧器各风门挡板开度，包括燃料风（周界风）、辅助风、偏置风；
1.4、控制主蒸汽温度在适当范围（末级过热器管壁温度随主汽温升高而升高）；
2、防止高温再热器管壁超温
负荷高峰时（580~660MW），由于炉膛出口烟温高，烟气量大，高温再热器管壁容易超温，同样应降低炉膛火焰中心，减少燃尽区未燃尽的燃料量，还应采取方法降低炉膛出口烟温，通过降低高温再热器区域烟温，达到防止高温再热器管壁超温的目的。具体调整方法如下：
2.1、根据主、再热汽温及高温再热器管壁温度变化情况，开大SOFA风摆角（向上摆），使SOFA风远离火焰中心，达到降低炉膛出口烟温的目的；
2.2、适当开大上三层SOFA风风门开度（SOFA风反切作用增强，高温再热器第6排管屏温度降低，第61排管屏温度升高）；
2.3、适当开大运行层燃烧器各风门挡板开度，包括燃料风（周界风）、辅助风、偏置风；
2.4、控制再热蒸汽温度在适当范围。
3、防止水冷壁后墙悬吊管管壁超温
负荷500MW以上变工况运行时，容易发生水冷壁后墙悬吊管管壁超温的现象。出现这种情况的主要原因是协调方式下，由于种种原因，实际机前压力大于设定的机前压力，且两者相差较大（协调尚在调整过程中）。此时再改变负荷会出现两者情况：一、增加负荷时，燃料量增加，给水量由于实际机前压力高于设定的机前压力，给水量不增加甚至减少，导致水煤比减小，中间点温度上升，主汽温升高，减温水量增加，造成水冷壁后墙悬吊管管壁超温；二、减负荷时，由于实际机前压力高于设定的机前压力，给水量的减少量远大于燃料量的减少量，同样使水煤比减小，中间点温度上升，主汽温升高，减温水量增加，造成水冷壁后墙悬吊管管壁超温。出现实际机前压力大于设定的机前压力时，控制水冷壁后墙悬吊管壁温的方法如下：
3.1、维持负荷稳定，待协调调节稳定后，实际机前压力与设定的机前压力相差不大时再进行负荷调整；
3.2、增加燃料校正系数，使燃料量减少，或退出协调，手动减少燃料量；
3.3、根据过热度和水冷壁后墙悬吊管壁温变化情况，降低机前压力设定值，降低中间点温度；
3.4、在不超压运行和协调调节允许范围内，增加给水量偏置设定值，使水煤比增加，中间点温度降低（注意防止过热度下降较快，锅炉转湿态运行）。

五、结束语
　　锅炉高温受热面超温的原因是多方面的，过热蒸汽器、再热蒸汽器超温的原因也存在异同，需分别对待，找出主要原因，采取合理措施避免超温。这里只是对超温事故原因及相应措施进行了分析和探讨，随着锅炉长期运行，长期的超温现象对高温受热面管寿命威胁越大，甚至会造成爆管现象。很有必要对这方面的问题进行细致深入的研究和攻关，减少超温爆管对生产运行的影响

风门开度：（参考）

负荷
MW

风门开度%

SOFA
摆角

二次风箱与炉膛差压
SOFA5
SOFA4
SOFA3
SOFA2
SOFA1
CCOFA2
CCOFA1
260~300
0
20
30
45
55
55
55
0
0.3
310~350
0
30
40
50
55
55
55
0
0.3
360~400
20
40
50
55
60
60
60
0
0.35
410~450
30
40
50
55
60
60
60
0~20
0.4
460~500
40
40
50
55
60
65
65
0~20
0.5
510~550
40
40
50
55
60
65
65
0~30
0.6
560~600
40
45
55
60
60
65
65
30~50
0.7
610~660
50
50
60
60
60
65
65
40~60
0.8