摘要：大型火力发电机组中再热器是锅炉必不可少的一部分，提高再热汽温控制系统的控制品质对火电机组平稳安全运行十分重要。再热汽温控制的目的是将再热蒸汽温度控制在设定值上，保护再热器不超温且保持汽温稳定，以保证机组的安全性和经济性。在电厂自动控制系统中，再热汽温具有大惯性、大延时的特点，因此其较难控制且不易稳定。本文以某电厂600Mw亚临界燃煤机组机组锅炉末级再热器出口管壁温度超限的原因 对控制管壁温度的方法进行了总结 并提出了防止末级再热器超温爆管的建议。
关键词：600mw亚临界机组；再热器；壁温控制
1设备概况
1.1主要参数
额定蒸发量1 801 t/h
过热器出口压力17.38 MPa
过热器出口温度540℃
再热蒸汽流量1 480 t/h
再热蒸汽进口压力3.45 MPa
再热蒸汽出口压力3.29 MPa
再热蒸汽进口温度314.3℃
再热蒸汽出口温度540℃
给水温度273.8℃
1.2设备特点
某发电有限责任公司安装2台由某三大动力厂生产的600MW汽轮发电机组其中锅炉为引进美国ABB-E技术设计制造的HG-2023/17.6-YM4型四角切圆燃烧，亚临界，一次中间再热，固态排渣，控制循环汽包炉。
再热器由3个部分组成墙式辐射再热器布置在水冷壁前墙和侧墙的前部。再热器前屏位于后屏过热器及水冷壁悬吊管之间折烟角的上部。末级再热器位于炉膛折焰角后的水平烟道内与再热器前屏中间无联箱串联布置。高压缸排汽经喷水减温后进入墙式辐射再热器然后经再热器前屏至末级再热器再热器的温度调整主要由调整燃烧器摆角实现喷水减温只作为防止事故超温及辅助调温用。
2末级再热器出口管壁超温分析
2.1末级再热器出口管壁超温的现象
3号机组调试过程中末级再热器出口管壁存在超温现象，最高壁温可达到636℃以上，主要是在机组高负荷或上层煤粉喷嘴投运期间，最高壁温区域位于右侧第63，67，70监视点，其中第67监视点壁温最高。开大顶部OFA反切风效果不明显。其它部位壁温均低于540℃，过热器管壁温度分布与末级再热器相同，但不存在超温现象。
2.2原因分析
末级再热器从左至右共72排，每排l2根管，分别在第3、6、9、l2、l5、22、25、30、34、37、42、46、5l、58、63、67、70排管屏的最外圈管子上各设有一个壁温监视点，在第l，和55排管屏的每一根管子上设有一个壁温监视点，共4l个壁温监视点。
由于四角切圆燃烧的特点是整个炉膛为一个燃烧单元，四角气流相互作用，在炉内形成逆时针方向的旋转气流。到分隔屏或后屏下沿，还存在一定的残余旋转，此时，引风机对烟气流的作用力是向炉后方向，该作用力使烟气流改变方向。由于烟气的残余旋转，其切向速度分量方向及大小在同一截面上不同，在向后吸力的作用下造成流速的分布不均，表现为右侧烟气流速偏高。考虑到水平烟道沿垂直方向流动阻力的不同，上部烟气流的流程要大于下部，流动阻力偏大，则下部烟气流速及烟温偏高。由于流速分布上的偏差，使流经同一截面的不同区域飞灰携带量也随之出现一定的差异，并对水平烟道受热面的传热量比例产生影响。
由于烟气流速及飞灰携带量的偏差，使末级再热器右侧管屏出现管壁超温现象。在后屏再热器与末级再热器之间通过无联箱串联连接，使再热器的吸热不均相互叠加，也加剧了末级再热器管壁超温。
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制造厂在设计时虽然已考虑了末级再热器管壁超温的问题，在采取反切风的同时，又将顶部两个OFA喷嘴设计为左右可手动摆动l2°，但未能给出具体的摆动角度数值，必须通过具体试验来确定合适的摆动角度和相应的风门开度范围，才有希望达到预期的效果。
另外，燃烧火焰中心的位置对末级再热器管壁温度也有一定的影响，包括燃烧器辅助风的配比，磨煤机的组合运行情况，磨煤机的一次风流量大小，总风量的大小及磨煤机出力的分配等。
过热器由于其换热效果较好，又有两级喷水减温控制，管壁温度较低，不存在过热现象。厂家在设计中计算的末级再热器最高管壁温度位于右侧，最高壁温计算值为626℃，并且在管壁温度最高部位选用了TP-304H钢材，最高允许管壁温度可达到657℃，正常壁温控制值为小于636℃，确保再热器不超温。
3燃烧调整
3号机组在调试过程中，发现6台磨煤机在正常运行中一次风冷热风门的开度均在60%以上，调节余度较小，而相应的磨煤机一次风流量指示均在正常范围内，故判断为一次风流量表可能不准，经磨煤机一次风量标定，发现一次风流量计算公式不正确，修改后，磨煤机的一次风冷热风门开度下降为20%-50%。磨煤机的一次风流量降低后，燃烧器着火位置适中，且着火比较稳定，降低了燃烧火焰中心位置，有利于控制再热器壁温。
对于该CE型四角切圆燃烧锅炉，一次风量不宜太大，否则会加强火焰残余旋转效应，由于煤质较好，正常运行中，一般磨煤机的出力在40%-80%之间，相应通风量为62.6-77.65km3/h之间，有利于降低末级再热器管壁温度。
OFA反切风喷嘴摆动角度存在一个最佳位置，当摆动至最大位置时，增加反切风挡板开度至60%后，末级再热器出口右侧壁温可降低至570℃左右，但过热器与再热器出口蒸汽温度出现严重偏差，右侧低于左侧30C左右，右侧最高蒸汽温度只能达到510℃，达不到设计值，调整减温水及调整燃烧器摆角无效。当调整OFA反切风喷嘴摆动角度至＋6°时，效果最佳，但必须适当调整反切风量。由于气流旋转具有很大的惯性，旋转风量一旦确定后，增加反切风量很难改变其旋转方向，必须突然将反切风量一次增加至希望值后，调整才可达到预期的效果。当反切风挡板由20%逐渐开大至60%时，末级再热器出口壁温降低约10℃，而当反切风挡板由20&一次开大至60%时，末级再热器出口壁温降低约30℃。
当机组负荷在400 MW以下时，由于一般投运下层火嘴，燃烧火焰中心较低，再热器管壁温度相应也较低，一般在580℃以下;当机组负荷在400 MW以上时，E或F磨煤机投运，燃烧中心较高。虽然E和F磨煤机对应的火嘴上辅助风设计有18°的反切角度，但由于作用有限，末级再热器出口管壁温度仍然会上升至600℃以上，必须在磨煤机投运前适当开大顶部OFA反切风。OFA反切风挡板开大后，由于燃烧中心下降，会导致过热汽温度偏低，还应适当调整火嘴的上下摆动角度，以达到过热蒸汽温度与再热器管壁温度同时兼顾的目的。另外，燃烧器的组合对管壁温度也有一定的影响，采用ACDE ACDF或ABCDE组合方式管壁温度较低。
通过燃烧调整，末级再热器出口管壁温度可以控制在600℃以下，大部分时段在580℃以下，由于厂家在设计时在高温区段提高了管材等级，末级再热器出口管壁温度在600℃以下运行是比较安全的。
4防止末级再热器出口管壁温度超标措施
(1)磨煤机E或F投运工况下，顶部反切风挡板必须保持足够大的开度，且需与摆动火嘴角度配合进行调整，在调整顶部反切风挡板时要一次调整到位，以克服燃烧气流旋转的惯性。
(2)OFA反切风摆动角度存在最佳位置，通过燃烧调整确定后，不应随便改动摆动角度。
(3)在机组升负荷启动磨煤机时应提前采取降低燃烧火焰中心的措施，防止在磨煤机投运过程中末级再热器管壁温度超标。
(4)磨煤机一次风量对控制着火位置及燃烧中心具有很大的作用，磨煤机的一次风量不宜太大。
5结语
采用四角切圆燃烧方式的锅炉，由于残余旋转的存在，其末级再热器出口管壁温度必然较高，采取反切措施后对壁温分布的调整能起到一定的作用，只有在反切风动量达到一定程度后，才能有效地改变末级再热器出口管壁温度的分布。调整末级再热器出口管壁温度会与控制过热蒸汽温度产生矛盾，必须将反切风量与燃烧器摆角协调调整，方能达到二者兼顾的目的。在采用反切措施的同时，适当提高管材等级，优化再热器的结构设计，是防止末级再热器超温爆管的有效方法。
参考文献：
[1]赵娅.浅谈再热汽温度控制系统[J].贵州电力技术,2015(10):20-22.
[2]陶永华.新型PID控制及其应用[M].机械工业出版社,2012:71-72.
论文作者:吴学峰
论文发表刊物:《电力设备》2019年第9期
论文发表时间:2019/10/18
标签：管壁论文; 反切论文; 温度论文; 机组论文; 风量论文; 磨煤机论文; 蒸汽论文; 《电力设备》2019年第9期论文;