关键词：低过热度 吹灰器行程 壁温 主汽温
某发电厂#1机组受三过A侧、四过A/B侧壁温的限制，该厂#1机组过热器出口汽温始终维持在590℃的水平，距离额定值605℃有较大的偏差，且过热器减温水流量也整体处于较高水平。为保证锅炉的安全性，提高锅炉运行的安全性，#1机组首先进行了低过热度燃烧试验，拟通过降低炉膛出口温度的方法控制壁温。
1锅炉运行工况采样说明
低过热度工况运行期间，采样数据选取4月11日08:00至14:00。常规工况运行期间，采样数据选取4月12日18:00至24:00。
1.1采样区间机组负荷情况
4月11日采样区间内，机组平均负荷691.42MW，4月12日采样区间内，机组平均负荷694.22MW。机组负荷趋势见图1、图2。
1.2采样区间配煤情况
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表1
除磨煤机A加仓情况有所调整，其余磨煤机加仓情况不变。煤质情况相似。
1.3采样区间磨煤机运行情况
4月11日09:00，#1炉磨煤机D发生爆燃，紧急停运后退出备用。至4月11日15:30，#1炉磨煤机D恢复备用并投入运行。4月12日中班，#1炉磨煤机D转为检修状态，退出备用。采样区间内，#1炉磨煤机运行方式为磨煤机A\B\C\E保持运行，磨煤机F备用。火焰高度基本一致。
1.4采样区间受热面吹灰情况
4月11日09:00，距离吹灰结束时间在1至2小时之间，4月12日18:00，距离吹灰结束时间同样在1至2小时之间。受热面清洁程度相似。
根据上述情况判断，4月12日18:00至24:00运行工况与低过热度期间的运行工况较为接近，适合进行比较。
2锅炉运行数据
2.1负荷及过热度情况
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表3
过热度变化趋势见图3。从图3可明显看出4月12日常规工况过热度高于4月11日试验工况。通过调整，试验期间机组实际过热度在15℃上下浮动，4月12日则在20℃左右浮动。
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2.2过热器减温水用量情况（计算值）
同样取4月11日08:00至14:00时间段，过热器减温水总量平均值35.39t/h。小时均值见表4。
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表5
2.3受热面吸热情况
排除变负荷工况的干扰，调阅机组负荷曲线寻找负荷最为稳定的时间段，将采样数据进行比对。在试验工况内选择13:03时数据与4月12日21:44时数据进行对比，详见表6。
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受热面温升数据表明：
1)试验工况过热度较75%额定工况设计值过热度低10℃，常规工况过热度与75%额定工况设计值过热度相近。
2)与试验工况相比，常规工况条件下，省煤器、屏过、末过吸热比例下降分别0.87%、1.32%、2.23%，水冷壁、低过、分隔屏吸热比例分别上升0.85%、3.2%、0.37%。详见图4。
3)常规工况过热度与75%BMCR过热度相近，但是水冷壁温升率仍然与设计值有2.18%的欠缺，分隔屏温升率有4.88%的欠缺，屏过有3.72%的欠缺。
4)低过热度试验工况与常规工况相似，辐射受热面的温升率均未达到设计值标准，除屏过大量减温水的限制而未达到设计标准，其余对流受热面的温升率均超过设计值。
图4
2.4高再前烟温情况
根据烟气流程，高再前烟温能较为准确反映出一次系的换热情况，由于低过前烟温情况受高再换热影响较大，故不作比较，仅选择高再前烟温，即末过出口烟温进行对比，见表7。
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表7
从上表数据中可以看出，两种不同工况，排除总风量、总燃料量干扰的前提下，末过出口烟温均高于设计值817℃，且低过热度工况下烟温比常规工况下烟温高近40℃。
2.5受热面壁温情况
以四过No.182管屏9点为例，对比两种工况下壁温趋势，4月11日低过热度工况壁温情况见图5，4月12日常规工况壁温情况见图6.
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图6
通过壁温对比情况发现，低过热度试验工况运行时，四过No.182管屏9点仍有壁温超限情况，而常规工况下，该点壁温并未到到620℃的报警值。
3过热度调整具体分析
从水和水蒸汽性质而言，过热度指的是蒸汽温度高于对应压力下的饱和温度的程度。其饱和曲线在水蒸汽图上是一条上升的曲线，即随着压力的升高，水的饱和温度也相应升高。对于处于某一温度的水蒸汽来说，提高压力，其对应的饱和温度也随之升高，则其温度高于饱和温度的程度降低，即蒸汽的过热度降低，反之上升。
在锅炉燃烧充分的前提下，过热度反映的就是水煤比，因此以调节过热度为目标的话，那么控制的对象实质上就是煤和水。影响过程如下：
燃料量的改变→锅炉燃烧发生变化→蒸汽吸热量变化→蒸汽温度、压力、过热度变化
给水量变化→蒸汽流量、压力变化→蒸汽吸热量、过热度变化→蒸汽温度变化
从上述过程看出，给水的调整影响更大，给水变化对直流锅炉压力影响较大，压力的变化往往可以是瞬间的，如果调门不及时参与调节，那么机组负荷会有较大的波动。而改变燃料量，炉膛热负荷不会突变，蒸汽吸热也有一个过程，因此调节燃料量使机组的变化情况较为平缓稳定。该厂即采用调节燃料的方式来控制过热度。
该厂控制系统中，机组转入干态运行后，由WFR指令来控制分离器出口蒸汽过热度，在控制逻辑中，过热度设定值是机组负荷指令的曲线，在实际过热度低于设定过热度时，WFR以一定的速率加煤，反之减煤。
低过热度试验过程中，通过调整过热度定值偏置降低过热度，最终由WFR作用在燃料量。从理论分析，由于降低燃料量，燃烧强度降低，从而降低了烟温，减少对流换热的强度，进而限制了壁温超限程度，虽然蒸汽品质略有下降，但是可以通过降低汽轮机调门的节流损失，来弥补蒸汽做功能力的不足。从试验数据及试验结果观察，却与这种理论相悖。低过热度运行，减温水量下降了33.01t/h，导致末过温升率大幅度上升，高于常规工况2.23%，同时由于作为冷源的减温水减少，烟气的换热量降低，最终导致了末过出口烟气温度高于常规工况40℃。
汽温的调整主要是从烟气侧和工质侧入手，最为直观，反应最快的就是工质侧的调整，对壁温的调整最有效的就是从烟气侧入手。通过WFR降低过热度的整体思路有利于壁温的控制，但是对WFR的调整，会衍生出如下问题：
1)稳定工况下，过多干涉过热度设定值是否合理。假设负荷不变，此刻过热度，四过出口温度达到一个稳定值，如果火焰中心下移，炉内辐射吸热增加，对流换热减少，在自动调节未参与的情况下，分离器出口温度必然上升，导致过热度上升。从能量守恒角度考虑，忽略排烟温度变化的影响，四过出口温度基本不变，这样又达到了一个新平衡。这个新工况与之前工况比较来看就是同样的负荷，不同的过热度，此时如果因为过热度高而减煤显然是不合理的。
2)加负荷过程中，低过热度引起超温。当负荷指令上升时，协调控制同时加水加煤，机侧调门以一定的速率控制负荷上升。此时因压力反应较快，分离器出口压力上升，而分离器出口温度由于较大的滞后并未有明显的上升，虽然过热度设定值随实际负荷也在上升，但是相比较压力变化对过热度的影响还是不够明显，因此过热度会下降，WFR自动加煤。燃料量的增加，有利于锅炉对负荷的快速响应，但如果在加负荷过程中过热度始终低于设定值，WFR会不断加煤，使燃料总量偏离设定值越来越大，这样加负荷过程结束后，给水不再变化，压力不再上升，燃料却存在超调情况，分离器出口温度会继续上升，过热度快速上升，造成主再热汽温上升较快，严重时造成超温。
3)减负荷过程中，低过热度引起跌汽温。与加负荷不同，减负荷过程中分离器温度下降速率远没有压力快，系统计算的过热度会有明显上升的趋势，因此WFR持续减煤。考虑到减负荷过程中火焰中心会有明显的下降，对流换热减少，再加上实际煤量因WFR的调整已经比设定值偏少，主再热汽温会有大幅度的下降。若过热度长时间居高不下，在WFR的干涉下燃料量会不停减少，主再热汽温很难有回升趋势，因此运行人员应及时干预，提高过热度设定值，防止跌汽温。
在负荷稳定的前提下，运行人员可以通过燃烧调整对壁温进行优化。负荷稳定，燃料量不变时，通过降低火焰中心高度的方法，降低炉膛出口烟温，增加辐射吸热强度，减少对流换热强度，最终控制“四管”的温升率，有效抑制壁温的超限。虽然分离器出口过热度会有所上升，但是整个过程在能量守恒的条件下，进入过热器烟温降低，吸热量减少。
4受热面吹灰对汽温的影响
上文已知，不论低过热度试验工况还是常规运行工况，辐射受热面的温升率均较设计值偏低，而对流受热面温升率较设计值偏高。影响辐射吸热的因素主要有以下5点：
1)黑度大小，影响辐射能力及吸收率；
2)物体的温度，影响辐射力及热量传递能力；
3)角系数，影响有效辐射面积；
4)物体的相态；
5)辐射表面间介质的影响；
其中，前4类影响因素基本相同，因此可以排除影响。辐射表面间介质的影响主要指受热面的清洁程度。当前，该厂三过壁温超限主要体现在No.106管屏11点和No.114管屏11点，四过壁温超限主要体现在No.20管屏和No.170管屏至No.190管屏。三过管屏数量144片，1至144号管屏由B侧向A侧逐片布置，四过管屏数量200片，由B侧向A侧布置。壁温超限点的位置主要集中在吹灰器的前半行程。三过、四过壁温测点布置情况见图7、图8。
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图7 图8
4月6日13:30，#1炉进行了#3吹灰器全行程吹灰试验。14:00，吹灰结束。调阅四过No.182管屏9点壁温曲线，发现自当日14:00至当日21:00，该点壁温均未有超限现象，对比4月12日常规工况该点壁温曲线，发现触及620℃报警值仍有较大裕度，见图9。当日14:00至21:00平均负荷786.16MW。
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上述现象可以表明：
1)壁温超限是由于受热面过于洁净而引起，壁温未超限的管屏是由于大量积灰结渣降低了传热系数；
2)三过、四过的锅炉中心线区域的受热面积灰情况较为严重，靠近侧墙的管屏较为洁净，形成烟气走廊，增强了对流换热；
3)经过#3吹灰器全行程吹灰后，三过、四过壁温超限情况有明显的好转，在壁温不超限情况下，主蒸汽温度可以长时间维持在600℃。
5结论
1)低过热度运行弊大于利。低过热度运行，根据试验现象观察，主汽温均值在586.85℃，低于常规工况590℃，且“四管”壁温仍有明显超限现象。
2)壁温超限是由烟气走廊引起，应优化吹灰方式，将#3吹灰器试投入全行程吹灰方式，提高二过的辐射吸热量，减轻三过、四过对流换热的压力。
参考文献：
1.《锅炉原理（第三版）》，周强泰，中国电力出版社；
2.《热力发电厂（第二版）》，杨义波，中国电力出版社；
（作者信息：成志鑫，男，华能南京金陵发电有限公司，13951748857，江苏省南京市栖霞区江乘大道8号，210034）
论文作者:成志鑫, 顾 怡, 左 祥
论文发表刊物:《中国电业》2019年22期
论文发表时间:2020/4/7
标签：热度论文; 工况论文; 负荷论文; 机组论文; 温度论文; 情况论文; 锅炉论文; 《中国电业》2019年22期论文;