摘要：当前，在市场经济改革和能源供给侧“去产能、降库存”改革不断深化的大背景下，受煤炭供需关系变化，劣质煤配煤掺烧成为火电厂稳定煤质、提升盈利空间最安全和最直接有效的方法。但劣质煤掺烧又加剧了锅炉受热面严重超温、结焦的隐患，更使受热面壁温持续超温运行，导致金属材质力学特性下降，导致“四管”泄露等机组非停事件。
关键词：劣质煤配煤掺烧；管壁超温
0 引言
锅炉正常运行中，锅炉过热器/再热器后屏管壁温度的超温现象，对机组的长期安全稳定运行造成安全威胁。在保证机组安全运行的前提下，为了避免管壁不超温，就得压低主蒸汽温度，这样不利于机组的经济运行。所以如何通过锅炉的优化调整保证锅炉受热面不超温的前提下，保证机组主、再热蒸汽温度压红线运行将是重中之重。
1 概述
侯马热电分公司2×300MW机组，锅炉采用哈尔滨锅炉厂HG-1065/17.5-YM28型。采用中速磨冷一次风机正压直吹式系统，水平浓淡分离低氮氧化物燃烧器，四角切圆燃烧方式[1]。由于炉膛出口烟温差大，造成分隔屏后汽温偏差大，左侧后屏过热器管壁温度超温。为了避免管壁超温，如果没有一个成熟的调整汽温偏差的办法，只能压低主蒸汽温度，这对机组的安全和经济运行带来不利。
就管壁超温现象，运行人员都知道，困扰我们对受热面管壁温度在运行中失控的主要原因是：负荷率偏低管壁冷却条件差、负荷变化率、入炉煤煤质变化等。这些原因都不是我们能够控制的，我们能够控制的只有找到降低超温频次和峰值的方法，保证机组的安全运行。
2 造成过锅炉受热面超温的原因
2.1 炉膛左右侧烟温偏差的影响
四角切圆燃烧方式的锅炉，由于炉膛出口气流残余旋转的影响，会引起在水平烟道左右两侧存在一定的速度偏差及温度偏差，从而造成两侧对流传热系数及温压的不同，使沿烟道宽度左右两侧存在吸热偏差，导致吸热量大的这一侧管壁超温。
我厂锅炉EE层下面所有二次风门都是逆时针方向旋转，EE层、上面四层燃尽风是顺时针方向旋转。正常运行中分隔屏后主蒸汽温度左侧高于右侧，炉膛出口烟气残余旋转是逆时针旋转，由于残余旋转的存在及分隔屏的导流作用，出现了烟气及温度场的偏差。在屏区左侧烟气流经过折焰角后，其切向速度方向指向炉前，与引风机吸力方向相反，这样在左侧分隔屏、后屏过热器区域形成一个减速，停滞，反向加速的过程，而已经反向加速的气流又会与旋转回流的气流产生相对碰撞。这种过程会形成较强的气流扰动，强化了左侧区的烟气对流换热；而屏区右侧烟气切向速度方向与引风机吸力方向一致，运动情况比较简单，换热没有左侧强烈。这是造成左侧分隔屏后主蒸汽温度高于右侧的主要原因；反之亦然。
左侧分隔屏后主蒸汽温度高于右侧，应该左侧炉膛出口烟温小于右侧，但是实际炉膛出口右侧低于左侧，而省煤器出口烟温确是右侧高于左侧，怀疑炉膛出口烟温测点的真实性，以及为主燃烧区逆时针动量不足，反切动量偏大。因此在下面的调整中只是作为一个参考。所以消除炉膛出口的烟气残余旋转才能减小后屏过后主蒸汽温差，进而避免后屏过管壁超温，并提高主蒸汽温度。
2.2 劣质煤的影响
2.2.1 低热值产生的影响
若煤的发热量降低，则锅炉负荷所用的实际煤量会增大，而对于直吹式制粉系统，输送煤粉所需的一次风量也相应增加，导致理论燃烧温度和炉内的温度水平下降，使煤粉气流的着火延迟，燃烧稳定性变差，影响煤粉的燃尽，煤的发热量降低还可能导致锅炉熄火等严重事故发生。同时，燃煤量增加后，燃烧器的出力受限，热一次风量增加后，一次风速将增加，燃烧器阻力会增加较多。低热值入炉后的热惯性较大，会引起汽温大幅度的波动，锅炉效率将会有所下降。
2.2.2 高灰份产生的影响
由于着火推迟，燃烧温度下降，燃烧的稳定性相对较差，燃烧调整不当，容易造成锅炉熄火。着火推迟，火焰中心上移，过热器容易超温爆管。这种情况在多数锅炉上都发生过。我厂最明显表现在变负荷时减温水量变量巨大，自动控制失灵，二减易带足，一减后温度降至最低值略大于饱和温度，主汽温、过热器壁温超温明显，工况扰动时无有效调节手段，常需将一减改手动调节，不利于安全运行。
煤种灰分增大，发热量降低，在接带同样负荷的前提下，所需要的实际煤量增加，进而导致磨煤机、风机出力增加。掺烧后的烟气飞灰浓度增加将直接导致锅炉受热面磨损加剧。另一方面尾部烟道内积灰增加，堵住了一部分烟气通道，形成烟气走廊，加剧受热面的磨损。同时空预器易堵塞，制粉系统易故障。
2.2.3 灰熔点低产生的影响
灰熔点较低的煤种，极易造成烧坏火嘴、火嘴结焦及屏过区域结焦，尤其是屏过区域结焦的会大大增加，使减温水量增大及排烟温度升高。从煤粉的燃烧过程来说，需要有一定的炉膛高度来满足燃烧过程或者说火焰长度的需要。炉内的温度分布是与这一高度密切相关的，温度只有在燃烧基本结束之后，才会较迅速下降，灰粒才具有被冷却固化的可能。当煤粉细度过大时，煤粉中的粗粒既容易从气流中分离出来与壁面碰撞，也需要较长的燃尽时间和火焰长度，因此容易导致结渣，所以适当减小煤粉细度，尤其是适当减小上层磨煤机的煤粉细度应可以缩短燃尽时间和火焰长度，降低炉膛出口烟温，有利于缓解炉内结渣。
2.3 受热面超温其他原因分析
2.3.1 火焰中心上移
火焰中心上移，水冷壁产汽量减少，导致炉膛出口烟温升高。屏过、对流过热器吸热量增大，容易造成屏过管壁超温。火焰中心受到煤粉细度、磨煤机出口风速、磨煤机出口温度、燃烧器配风、锅炉风量等因素的影响。磨煤机运行不正常，煤粉细度过粗，造成煤粉着火推迟，火焰中心上移；锅炉总风量增加，烟气在炉内带走的热量增多，炉内辐射换热减少，火焰中心上移，造成水冷壁产汽量减少、对流换热增加。
2.3.2 运行操作不当
在启、停给煤机及锅炉负荷升降的过程中，由于运行工况的变化率过大，炉膛出口烟气温度场和速度场分布不均，也会加大局部超温的可能。在炉膛温度和条件不满足的情况下，过早投入煤粉，煤粉不能及时着火，而推迟燃烧。燃料大幅增加，引起汽包压力快速上升，导致给水压差减小，而又未及时调整给水压差，导致减温水流量减少，同时燃料量过大，使对流后的烟温过高，燃烧的热量大于产生的蒸汽量，导致受热面超温。
2.3.3 受热面表面积灰
受热面表面积灰、结渣、结垢等也会造成壁温升高。吹灰器不能正常投入，使炉膛受热面粘灰严重，促使炉膛出口烟气温度进一步升高，加剧过热器超温，甚至会造成过热器爆管。
2.3.4 空预器及锅炉本体漏风
运行中空气预热器漏风严重，使燃烧器配风不足，延长煤粉燃尽时间，加长燃烧行程，加剧过热器、再热器受热面超温；炉底漏风、锅炉本体漏风严重，会造成炉膛出口烟温、烟气量增加，加剧受热面超温。
2.3.5 燃油系统故障
对于炉燃油系统来说，在低负荷时，对燃烧不好的煤粉燃烧器应投入对应微油助燃，而油枪由于机械故障投运不上，致使部分煤粉的燃烧推迟，火焰中心上移，造成受热面超温。
3 调整措施
3.1 合理的风煤配比
在磨煤机安全运行的前提下，保证风煤配比在正常范围内，送风机动叶操作应缓慢，防止风量大幅波动。
3.2 锅炉氧量在正常范围内
炉膛出口氧量增大，尾部受热面得到对流换热增加，使得末过/末再壁温也相应增大。另外，一方面氧量减小可能造成燃烧空气供给不足，使飞灰含碳量增高，从而增加机械不完全燃烧损失，另一方面氧量的减小又使排烟体积减小，减小排烟热损失，并且降低引风机电耗，增加锅炉整体的经济性。因此，控制氧量在3.5%左右比较合适。
3.3 磨煤机运行方式及启停磨煤机的调整
在满足机组负荷出力的前提下，B、C、D三层磨运行方式比A、B、C三层磨运行方式更容易控制汽温偏差。同时在实际运行中发现启、停磨煤机时，水冷壁的壁温会发生大幅度的波动，壁温偏高区域很容易出现超温现象。关键要提前控制，启磨时提前开大减温水，把温度适当放低，一次风及燃料量的增加应缓慢，根据气温的上涨及下跌速率来调减温水流量。
3.4 提高磨煤机出口温度
磨煤机出口温度的提高，使进入炉膛的煤粉着火提前，在炉膛内燃烧时间延长，屏再和墙再的辐射吸热量增加，再热汽温度指标控制提高，同时降低了煤粉在烟道燃烧的放热时间，末再吸热量降低，末再管壁超温的现象可以得到有效的控制。
3.5 炉底漏风量控制
在炉底排渣温度小于60℃的情况下，适量关小炉底渣冷却风门，避免过多冷风从炉底进入炉膛抬高火焰中心。
3.6 燃烧器摆角的影响
B、C、D（或B、C、D、E）层磨运行时，燃烧器摆角向下摆时，分隔屏后主蒸汽温度右侧升高左侧降低，汽温偏差减小；反之，燃烧器摆角向上摆时，分隔屏后主蒸汽温度左侧升高右侧降低，汽温偏差增大。
A、B、C（A、B、C、D）层磨运行时，燃烧器摆角向下摆时，分隔屏后主蒸汽温度左侧降低右侧升高，烟温偏差减小；燃烧器摆角向上摆时，分隔屏后主蒸汽温度左侧升高右侧降低，烟温偏差增大。
3.7 二次风配比的影响
二次风的调整原则：
a、控制炉膛出口左右侧烟温差在80℃以内，氧量在规定范围内。
b、如果炉膛出口左右侧烟温差在80℃以内，主要通过托底风和燃尽风调整分隔屏后主蒸汽左右侧汽温偏差。若左侧汽温高于右侧汽温，炉膛出口残余旋转是逆时针旋转，说明下部托底风过大或者燃尽风过小，可以通过加大燃尽风开度或者关小托底风（托底风开度不要小于50%）减小汽温偏差；反之同理。
c、如果炉膛出口左右侧烟温偏差大于80℃，这是通过上面的调整方法会加大汽温偏差。这时主要通过各台磨煤机的辅助风进行调整，如果炉膛出口左侧烟气温度大于右侧烟气温度80℃以上，应该等量增加各磨煤机辅助风开度（可以通过设置风门偏置），开度不易过大（1、2个开度）。若烟温偏差控制在80℃内，按b项进行调整。
（1）机组负荷大于220MW/四台磨煤机运行时，保证下三台磨煤机煤量在35t/h以上，不至于炉膛中心煤粉浓度太低。磨煤机周界风的开度保持15-20%，托底风开度60%左右，燃尽风开度自下而上逐级开大（待UA-AA层全开后，再开上一层燃尽风，以此类推）。然后依据二次调整原则进行调整。
（2）机组负荷小于220MW/三台磨煤机运行（B、C、D三层磨煤机运行效果好）时，当磨煤机出力在35t/h以上时，保持各磨煤机周界风开度在20%左右，托底风60%以上，依据二次风调整原则进行调整。当磨煤机处理在35t/h以下时，煤粉浓度低，炉膛充满度差，这时可以开大各磨煤机周界风开度至30%，以增大卷吸烟气的能力及扰动，辅助风开度随给煤机煤量变化，这样对脱硝入口NOx浓度影响很小，减小脱硝喷氨量，对空预器安全运行提供有利条件。托底风和燃尽风调整按二次风调整原则进行调整。若机组负荷低于180MW，燃尽风UA-AA层全开，UC-AA层开度保持20-30%，UB-AA层可以根据分隔屏后左右侧汽温差进行调整。
图3.1 通过燃尽风调整左右侧气温差
如图3.2显示，改变AB层开度，氧量没有变化，说明对主燃烧区的托底风对燃烧没有太大的影响。减小托底风燃尽风UB-AA层风门开度，对左右侧烟温及汽温偏差影响很大。所以，在调整左右侧汽温偏差是可以调整托底风及燃尽风开度来寻找平衡点，可以通过平衡托底风和燃尽风开度来调整汽温。
图3.2 托底风对氧量的影响
3.8 保证合理的二次风箱/炉膛差压
合理的调整二次风箱/炉膛差压，能够有效的降低过热器/再热器管壁温度。二次风箱/炉膛差压太小，则起不到降低金属管壁温度的作用；二次风箱/炉膛差压太大，不仅无法降低管壁温度，还会增加送风机功耗，增加厂用电率。同时，二次风挡板的开度大小对燃烧变化影响较大，调整时更应缓慢。
二次风箱/炉膛差压值过小或者过大，末级过热器/再热器管壁温度越高，超温越明显。另一方面，二次风箱/炉膛差压过大，会导致空预器漏风率的增大。因此，合理的配置各层二次小风门的开度，正常运行时保持二次风箱与炉膛压差在合理的范围内，这样才能保证二次风速46m/s，保证二次风能包裹住一次风粉，且提供足够的氧量供应燃烧，并加强扰动；防止一次风粉冲刷对角炉墙、贴边燃烧。
3.9 艾默生自动化控制优化改造
（1）煤质校正
基于指令平衡的CCS控制策略，对原静态、动态负荷—煤量控制曲线进行优化。由于褐煤掺烧，同负荷下燃料量势必增加，原控制曲线不能满足CCS变负荷过程中燃料量更大幅度变化的要求。会造成主蒸汽压力、温度大幅波动，变负荷速率降低，控制品质恶化。应通过褐煤掺烧比例及相关变负荷试验确定新的控制曲线。
（2）优化制粉系统冷、热风门控制
含水量较大煤种，对于磨煤机热一次风干燥出力要求增大。实际运行中，可能会出现热风门全开，冷风门全关的现象出现。应优化冷、热风门间的控制关系，减小冷风门变化幅度。
（3）优化减温水自动控制系统
掺烧褐煤，同比锅炉烟气量增加，对流换热增强。变负荷过程中，减温水自动控制压力较大，应适当加强变负荷过程中的前馈控制作用，提前抑制蒸汽温度的过大波动。
3.10 合理控制掺烧比
AGC运行时，负荷变化率快，负荷频繁升降，掺烧比例高时除影响机组高负荷出力能力外，对锅炉燃烧调节特性也会产生明显影响，主要表现为热惯性大、响应迟滞。机组升降负荷时、汽压、汽温波动较大，锅炉燃烧跟不上负荷变化，很难满足AGC速率及品质要求，造成考核电量和电费。所以合理控制掺烧比也是关键。
4 结语
通过以上从超温原因、超温调整等方面的研究分析，针对各个控制环节，采取有效的技术措施，基本上能够控制过热器、再热器等受热面金属温度在允许范围内。
参考文献：
[1] 魏建林，杨立峰等．侯马热电运行规程．
论文作者:郭锟1,魏建林2,杨子健3
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/3
标签：炉膛论文; 温度论文; 管壁论文; 锅炉论文; 负荷论文; 偏差论文; 烟气论文; 《电力设备》2019年第3期论文;