1.单位：安徽省马鞍山发电有限公司 243021；2.山东电力建设第三工程公司 266100
摘要：通过对皖能马鞍山发电公司#1机组660 MW 超临界四角切圆燃烧锅炉汽温偏差的现场试验，了解过热器分隔屏区域存在的汽温偏差和烟温偏差分布情况，系统地分析了过热器出口汽温偏差及再热器出口烟温偏差形成的机理、影响因素和对策。认为炉膛出口气流的残余旋转是造成水平烟道区域烟温和气流速度偏差的根本原因。在采取有效措施后，过热器出口汽温偏差和再热器出口烟温偏差得以减弱。
关键词：超临界锅炉；切圆燃烧；主汽温度；再热汽温；烟温偏差
0、引言
对于四角切圆燃烧锅炉，在炉膛出口区域普遍存在烟温和汽温分布不对称的现象。锅炉容量越大，这种不对称情况越明显，其原因主要是由于炉膛出口处存在烟气流残余扭转。在上炉膛及水平烟道中产生烟气速度场、温度场、颗粒分布场偏差所致。如果这些偏差过大，将导致过热器、再热器超温爆管，加重高温腐蚀和汽温偏差。导致减温水大量投入和局部管材超温，严重影响锅炉的经济和安全运行。皖能马鞍山发电有限公司#1机组自2012年4月份投产以来，就存在着左、右侧主、再热汽温偏差大的问题，特别是在低负荷时，最大末级过热器出口A侧汽温比B侧高20℃以上，高温再热器出口汽温A侧比B侧低15℃以上。为了更好地掌握锅炉运行特性，优化锅炉燃烧运行曲线，保证锅炉安全、经济、环保地运行，于2013年初对锅炉风量、温度场进行了标定，对影响燃烧效率、汽温偏差的参数进行了优化调整。查找超临界四角切圆燃烧锅炉烟气温度和蒸汽温度偏差的形成原因。提出消除或减缓烟温偏差的措施，对提高超临界四角切圆燃烧方式锅炉机组运行的安全性和经济性有十分重要的意义。
1、锅炉设备概况
皖能马鞍山发电有限公司#1机组锅炉型号：SG-2101/25.4-M988，为超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，采用单炉膛四角切圆燃烧方式、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型燃煤锅炉。锅炉房采用侧煤仓布置。锅炉设计煤种为淮南煤，校核煤种为淮北煤和混煤。
锅炉燃烧室蒸发受热面采用膜式水冷壁，有三级过热器、二级再热器。在后屏过热器进、出口分别布置一级、二级喷水减温器；在低温再热器人口布置事故喷水减温器。
制粉系统采用中速磨正压冷一次风直吹式系统，每台锅炉配置6 台ZGM113G 型中速磨煤机，每台磨煤机供一层4 只燃烧器。一、二次风均可上下摆动，最大摆角一次风为±20°，二次风为±30°。
在主风箱上部布置有两级分离燃烬风（L-SOFA 和H-SOFA）燃烧器，包括六层可水平摆动的分离燃烬风喷嘴，摆角可水平调整＋15°到－15°，使SOFA达不同的反切角度，使进入燃烧器上部区域的气流旋转强度得到减弱乃至被消除。为满足锅炉汽温调节的需要，主燃烧器喷嘴与SOFA 喷嘴均采用摆动系统，均由内外连杆组成一个摆动系统，均由一台电动执行器集中带动作上下摆动。
2、汽温调节方法
2.1过热汽温控制策略
我厂超临界直流锅炉主蒸汽温度有煤水比+两级四点减温水调节，煤水比作为粗调，减温水作为细调。主蒸汽系统通过煤量和给水量的平衡调整来达到沿程受热面介质温度的平衡，当锅炉在直流工况运行，启动分离器出口蒸汽温度是煤量和给水量是否匹配的超前控制信号，要保持一定的过热度。主蒸汽一、二级减温水是主汽温度调节的辅助手段，一级减温水用于保证屏式过热器不超温，二级减温水用于对主蒸汽温度的精确调整。如果减温水调门开度超过正常范围要适当修正煤/水比定值，即在稳态时，则必须使燃烧率与给水流量保持适当的比例，使一、二级减温水有较大的调整范围，防止系统扰动造成主蒸汽温度波动。保持一定的煤水比，这是控制汽温的根本手段。
2.2 再热汽温控制策略
再热汽温由燃烧器摆动+过量空气系数+事故喷水减温调节，以燃烧器摆动调节为主。改变摆动式燃烧器喷嘴倾角来调节再热汽温，实际是改变炉内火焰中心位置．从而改变炉膛出口烟温，即改变炉内辐射传热量和烟道中对流传热量的分配比例，从而改变再热器的吸热量，达到调节再热汽温的目的。
再热器减温喷水量采用单冲量控制回路控制，即仅根据再热器出口汽温的变化来调节减温水控制阀，只要再热器出口汽温超过整定值，减温水调节阀就打开。
3、汽温偏差和烟温偏差分布情况
表1 为不同负荷下汽温和烟温测量数据。测试结果表明，过热汽温在分隔屏出口存在明显偏差，规律是右高左低，偏差幅度达到20～30 ℃。为了纠正此汽温偏差，过热器I级减温水量右侧明显大于左侧，经过喷水减温在后屏出口汽温达到左右一致。随后蒸汽经过II 级减温器，在II 级减温水量右侧高于左侧的调节方式下，使末级过热器出口汽温达到一致。由于蒸汽在II 级减温器后左右交叉进入末级过热器，右侧减温水量比左侧大，说明末级过热器左侧吸热量大于右侧。如果两支II 级减温器喷水量相同，末级过热器出口汽温分布应该是左高右低。总之，在分隔屏区域吸热量是右高左低，而在末过区域吸热量是左高右低；假设没有减温水的调节作用，分隔屏区域汽温分布将为右高左低，末过区域为左高右低。试验期间在左右炉墙屏过出口附近的观察孔用远红外测温仪测量烟温表明，烟温左高右低，偏差大小随运行操作方式有所变化。该锅炉再热蒸汽温度偏低，再热喷水不投入，并且末再沿炉宽方向每片屏上布置有壁温测点，因此末再壁温分布规律大致可以反映末再区域烟温的分布情况，见图1。可以看到各660 MW 负荷的工况下在末再区域沿炉宽方向烟温分布为M 型，烟温左高右低，中间有一低谷。
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4、产生偏差的原因分析
根据国内相关文献[1～3]对四角切圆燃烧锅炉烟温偏差的研究，认为四角切圆锅炉汽温偏差和烟温偏差是普遍存在的，在分隔屏区域汽温偏差与烟温偏差趋势相反，在水平烟道的对流受热面二者趋势一致。分析认为原因如下：炉膛出口存在残余扭转，对于切圆为顺时针的锅炉，左侧分隔屏处的烟气直接通过折焰角上部，形成“烟气走廊”，向后进入水平烟道。而右侧分隔屏处的烟气则首先有流向前墙的趋势，然后折返向后流入水平烟道。左侧烟气阻力小、流量大；但是烟气在折焰角上部存在“烟气走廊”，直接进入水平烟道，分隔屏间的混合不强烈、充满程度及紊流程度小，对流换热不强烈；右侧烟气阻力大、流量小，但是由于有折向流动，存在强烈混合、扰动，对流换热也因此非常强烈。对于顺时针旋转切向燃烧方式的锅炉而言，分隔屏内工质温升呈右高左低的分布特性；而在上炉膛出口之后的对流受热面（末级再热器、末级过热器及低温再热器）以对流换热为主，由于左侧烟气流量大，烟温高，对流换热比右侧强烈，汽温呈左高右低，与烟温偏差趋于一致。
5、燃烧器的摆角改变的影响
在不同燃烧器喷口摆角下，炉膛出口处的旋转残余变化如图2 所示。由图2可知，当燃烧器喷口处在下摆和水平时，炉膛出口残余旋转较大。从燃烧器下摆的最低位置，随着不断上摆，炉膛出口处的残余旋转逐渐减小燃烧器向上摆动时，射流与水平面成一夹角，水平分速度与切向旋转动量矩小，使外推力减小。实际切圆和气流残余扭矩减小。
6、SOFA 反切角度改变对汽温偏差的影响
分别将SOFA风水平摆角反切15°及反切5°，其他主要运行参数保持不变，对比不同的SOFA水平摆角对后屏出口烟温及其偏差、分隔屏出口汽温及其偏差、高再壁温偏差及末过壁温偏差的影响。
反切角度由15°减小到5°后，烟温偏差增加约70 ℃（图3），说明SOFA 反切角度减小时，炉膛出口烟气的残余旋转趋于强烈，烟温偏差随之增加。SOFA 水平摆角具有改变炉膛出口烟气残余旋转，调节烟温偏差的作用。反切角度减小到5°后，分隔屏出口汽温略有上升，其偏差没有明显变化；高再出口壁温偏差有所增加，末过出口壁温偏差增加明显。
7 结论
（1）对于炉内气流顺时针旋转的锅炉，炉膛出口的烟温偏差为左高右低，而分隔屏出口汽温偏差规律是右高左低，与烟气侧偏差趋势相反。炉膛出口之后的对流受热面汽温偏差与烟温偏差趋于一致。
（2）改变反切风角度，烟温偏差减小，对流受热面汽温偏差减小，而分隔屏汽温偏差却有所增加。
（3）分析认为：分隔屏吸热包括炉膛辐射、屏间烟气辐射、烟气对流3种热量，其汽温特性是这3种吸热的综合结果。由于炉膛出口烟气存在残余扭转，左侧烟气直接通过折焰角上部的烟气走廊向后进入水平烟道，阻力小、流量大。但是屏间的混合不强烈、充满程度及紊流程度小，对流换热不强烈，汽温升高小、吸热量低，烟温下降少；而右侧烟气则首先有流向前墙的趋势，然后折返向后流入水平烟道，右侧烟气阻力大、流量小，但是由于有折向流动，存在强烈混合、扰动，对流换热也因此非常强烈，汽温升高大、吸热量大，烟温下降多。因此，经过分隔屏后，汽温右高左低，烟温左高右低。在分隔屏后的对流受热面基本以对流换热为主导，由于左侧烟气流量大，烟温高，汽温呈左高右低，与烟温偏差逐步趋于一致。当炉膛残余扭转增强时，左侧烟气量、烟温均更加高于右侧，屏间烟气辐射吸热影响增强，左侧吸热量增加；同时右侧因烟气量减小、“折返”作用减弱，对流换热量减小，对流吸热量减小。综合结果是分隔屏出口偏差有所减小，而分隔屏后的对流受热面由于烟温、烟气流量的偏差增大，汽温偏差增加。
（4）对于反切角度的调整，应兼顾分隔屏和末级受热面的汽温偏差情况。如果一味地减小烟温偏差，过大地增加反切动量，虽然降低了末级受热面的汽温偏差，但有可能增大分隔屏处的汽温偏差。
（5）烟温偏差是四角切圆燃烧锅炉固有的缺陷，通过对烟温偏差的原因分析，采取了相应的措施．减少或消除烟温偏差，防止受热面超温爆管。产生烟温偏差的因素是多方面的，但残余旋转是引发上炉膛及水平烟道中烟温偏差最根本原因。从减小残余旋转的角度采取措施，从而减小烟温偏差，取得了一定的效果。
参考文献
[1] 张翼， 付志华， 李平洋， 等 大尺寸四角切圆燃烧锅炉汽温偏差原因分析及措施[J]. 热能动力工程， 2。.
[2]华东六省一市电机工程学会．600 MW 火力发电机组培训教材：锅炉设备及系统[M]．2版．北京：中国电力出版社。
[3]《晚能马鞍山发电公司集控运行规程》。
论文作者:桂胜伟1,王博良2
论文发表刊物:《电力技术》2017年第2期
论文发表时间:2017/6/28
标签：偏差论文; 烟气论文; 炉膛论文; 锅炉论文; 反切论文; 温水论文; 残余论文; 《电力技术》2017年第2期论文;