某电厂600MW超临界机组直流锅炉汽温偏差分析及解决方案.doc

某电厂600MW超临界机组直流锅炉
汽温偏差分析及解决方案
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。
某电厂600 MW超临界直流四角切圆锅炉配用中速磨煤机的直吹式制粉系统。由于气流在炉内逆时针旋转,一、二次风合适的配比和强烈扰动有利于煤粉的燃烧。锅炉的燃烧效率较高,略超过设计保证值。但是切圆燃烧所固有的特性将不可避免地在炉膛出口两侧产生烟气温度和流量偏差。因此,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. 汽温调节方法及温度偏差的基本特点

超临界直流锅炉主汽温的调节采用喷水减温。喷水减温实质上是调整工质流量在水冷壁和过热器之间分配比例,减温水量的变化改变了进入省煤器和水冷壁的工质流量,这一区段的热量与水量比值随之改变,因而区段内工质温度发生了相应变化。由于进入锅炉的总给水流量未改变,即煤水比未改变,无论减温水量有多大的变化,稳态时锅炉出口过热汽温也不会改变。因此,喷水减温控制只是在动态过程中采用的调节手段,只能改变瞬态的过热汽温。而在稳态,则必须使燃烧率与给水流量保持适当的比例,即保持一定的煤水比,这是控制汽温的根本手段。
主蒸汽温度动态控制由一级、二级过热汽温控制组成,图1为两级减温的过热器热力系统图。末级过热器出口汽温控制分两个运行区间,即湿态运行区和直流运行区。湿态运行发生在机组启动期间,此时通过炉膛的水流量大于通过过热器的蒸汽流量,多余的水被收集在贮水箱中。当通过炉膛的工质全部进入过热器时,锅炉进入直流运行区,此时除了要控制末级过热器出口汽温外,还要防止每个过热器管组入口工质温度低于饱和温度。
在湿态运行期间,通过炉膛的工质流量是固定的,此时过热器减温器的作用类似于汽包炉的减温器,用以控制汽温;在直流运行区,过热器减温器仅用作瞬时的汽温控制,而最终的汽温控制是通过给水流量控制调节燃料/给水比来实现的。在直流运行区,每级减温器的温降都控制在一个目标值,这样当汽温在整定值时,就能使减温水量维持在设计值,使减温器能对每个方向的汽温偏差都做出响应。

再热汽温用燃烧器摆角和喷水减温器来控制。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。图2为再热汽温喷水减温的热力系统图。

表1为某600 MW锅炉不同负荷下汽温和烟温统计数据。统计结果表明,过热汽温在低温过热器(简称低过)出口、屏式过热器(简称屏过)出口、高温过热器(简称末过)出口存在明显偏差;屏式再热器(简称屏再)出口烟温偏差较大;锅炉前后墙螺旋水冷壁、锅炉左/右侧螺旋水冷壁壁温也存在一定的偏差,规律是右/后墙螺旋水冷壁高于左/前墙螺旋水冷壁,壁温变化趋势见图3。偏差大小由负荷、运行操作方式等因素影响。
2. 产生偏差的理论分析

对于单层燃烧器而言,实际切圆直径DS一般是假想切圆直径D0的3倍。对于多层燃烧器,由试验得知存在如下关系:
DS=K(n) b+D0(1)
式中:n为燃烧器层数;b为燃烧器宽度;K为试验常数,它与n的关系见表2。
由式(1)可知,对于多层燃烧器,由于上层气流不断被卷吸到下层,流量增大,使得旋涡直径相应增大,由于射流间的挤压和离心力的作用,实际切圆直径是假想切圆直径的8倍左右。假想切圆直径越大,气流的旋转动量就越大,在炉内同样的衰减速率下,到达炉出口断面时烟气的残余旋转动量就越大。同时,假想切圆直径越大,烟气稀薄区的面积就越大,中间区域的烟气流量就越小。
、数量以及出口风速的设计
燃烧器整组布置和分组布置时对旋转动量的衰减过程是不同的;燃烧器切圆方式(如反切布置、水平分级等)对旋转气流的动量也有很大的影响。从各个角喷入炉内的气流动量、燃烧器的数量以及燃烧器出口风速设计都会影响到各个角的喷射动量,从而影响到炉膛中央区域烟气稀薄区的切圆当量直径大小,以及旋转气流的边界层形状。角喷射动