孫海元，李德文，范曉明

(華電濰坊發(fā)電有限公司，山東 濰坊 261204)

1 鍋爐概況

華電濰坊發(fā)電有限公司#3鍋爐是由上海鍋爐廠有限公司制造的超臨界參數(shù)變壓運行直流鍋爐，單爐膛、一次再熱、四角切圓燃燒、平衡通風、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π形鍋爐。型號為 SG－2102/25.4－M954，爐膛截面尺寸為18816 mm×17 690 mm，設計燃料為山西晉中地區(qū)貧煤。

燃燒設備按配鋼球磨煤機、冷一次風機、正壓直吹式制粉系統(tǒng)設計，配6臺BBD3854型雙進雙出磨煤機。采用低NOx同軸燃燒系統(tǒng)(LNCFS)，煤粉燃燒器為四角布置、切向燃燒、擺動式燃燒器。燃燒器采用垂直方向濃淡分級燃燒，主風箱下部布置6層濃煤粉噴嘴，上部布置6層淡煤粉噴嘴，SOFA風箱布置有6層SOFA噴嘴。在6層寬調節(jié)比(WR)濃煤粉噴嘴四周布置有燃料風(周界風)。在每相鄰2層煤粉噴嘴之間布置有2層輔助風噴嘴，其中包括1個偏置的CFS噴嘴和1個直吹風噴嘴。在主風箱上部設有2層緊湊燃盡風CCOFA(Closed-coupled OFA)噴嘴，在主風箱下部設有1層火下風 UFA(Underfire Air)噴嘴。在燃燒器每根煤粉管道進口處裝設一套煤粉濃淡分離裝置，進行煤粉濃淡分離燃燒，將分離后的濃煤粉送入爐膛下部燃燒器，淡煤粉送入爐膛上部燃燒器，煤粉和空氣從四角送入，從爐頂向下看在爐膛中呈順時針切圓方式燃燒。

蒸發(fā)系統(tǒng)的流程為:給水泵→省煤器→螺旋水冷壁→垂直水冷壁→啟動分離器。過熱蒸汽流程為:啟動分離器→頂棚管和包覆過熱器→水平低溫過熱器→分隔屏→Ⅰ級減溫器→后屏過熱器→Ⅱ級減溫器→末級過熱器→汽輪機高壓缸進口。一次汽溫調節(jié)方式為噴水減溫。再熱蒸汽流程為:汽輪機高壓缸出口→再熱蒸汽事故噴水→低溫再熱器→末級再熱器→汽輪機中壓缸進口。鍋爐性能數(shù)據(jù)見表1。

2 鍋爐運行中出現(xiàn)的問題及原因分析

華電濰坊發(fā)電有限公司#3鍋爐自2006年10月投產以來，由于高溫受熱面熱偏差較大而引起較為嚴重的超溫現(xiàn)象，高溫再熱器超溫尤為嚴重。2007，2008年因高溫再熱器爆管引起停機6次，嚴重影響機組的安全、經濟運行。

在鍋爐主燃燒器區(qū)域從上向下看是一個順時針的假想切圓，高溫煙氣到達爐膛上部空間時，存在較大的旋轉殘余強度。在爐膛頂部布置的分隔屏雖然對殘余旋轉氣流起到一定的分割與消旋作用，但作用有限，屏區(qū)氣流流動具有一定的特點。

2.1 在爐膛水平截面上，切圓形狀不規(guī)則

從爐膛中心到前墻區(qū)域內，氣流做類似切圓運動，氣流貼壁明顯;而后墻區(qū)域，旋轉的氣流主要流向爐后方向。

(1)前墻壁面附近區(qū)域，氣流速度很高，但屏間流速相對較低，左、右側墻附近通道中的流速遠大于其余通道內的流速。

(2)左、右側墻附近通道中的氣流流動狀況差異較大，右側氣流速度方向指向爐前并有一低速回流區(qū)，左側氣流速度指向爐后。

對于順時針旋轉氣流，屏區(qū)氣流的上述特點使一部分氣流通過分隔屏與前墻之間較大的空隙進入屏區(qū)左側，加劇了氣流在屏區(qū)和對流煙道內左、右兩側速度分布的不均勻性?？傊?，螺旋上升的煙氣流到達爐膛出口處仍然殘留較大的旋轉趨勢，使得在變工況運行時也會引起或加劇煙氣側熱偏差。

表1 鍋爐性能數(shù)據(jù)(燃用設計煤種)

通過上述分析及從實際測量的動力場數(shù)據(jù)來看，爐內實際燃燒切圓偏大，旋轉強烈，貼壁風速偏高，在爐內形成了一個繞爐壁旋轉的大切圓，由于切圓為順時針方向，造成分割屏與后屏過熱器出口汽溫右側高于左側;而殘余旋轉過程中爐膛出口處左側的煙氣流包括未完全燃盡的碳，直接進入高溫再熱器及高溫過熱器，由于煙氣溫度高、流速快，加上未燃盡碳的繼續(xù)燃燒，使得左側的換熱過程加劇，造成高溫再熱器、高溫過熱器左側汽溫高于右側。最明顯的數(shù)據(jù)為爐膛出口左側煙溫高于右側，最高溫差達到160℃。

2.2 受熱面管屏布置因素引起的偏差

爐膛出口煙氣在進入對流煙道時，由于殘余旋轉的存在，使沿煙道寬度方向上的煙速、煙溫分布不均，各管屏對煙氣的吸熱不均和傳熱量不同，造成煙道寬度各管屏熱負荷的不均勻。

2.3 高溫再熱器結構引起的流量偏差和同屏熱偏差

由于各排管子結構差異引起管間流量不均，由流體力學相關公式可知:壓差一定時，阻力系數(shù)與流量的平方成反比，所以管子結構的差異將引起管子流量分配的不均;在壓差與阻力系數(shù)一定時，工質比體積與流量的平方成反比。由于屏間和管間熱負荷不均而導致各管圈吸熱量不同，必然加劇各管圈流量分配的不均性。所以，沿煙道寬度上各排管子之間流量的分布主要取決于進、出口集箱中沿軸向方向上靜壓的分布和管排幾何特性偏差引起的工質比體積偏差。

根據(jù)運行統(tǒng)計，受熱面超溫爆管主要發(fā)生在高溫再熱器。左數(shù)第6排內數(shù)第7，8，10，11管圈，左數(shù)第5排內數(shù)第7，12 管圈以及左數(shù)第5，8，10，11，12，13，14排管屏，有嚴重變形，管子普遍存在外壁嚴重氧化的現(xiàn)象。爆管位置大多處在向火面的彎頭部分，主要原因是這里的煙氣溫度高，管子直接受到大量的輻射熱，吸熱不均勻而導致向火面管子發(fā)生超溫過熱現(xiàn)象。末級再熱器及末級過熱器同屏的外圈管由于離煙室近，接受的輻射熱多;同屏各管的位置不同，受熱面積和吸熱不同。

2.4 運行工況因素

(1)運行方式。在鍋爐運行中，運行人員通常為了提高汽溫而過多投運上部制粉系統(tǒng)，配風方式多采用正塔形，使火焰中心上移;或者上部的二次風投入較少，使得上部過量空氣系數(shù)較小，煤粉沒有完全燃燒，爐膛出口溫度上升，加劇爐膛出口煙溫偏差。

(2)燃燒煤種偏離設計煤種。鍋爐煤種的變化對煙溫偏差影響較大，燃燒煤種的水分、灰分增加，揮發(fā)分減少，發(fā)熱量降低，煤粉著火困難，煤粉著火推遲，火焰拖長且火焰中心上移，爐膛出口煙溫偏差也會增大。

(3)一次、二次風配比。一次、二次風配比在實際運行操作中易受燃燒環(huán)境、負荷變化、氣溫變化等外界因素的影響，一次、二次風壓及風速不好控制，一次、二次風量比易發(fā)生變化，這些變化將影響射流兩側的補氣條件和射流的剛性，最終影響到燃燒的實際切圓直徑。顯然，實際燃燒切圓直徑大于設計值，爐膛出口的殘余旋轉增強，煙速煙溫偏差必然增加。

(4)燃燒器四角風速不均勻。四角風粉的均勻性對爐內燃燒工況優(yōu)劣有重要的影響，四角風粉不均會使爐內火焰中心偏斜和實際切圓直徑增大，甚至使火焰氣流貼壁，造成爐壁局部結焦，致使爐膛出口煙溫偏差增加。

(5)負荷變化快慢。由于電網調度的需要，機組負荷經常大幅度變化，如果制粉系統(tǒng)調整不當，會造成著火推遲和火焰中心上移等問題，使爐膛出口煙溫上升，加劇爐膛出口的煙溫偏差。

3 #3鍋爐熱偏差改造措施

為減少受熱面爆管，在2009年2月機組大修過程中，制訂了減少殘余旋轉煙氣偏差的方案，進行了相應的改造。

3.1 調整頂層SOFA風左右擺動機構

調整頂層SOFA風左右擺動機構，使4個角由原來的0°(中間位置)全部擺到－15°(全部反切)并將執(zhí)行機構固定死。利用SOFA風的反切在主燃燒器上方形成一個消旋風，以減少爐膛上部煙氣流旋轉的力矩，減少旋轉的作用;同時，SOFA風的投入也使得下部主燃燒器區(qū)域風箱壓差減小，二次風速減小，燃燒旋轉的動量矩減小，在保證燃燒穩(wěn)定的前提下使旋轉減弱。

SOFA風門的調整思路是盡量開大SOFA－C，SOFA－D，SOFA －E，SOFA －F，尤其是 SOFA －E，SOFA－F應在調整時首先開大。

3.2 整定一次風速

重新測量所有一次風速，找出風速偏差的原因，通過調整分離器出口處的鎖孔來調整一次風速，使其維持在23～25 m/s，每層4個燃燒器一次風速偏差應小于5%，層與層之間偏差應小于5%。

3.3 減少旋轉二次門的開度

燃燒器在設計時，每層配置上、下2層二次風嘴，每個燃燒器的上部二次風為旋轉二次風，由于爐內燃燒旋轉比設計工況要大得多，所以，每層旋轉二次風沒有必要保持較大開度，而應根據(jù)負荷情況來決定其開度:70%負荷以下基本不用開，70% ～100%負荷最高開度保持30%。為了維持燃燒的穩(wěn)定性，可根據(jù)工況適當開大和關小直吹二次風擋板開度。

3.4 整定所有二次小風門擋板開度及CCOFA風門擋板開度

檢查并校驗每個二次風門的開度特性，保證其開關靈活性及開度的準確性。目前，在二次風調節(jié)擋板開度為65% ～100%時二次風速變化不大，在65%開度以下時調節(jié)特性比較陡。按照爐膛差壓要求，風門在65%以下和執(zhí)行機構不同步會造成各部風室之間的風量偏差過大，從而引起燃燒器區(qū)域局部缺氧而使灰熔點降低，結焦性加強，同時也會加大煙氣偏差。因此，可適當減小二次風擋板處空氣流通面積以增加阻力，使?jié)M負荷時擋板處于全開狀態(tài)，使二次風箱壓差在正常運行時符合計算要求:在70%負荷以下時，二次風箱壓差為0.65～0.85 kPa;在70%～100%負荷時，二次風箱壓差為0.85～1.10 kPa。二次風箱壓差的穩(wěn)定及調整為爐內動力場的穩(wěn)定建立了良好基礎，在其他條件不變的情況下，壓差減小，二次風速會減小，爐內旋轉強度會相應減弱。CCOFA風門根據(jù)工況及時投入，CCOFA風的投入量決定了在燃燒器上部過量空氣系數(shù)的大小，也決定了未燃盡煤粉量的多少。及時足量投入CCOFA風，會減少飛灰中碳的質量分數(shù)，減少燃煤物理熱損失，提高鍋爐的經濟性。

3.5 濃淡噴燃器水平擺角的校驗

校驗濃淡噴燃器水平擺角，保證調整的同步性及調整的可靠性，高負荷區(qū)域應盡量使擺角保持水平，低負荷區(qū)域上擺燃燒器，使主汽溫、再熱汽溫度達到規(guī)定范圍，但在低負荷區(qū)域不能為了保持較高的汽溫而過度上調擺角，否則會對爐膛安全產生威脅。同時，在調整擺角時應使淡層擺角小于濃層擺角，使其濃淡擺角保持2°～5°，以利于淡層煤粉的燃燒，減少上層未燃盡煤粉的數(shù)量。

3.6 末級再熱器受熱面的改造

將T23材質的管子全部更換為T91材質的管子，根據(jù)熱偏差計算結果，將部分處于超溫范圍內的管段及下彎頭換成T91材質的管子。

4 技術改造性能評估

2009年4月，華電濰坊發(fā)電有限公司#3鍋爐在大修改造后啟動并進行了燃燒調整試驗:在各種燃燒因素變化的條件下，對燃料成分、汽溫、汽壓、鍋爐效率等進行測定，分析并確定鍋爐技術改造后運行的合理燃燒方式。通過試驗得出以下結論:

(1)制粉系統(tǒng)投停原則為先下后上，出力也為先下后上，F(xiàn)磨煤機給煤量應盡可能低。

(2)燃燒器的上下擺動對主汽溫、再熱汽溫影響較大，但對改善熱偏差作用較小。

(3)SOFA－E，SOFA－F風對消除熱偏差影響較大，但過大的開度會使壁溫峰值向右移動，所以，調整時應視具體工況而選擇合適的開度，最大開度不能超過65%。

(4)CCOFA風開度可有效減少飛灰可燃物的質量分數(shù)，在一定情況下，開度的大小對再熱汽溫有較大影響，但對熱偏差影響較小。

試驗結果表明:在主燃燒區(qū)域建立一個穩(wěn)定的切圓燃燒，在爐膛出口保持弱旋，既保證了燃燒穩(wěn)定，又達到了消旋的目的。反切風消旋效果良好，熱偏差明顯降低。經過改造后，在550～670 MW負荷及6套制粉系統(tǒng)全部投入的情況下，高溫再熱器、高溫過熱器最高管壁溫度與改造前比較如圖2、圖3所示。

在60% ～90%BMCR負荷時，左、右兩側的高溫受熱面分布基本對稱，沿爐寬的氣溫分布較平緩。在額定負荷下，最高壁溫有明顯下降，切位置沒有出現(xiàn)移向，說明總體技術改造中解決煙氣偏差的方案效果明顯。

根據(jù)測定:改造后飛灰可燃物的質量分數(shù)為2.0% ～2.9%，較改造前(4.6% ～ 5.3%)下降明顯;在爐膛出口左、右距離爐墻2.5 m處高溫再熱器、高溫過熱器區(qū)煙溫偏差小于60℃。

5 結論

針對華電濰坊發(fā)電有限公司#3鍋爐整體熱偏差過大的問題進行相關改造后，較大程度地消除了殘余旋轉造成的煙溫偏差，高溫受熱面熱負荷分配區(qū)域合理，各受熱面管材能夠在安全溫度下正常工作。

［1］宋貴良.鍋爐計算手冊［M］.沈陽:遼寧科學技術出版社，1995.

［2］袁益超，莊恩如，馮景源，等.四角布置切圓燃燒鍋爐水平煙道內煙溫分布的試驗研究［J］.動力工程，2000(4):35－39.