1、660MW 超超临界锅炉防止管壁温度异常升高的措施及对策一 660MW 超超临界锅炉简介我厂#7 炉是由上海锅炉厂引进技术制造的国产超超临界参数变压直流炉，燃烧系统采用中速磨煤机、冷一次风、正压直吹式制粉系统设计，一台锅炉配备六台 MPS190 型中速磨煤机和电子称重式给煤机，燃用设计煤种时，5 台磨运行，1 台磨备用。24 只直吹式水平浓淡分离燃烧器分 6 层布置于炉膛下部四角,煤粉和空气从四角送入,在炉膛中呈切圆方式燃烧。燃烧方式采用低 NOx 同轴燃烧系统（LNCFS） 。通过分析煤粉燃烧时 NOx 的生成机理，低 NOx 煤粉燃烧系统设计的主要任务是减少挥发份氮转化成 NOx，其主要方
2、法是建立早期着火和使用控制氧量的燃料/空气分段燃烧技术。LNCFS 的主要组件为：a.紧凑燃尽风（CCOFA） ；b.可水平摆动的分离燃尽风（SOFA） ；c.预置水平偏角的辅助风喷嘴（CFS） ；d.水平浓淡分离煤粉喷嘴。LNCFS 在降低 NOx 排放的同时，着重考虑提高锅炉不投油低负荷稳燃能力和燃烧效率。通过技术的不断更新，LNCFS 在防止炉内结渣、高温腐蚀和降低炉膛出口烟温偏差等方面，同样具有独特的效果。主风箱设有 6 层水平浓淡分离煤粉喷嘴，在煤粉喷嘴四周布置有燃料风（周界风） 。在每相邻 2 层煤粉喷嘴之间布置有 1 层辅助风喷嘴，其中包括上下 2 只偏置的 CFS 喷嘴，1 只
3、直吹风喷嘴。在主风箱上部设有 2 层 CCOFA（Closed-coupled OFA，紧凑燃尽风）喷嘴，在主风箱下部设有 1 层 UFA（Underfire Air，火下风）喷嘴。在主风箱上部布置有 SOFA（Separated OFA，分离燃尽风）燃烧器，包括 5 层可上下摆动的分离燃尽风（SOFA）喷嘴。连同煤粉喷嘴的周界风，每角主燃烧器和 SOFA 燃烧器各有二次风挡板 25 组，均由电动执行器单独操作。SOFA 燃烧器采用摆动结构，由内外连杆组成一个摆动系统，由一台电执行器集中带动作上下摆动。LNCFS 通过在炉膛的不同高度布置 CCOFA 和 SOFA，将炉膛分成三个相对独立的部分
4、：初始燃烧区，NOx 还原区和燃料燃尽区。在每个区域的过量空气系数由三个因素控制：总的 OFA 风量，CCOFA 和 SOFA 风量的分配以及总的过量空气系数。这种空气分级方法通过优化每个区域的过量空气系数，在有效降低 NOx 排放的同时能最大限度地提高燃烧效率。二 运行中存在的问题a. 煤种适应性差，炉内有局部结渣现象，温度场存在一定的偏差；在不同负荷段容易出现不同受热面管壁温度异常升高现象（负荷 460550MW 时，末级过热器；负荷 500MW 以上时，水冷壁后墙悬吊管；负荷 580660MW 时，高温再热器） ；b. 主汽温度因炉内结渣粘污而升高，因炉膛吹灰而降低，再热汽温因水平烟道吹
5、灰而降低，且变化幅度较大。三 锅炉燃烧调整试验为了解 SOFA 风上下摆角、CCOFA 风风量、SOFA 风风量和主燃烧器二次风量对末级过热器壁温、高温再热器壁温及水冷壁后墙悬吊管壁温的影响,特对SOFA 风上下摆角、SOFA 风风量、CCOFA 风风量和运行燃烧器二次风量进行调整试验。试验时负荷 660MW，A、B、C、D、E、F 磨运行，采用均等配风方式，各风门开度见表 1。试验中，维持负荷、氧量、一次风量、一次风压、各级减温水量及过热器、再热器烟道挡板开度不变，选取运行中容易异常升高的受热面管壁温度测点进行观察对比，其中末级过热器壁温测点为第 22 点（9排第 18 根）、第 77 点（
6、3 排第 7 根）；高温再热器壁温测点为第 2 点（6 排第 1 根）、第 33 点（61 排第 8 根）、第 49 点（6 排第 3 根）；水冷壁后墙悬吊管壁温测点为第 4 点。表 1：试验前后 SOFA 风摆角及各二次风门开度风门名称调整前工况开度%调整后工况 1开度%调整后工况 2开度%调整后工况 3开度%调整后工况 4开度%SOFA 摆角 30 50 30 30 30SOFA5 65 65 65 55 65SOFA4 60 60 60 50 60SOFA3 55 55 55 45 55SOFA2 55 55 55 55 55SOFA1 60 60 60 60 60CCOFA2 70 7
7、0 55 70 70CCOFA1 70 70 55 70 70F1 20 20 20 20 25F 20 20 20 20 25EF 20 20 20 20 25E1/E2 20 20 20 20 25E 20 20 20 20 25DE 20 20 20 20 25D1 20 20 20 20 25D 20 20 20 20 25CD 20 20 20 20 25C1/C2 20 20 20 20 25C 20 20 20 20 25BC 20 20 20 20 25B1 20 20 20 20 25B 20 20 20 20 25AB 20 20 20 20 25A1/A2 20 20 2
8、0 20 25A 25 25 25 25 25AA 70 70 70 70 701、SOFA 风上下摆角的调整试验将 SOFA 风上下摆角由 30%调至 50%，由于炉膛出口烟温降低，SOFA 风反切作用增强，过热汽温略有下降，末级过热器管壁第 22 点温度明显上升。再热器出口温度降低，两侧偏差下降,高温再热器管壁温度也呈缓慢下降趋势。水冷壁后墙悬吊管壁温因锅炉燃烧效率降低，燃料量增加，水煤比减小而有所升高。（见表 2）。2、CCOFA 风风量的调整试验将紧凑燃尽风 CCOFA1、CCOFA2 风门开度均调至 55%，主、再热汽温均有所下降，末级过热器管壁温度略有上升，高温再热器管壁温度随着再
9、热汽温的降低略有下降。水冷壁后墙悬吊管壁温因燃料量减少，水煤比增加而略有降低。（见表 2）。3、SOFA 风风量的调整试验将 SOFA5、SOFA4、SOFA3 三层分离燃尽风风门开度分别调至 55%、50%、45%，炉膛出口烟温先升后降（火焰中心下移，锅炉效率增加，燃料量减少），SOFA风反切作用减弱，过热汽温随炉膛出口烟温先升后降，两侧汽温偏差增大，末级过热器管壁温度随过热汽温先升后降。再热器出口温度也是先升后降，两侧偏差下降,高温再热器管壁温度变化趋势与末级过热器管壁温度变化趋势一致，都是左侧壁温明显升高。水冷壁后墙悬吊管壁温因锅炉燃烧效率增加，燃料量减少，水煤比增加而有所降低。（见表
10、2）。4、主燃烧器二次风量的调整试验将主燃烧器燃料风、辅助风、偏置风均调至 25%，由于火焰中心下移，锅炉效率增加，燃料量减少，炉膛出口烟温降低，过热汽温随炉膛出口烟温下降，两侧汽温偏差增大，末级过热器管壁温度呈缓慢下降趋势。高温再热器出口温度和管壁温度都随烟温的降低而下降，且幅度较大。水冷壁后墙悬吊管壁温因锅炉燃烧效率增加，燃料量减少，水煤比增加而有所降低。（见表 2）。表 2：试验前后锅炉主要参数参数 调整前调整 SOFA风上下摆角后调整CCOFA 风风量后调整 SOFA风风量后调整主燃烧器二次风量后低过出口蒸汽温度 441/445.7 440/444.7 438.9/444.7 440/
11、444.7 438.9/443.7分隔屏出口蒸汽温度 491.4/497.8 488.4/496.9 487.4/495.9 488.4/494.8 485.4/494.7后屏出口蒸汽温度 542.9/548.4 539.9/546.4 535.9/547.6 536.9/547.7 531.9/548.7末过出口蒸汽温度 599.9/597.6 597.8/592.5 596.7/589.5 598.7/590.5 597.7/583.4高再进口蒸汽温度 494.7/482.8 495.7/480 491.6/479.7 491.6/478.7 487.6/475.7高再出口蒸汽温度 591
12、.2/600.3 591.2/596.1 586.1/598.2 586.1/596.2 581.1/592.9后墙悬吊管壁温第 4 点460.8 462.9 460.4 459.2 459.7末级过热器壁温第 22/77 点615.9/620.1 619.9/617.3 613.6/618.4 617.1/620.8 614.1/619.2高温再热器壁温第 2/33/49 点622.6/612.1/620.4620.3/609.5/617.8620.4/610.7/618.1620.8/608.7/618.3617.7/607.8/616.3NOx 含量 451.8/443.4 442.5/
13、417.3 455.5/447.2 461.2/449 431.3/426.6排烟温度 121.7/116.8 121.9/117.2 123/118.2 123/118.6 123.1/118.4过热度 23.4 23.47 23.5 24.09 24.6风箱与炉膛差压 1.0/0.8 1.0/0.8 1.0/0.8 1.07/0.92 0.85/0.68水煤比 7.679 7.572 7.703 7.747 7.738燃料量 241.927 242.791 241.686 239.918 239.978上述调整试验是通过调整炉内不同作用的二次风量，组织不同的炉内空气动力场，来了解锅炉各主要
14、参数的变化情况。为了解水煤比对末级过热器壁温、高温再热器壁温及水冷壁后墙悬吊管壁温的影响,特对给水量偏置进行调整试验。试验条件与上述试验相同。5、设置给水量偏置的调整试验分别将给水量设置+30T/H 和-30T/H 的偏置，增加给水量后，由于水煤比增加，炉膛出口烟温降低，主汽温及末级过热器管壁温度均有所下降，水冷壁后墙悬吊管壁温、再热汽温及高温再热器管壁温度明显降低。相反，减少给水量后，由于水煤比减小，炉膛出口烟温升高，主汽温及末级过热器管壁温度均有所上升，水冷壁后墙悬吊管壁温、再热汽温及高温再热器管壁温度明显升高。（见表 3）。表 3：给水量变化前后锅炉主要参数给水量偏置（T/H）参数 +3
15、0 0（调整前） -30低过出口蒸汽温度 434.8/440.6 441/445.7 441.9/445.8分隔屏出口蒸汽温度 480.3/485.6 491.4/497.8 493.4/498.7后屏出口蒸汽温度 527.8/541.7 542.9/548.4 543.8/553.7末过出口蒸汽温度 594.7/586.3 599.9/597.6 602.8/596.4高再进口蒸汽温度 490.6/478.6 494.7/482.8 493.7/480.6高再出口蒸汽温度 584.1/594.3 591.2/600.3 593.4/601.4后墙悬吊管壁温第 4 点455.1 460.8 4
16、65.2末级过热器壁温第 22/77 点613.8/617.2 615.9/620.1 620.8/624.5高温再热器壁温第 2/33/49/83 点615.7/605.3/614.1 622.6/612.1/620.4 627.9/614.2/625.8NOx 含量 457.4/449 451.8/443.4 457.4/449.9排烟温度 123/118.2 121.7/116.8 123/118.2过热度 21.53 23.4 26.2风箱与炉膛差压 1.0/0.8 1.0/0.8 1.0/0.8水煤比 7.789 7.679 7.563燃料量 240.52 241.927 244.5
17、四 防止受热面管壁温度异常升高的措施及对策通过试验得出：增加锅炉给水量，提高水煤比，可以快速而有效的降低水冷壁后墙悬吊管及高温再热器管壁温度，高温过热器管壁温度也有一定程度的降低，但同时也会使得主、再热汽温降低，锅炉效率下降，运行经济性降低。防止锅炉受热面管壁超温的关键在于合理进行配风，组织良好的炉内空气动力场，避免高温烟气直接冲刷受热面管壁，造成受热面结焦。制定合理的炉内受热面吹灰方案，定期对锅炉各受热面进行吹灰，防止因受热面结焦导致超温爆管、被迫停炉的事故发生。根据试验结果，还可以采取以下方法来防止受热面管壁超温：1、防止末级过热器管壁超温早高峰加负荷时（460550MW） ，由于负荷增加
18、较快、启动备用磨煤机等原因，末级过热器管壁容易超温，采取降低炉膛火焰中心，让煤粉尽量在主燃烧器区域燃烧（初始燃烧区） ，减少燃尽区未燃尽的燃料量，减少高温烟气对过热器管屏的冲刷，来防止主汽温和末级过热器管壁超温。具体调整方法如下：1.1、根据主、再热汽温及末级过热器管壁温度变化情况，适当调整（关小）上三层 SOFA 风风门开度（提前进行调整，末级过热器管壁温度随过热汽温先升后降） ；1.2、关小（关闭）SOFA 风摆角（SOFA 风反切效果减弱末级过热器第 9 排管屏温度降低，第 3 排管屏温度升高） ；1.3、适当开大运行层燃烧器各风门挡板开度，包括燃料风（周界风） 、辅助风、偏置风；1.4
19、、控制主蒸汽温度在适当范围（末级过热器管壁温度随主汽温升高而升高） ；2、防止高温再热器管壁超温负荷高峰时（580660MW） ，由于炉膛出口烟温高，烟气量大，高温再热器管壁容易超温，同样应降低炉膛火焰中心，减少燃尽区未燃尽的燃料量，还应采取方法降低炉膛出口烟温，通过降低高温再热器区域烟温，达到防止高温再热器管壁超温的目的。具体调整方法如下：2.1、根据主、再热汽温及高温再热器管壁温度变化情况，开大 SOFA 风摆角（向上摆） ，使 SOFA 风远离火焰中心，达到降低炉膛出口烟温的目的；2.2、适当开大上三层 SOFA 风风门开度（SOFA 风反切作用增强，高温再热器第 6 排管屏温度降低，第
20、 61 排管屏温度升高） ；2.3、适当开大运行层燃烧器各风门挡板开度，包括燃料风（周界风） 、辅助风、偏置风；2.4、控制再热蒸汽温度在适当范围。3、防止水冷壁后墙悬吊管管壁超温负荷 500MW 以上变工况运行时，容易发生水冷壁后墙悬吊管管壁超温的现象。出现这种情况的主要原因是协调方式下，由于种种原因，实际机前压力大于设定的机前压力，且两者相差较大（协调尚在调整过程中） 。此时再改变负荷会出现两者情况：一、增加负荷时，燃料量增加，给水量由于实际机前压力高于设定的机前压力，给水量不增加甚至减少，导致水煤比减小，中间点温度上升，主汽温升高，减温水量增加，造成水冷壁后墙悬吊管管壁超温；二、减负荷时
21、，由于实际机前压力高于设定的机前压力，给水量的减少量远大于燃料量的减少量，同样使水煤比减小，中间点温度上升，主汽温升高，减温水量增加，造成水冷壁后墙悬吊管管壁超温。出现实际机前压力大于设定的机前压力时，控制水冷壁后墙悬吊管壁温的方法如下：3.1、维持负荷稳定，待协调调节稳定后，实际机前压力与设定的机前压力相差不大时再进行负荷调整；3.2、增加燃料校正系数，使燃料量减少，或退出协调，手动减少燃料量；3.3、根据过热度和水冷壁后墙悬吊管壁温变化情况，降低机前压力设定值，降低中间点温度；3.4、在不超压运行和协调调节允许范围内，增加给水量偏置设定值，使水煤比增加，中间点温度降低（注意防止过热度下降较
22、快，锅炉转湿态运行） 。五、结束语锅炉高温受热面超温的原因是多方面的，过热蒸汽器、再热蒸汽器超温的原因也存在异同，需分别对待，找出主要原因，采取合理措施避免超温。这里只是对超温事故原因及相应措施进行了分析和探讨，随着锅炉长期运行，长期的超温现象对高温受热面管寿命威胁越大，甚至会造成爆管现象。很有必要对这方面的问题进行细致深入的研究和攻关，减少超温爆管对生产运行的影响风门开度：（参考）风门开度%负荷MWSOFA5SOFA4SOFA3SOFA2SOFA1CCOFA2CCOFA1SOFA摆角二次风箱与炉膛差压260300 0 20 30 45 55 55 55 0 0.3310350 0 30 40 50 55 55 55 0 0.3360400 20 40 50 55 60 60 60 0 0.35410450 30 40 50 55 60 60 60 020 0.4460500 40 40 50 55 60 65 65 020 0.5510550 40 40 50 55 60 65 65 030 0.6560600 40 45 55 60 60 65 65 3050 0.7610660 50 50 60 60 60 65 65 4060 0.8
