1、設備概況
1.1主要參數
額定蒸發量 1801 t/h
過熱器出口壓力 17.38 MPa
過熱器出口溫度 540℃
再熱蒸汽流量 1480 t/h
再熱蒸汽進口壓力 3. 45 MPa
再熱蒸汽出口壓力 3. 29 MPa
再熱蒸汽進口溫度 314.3°
再熱蒸汽出口溫度 540 °
給水溫度 273. 8°
1.2設備特點
天津大唐盤山發電有限責任公司安裝2臺由哈爾濱三大動力廠生產的600 MW汽輪發電機組，其中鍋爐為引進美國ABB-CE技術設計制造的HG-2023/17. 6-YM4型四角切圓燃燒、亞臨界、一次中間再熱、固態排渣、控制循環汽包爐。設計煤種為準格爾煙煤。燃燒器為正四角布置的切向擺動式燃燒器，采用ABB-CE傳統的大風箱結構，由隔板將大風箱分割成若干風室。爐膛各角的燃燒器分別有22個噴口。其中，6個一次風噴嘴可上下擺動27°，10個輔助風及最下層油噴嘴可做上下30°的擺動，為了獲得良好的爐內空氣動力場，克服四角燃燒而引起的爐膛煙溫偏差的弊病，上下兩層輔助風室及頂部二層OFA風室設計成反切18°，頂部二層OFA風室在反切18°的同時又可以作手動±12。水平擺動，增加了煙溫偏差調節的手段。其余三層油輔助風噴嘴為固定式，不能擺動。所有煤粉噴嘴均設有周界風。整組燃燒器按逆時針方向切圓布置，假想切圓直徑為Dl 882 mm。配6臺ZGM-123中速磨煤機。采用冷一次風機正壓直吹式系統，每臺磨煤機帶一層煤粉噴嘴。
該爐燃燒器一次風噴口采用了寬調節比(WR)的結構，形成了垂直濃淡的一次風粉特性，另外在一次風噴口的V形鈍體及噴口四周前部邊緣的扳邊結構設計，有助于回流區的形成，使該燃燒器具有良好的穩燃性能，鍋爐最低不投油穩燃負荷為350/BMCR。
再熱器由3個部分組成，墻式輻射再熱器布置在水冷壁前墻和側墻的前部。再熱器前屏位于后屏過熱器及水冷壁懸吊管之間，折煙角的上部。末級再熱器位于爐膛折焰角后的水平煙道內，與再熱器前屏中間無聯箱串聯布置，高壓缸排汽經噴水減溫后進入墻式輻射再熱器，然后經再熱器前屏至末級再熱器，再熱器的溫度調整主要由調整燃燒器擺角實現，噴水減溫只作為防止事故超溫及輔助調溫用。
2、末級再熱器出口管壁超溫分析
2.1末級再熱器出口管壁超溫的現象
3號機組調試過程中，末級再熱器出口管壁存在超溫現象，最高壁溫可達到636 C以上，主要是在機組高負荷或上層煤粉噴嘴投運期間，最高壁溫區域位于右側第63、67、70監視點，其中第67監視點壁溫最高。開大頂部OFA反切風效果不明顯。其它部位壁溫均低于540 C，過熱器管壁溫度分布與末級再熱器相同，但不存在超溫現象。
2.2原因分析
末級再熱器從左至右共72排，每排12根管，分別在第3、6、9、12、15、22、25、30、34、37、42、46、51、58、63、67、70排管屏的最外圈管子上各設有一個壁溫監視點，在第19和55排管屏的每一根管子上設有一個壁溫監視點，共41個壁溫監視點。
由于四角切圓燃燒的特點是整個爐膛為一個燃燒單元，四角氣流相互作用，在爐內形成逆時針方向的旋轉氣流。到分隔屏或后屏下沿，還存在一定的殘余旋轉，此時，引風機對煙氣流的作用力是向爐后方向，該作用力使煙氣流改變方向。由于煙氣的殘余旋轉，其切向速度分量方向及大小在同一截面上不同，在向后吸力的作用下造成流速的分布不均，表現為右側煙氣流速偏高。考慮到水平煙道沿垂直方向流動阻力的不同，上部煙氣流的流程要大于下部，流動阻力偏大，則下部煙氣流速及煙溫偏高。由于流速分布上的偏差，使流經同一截面的不同區域飛灰攜帶量也隨之出現一定的差異，并對水平煙道受熱面的傳熱量比例產生影響。由于煙氣流速及飛灰攜帶量的偏差，使末級再熱器右側管屏出現管壁超溫現象。
在后屏再熱器與末級再熱器之間通過無聯箱串聯連接，使再熱器的吸熱不均相互疊加，也加劇了末級再熱器管壁超溫。
制造廠在設計時雖然己考慮了末級再熱器管壁超溫的問題，在采取反切風的同時，又將頂部兩個OFA噴嘴設計為左右可手動擺動12。，但未能給出具體的擺動角度數值，必須通過具體試驗來確定合適的擺動角度和相應的風門開度范圍，才有希望達到預期的效果。
另外，燃燒火焰中心的位置對末級再熱器管壁溫度也有一定的影響，包括燃燒器輔助風的配比、磨煤機的組合運行情況、磨煤機的一次風流量大小、總風量的大小及磨煤機出力的分配等。
過熱器由于其換熱效果較好，又有兩級噴水
減溫控制，管壁溫度較低，不存在過熱現象。廠家在設計中計算的末級再熱器最高管壁溫度位于右側，最高壁溫計算值為626℃，并且在管壁溫度最高部位選用了TP-304H鋼材，最高允許管壁溫度可達到657℃，正常壁溫控制值為小于636 ℃，確保再熱器不超溫。
3、燃燒調整
3號機組在調試過程中，發現6臺磨煤機在正常運行中一次風冷熱風門的開度均在60%以上，調節余度較小，而相應的磨煤機一次風流量指示均在正常范圍內，故判斷為一次風流量表可能不準，經磨煤機一次風量標定，發現一次風流量計算公式不正確，修改后，磨煤機的一次風冷熱風門開度下降為20%～50%。磨煤機的一次風流量降低后，燃燒器著火位置適中，且著火比較穩定，降低了燃燒火焰中心位置，有利于控制再熱器壁溫。
通過測量不同機組負荷下的排煙氧量值及進行磨煤機性能試驗，初步確定了磨煤機一次風量曲線及總風量調整曲線，見圖1、2。
對于該CE型四角切圓燃燒鍋爐，一次風量不宜太大，否則會加強火焰殘余旋轉效應，由于煤質較好，正常運行中，一般磨煤機的出力在40%～80%之間，相應通風量為62. 6～77. 65 km3/h之間，有利于降低末級再熱器管壁溫度。
OFA反切風噴嘴擺動角度存在一個最佳位置，當擺動至最大位置時，增加反切風擋板開度至60%后，末級再熱器出口右側壁溫可降低至570℃左右，但過熱器與再熱器出口蒸汽溫度出現嚴重偏差，右側低于左側30℃左右，右側最高蒸汽溫度只能達到510℃，達不到設計值，調整減溫水及調整燃燒器擺角無效。當調整OFA反切風噴嘴擺動角度至+6。時，效果最佳，但必須適當調整反切風量。由于氣流旋轉具有很大的慣性，旋轉風量一旦確定后，增加反切風量很難改變其旋轉方向，必須突然將反切風量一次增加至希望值后，調整才可達到預期的效果。當反切風擋板由20%逐漸開大至60%時，末級再熱器出口壁溫降低約10℃，而當反切風擋板由20%次開大至60%時，末級再熱器出口壁溫降低約30℃。
當機組負荷在400 MW以下時，由于一般投運下層火嘴，燃燒火焰中心較低，再熱器管壁溫度相應也較低，一般在580 C以下；當機組負荷在400 MW以上時，E或F磨煤機投運，燃燒中心較高。雖然E和F磨煤機對應的火嘴上輔助風設計有18°的反切角度，但由于作用有限，末級再熱器出口管壁溫度仍然會上升至600℃以上，必須在磨煤機投運前適當開大頂部OFA反切風。OFA反切風擋板開大后，由于燃燒中心下降，會導致過熱汽溫度偏低，還應適當調整火嘴的上下擺動角度，以達到過熱蒸汽溫度與再熱器管壁溫度同時兼顧的目的。另外，燃燒器的組合對管壁溫度也有一定的影響，采用ACDE、ACDF或ABCDE組合方式管壁溫度較低。
通過燃燒調整，末級再熱器出口管壁溫度可以控制在600℃以下，大部分時段在580℃以下，由于廠家在設計時在高溫區段提高了管材等級，末級再熱器出口管壁溫度在600℃以下運行是比較安全的。
4、防止末級再熱器出口管壁溫度超標措施
(1)磨煤機E或F投運工況下，頂部反切風擋板必須保持足夠大的開度，且需與擺動火嘴角度配合進行調整，在調整頂部反切風擋板時要一次調整到位，以克服燃燒氣流旋轉的慣性。
(2) OFA反切風擺動角度存在最佳位置，通過燃燒調整確定后，不應隨便改動擺動角度。
(3)在機組升負荷啟動磨煤機時應提前采取降低燃燒火焰中心的措施，防止在磨煤機投運過程中末級再熱器管壁溫度超標。
(4)磨煤機一次風量對控制著火位置及燃燒中心具有很大的作用，磨煤機的一次風量不宜太大。
5、結論
采用四角切圓燃燒方式的鍋爐，由于殘余旋轉的存在，其末級再熱器出口管壁溫度必然較高，采取反切措施后對壁溫分布的調整能起到一定的作用，只有在反切風動量達到一定程度后，才能有效地改變末級再熱器出口管壁溫度的分布。調整末級再熱器出口管壁溫度會與控制過熱蒸汽溫度產生矛盾，必須將反切風量與燃燒器擺角協調調整，方能達到二者兼顧的目的。在采用反切措施的同時，適當提高管材等級，優化再熱器的結構設計，是防止末級再熱器超溫爆管的有效方法。
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