超超临界直流锅炉壁温控制对策探析

超超临界直流锅炉壁温控制对策探析

赖波 洪刚 韦继昌

华能井冈山电厂 江西 343009

摘 要：现阶段，我国逐渐将重点放在环境与能源上，节约环保要求逐渐深入各行各业，锅炉行业为贴合节约环保要求，需要加大对于煤清洁燃烧等方面的技术研究，这种环境下超超临界直流锅炉应运而生，其能够在降低煤耗的同时，减少污染物排放，不过其受热面的炉管管壁更薄、直径更小，很易发生热偏差及超温情况，本文对超超临界直流锅炉壁温控制对策进行探讨，希望为相关人员提供参考，对超超临界直流锅炉壁温进行有效控制，保证超超临界直流锅炉良好运行。

关键词：超超临界直流锅炉；壁温控制；策略

引 言

近年来，超超临界直流锅炉应用逐渐广泛，虽然达到了较好的经济效益，不过仍存在较多的氧化皮剥落停机问题，虽然较多因素均会导致氧化皮剥落，不过受热面长期超温运行是这一现象发生的一项主要因素，为有效解决这一问题，确保超超临界直流锅炉良好运行，需要对超超临界直流锅炉壁温控制手段加以深入分析。

2. 管壁超温对锅炉机组的影响

当超超临界直流锅炉壁温出现超温情况时，会降低受热面金属材料的承压能力以及强度，严重的情况下，还会使超超临界直流锅炉运行面对一定的安全性问题，管壁超温对锅炉机组的影响主要体现在以下几点：第一，当温度超过570℃时，炉管内水蒸气会与纯铁产生氧化反应^[1]，从而形成氧化皮，最内层的氧化铁不具备较好的致密性，在结构上稳定性较差，一定厚度时会剥落，并在超温情况下，还会加快氧化皮生成速率；第二，会加快材料老化速度，持久强度会下降，容易发生爆管情况；第三，会增加调节级内热降，负荷不变下，可能会出现动叶片过负荷情况；第四，过热汽温过高，会降低汽轮机汽缸、调节汽门等部件的机械强度，若膨胀受阻，会引起汽机差胀变化，降低设备寿命的同时，会对机组的安全运行产生不良影响。

二、超超临界直流锅炉管壁超温的原因

经过国内外有关资料表明，结合现场设备实际情况，造成管壁超温的原因很多，主要有以下几种:①受煤品质的影响，如燃煤水分高、低灰熔点、挥发份低；②受一次风、二次风的影响，如一次风速和风量、二次风量、炉膛风箱配风不合理；③给水变化影响，如煤水比失调等情况；④积灰结焦，如吹灰少以及吹灰效果不佳情况；⑤热负荷影响，在负荷增加的情况下，使得汽温和炉膛出口烟温上升，进而增加了对流换热吸热量；⑥受锅炉结构设计以及制造安装工艺影响^[2]。以上原因在超超临界直流锅炉时常遇到，为确保锅炉的良好运行，受热面管壁温度不超限，需要选择有效的控制方案进行控制。

三、超超临界直流锅炉壁温控制对策

1.提升锅炉结构设计以及制造安装质量

直流锅炉壁温状况，会直接受到锅炉结构设计以及制造安装质量的影响，为避免直流锅炉壁温出现不均匀问题，需要提升锅炉结构设计以及制造安装质量，确保孔径设计以及制造质量均符合规定要求，并且在锅炉安装过程中，需要保证燃烧器中心位置不存在偏差，确保超超临界直流锅炉壁温均匀，不存在较大的温差。

2.做好开机过程的控制

第一，超超临界直流锅炉启动环节，其升温以及升压操作，需要严格按照启动曲线进行，若蒸汽流量不超过10%BMCR，需要保证炉膛出口烟温在540℃之下，避免再热器受热面存在干烧情况；第二，当超超临界直流锅炉经化学清洗或水压试验后，因为存在过、再热器积水，会导致受热管在启动初期存在水塞情况，对蒸汽畅流造成较为严重的影响，因此，需要在积水蒸干前，对炉膛出口烟温与燃烧率进行严格控制；第三，锅炉点火前，需要根据相关要求开展锅炉冷态清洗工作，在点火后，选择合适的炉水温度开展热态清洗，使汽、水品质符合要求，若发现汽、水品质不合格，需要确保锅炉不处于干态运行状态，以免受热面内壁出现结垢问题，防止超温情况出现；第四，开机环节，需要根据旁路曲线，对高、低压旁路实际开度加以控制，若炉壁温度偏高，可将开度适当开大，减小主汽压力，并且还需要将给水流量相应降低，提升辅汽联箱压力，增加锅炉产汽量，达到冷却锅炉壁的效果^[3]；第五，为避免启动环节由于各管壁流量不均导致的水冷壁超温问题，在锅炉点火前，需要达到锅炉最小启动流量要求；第六，需要平稳进行锅炉干、湿态转换，若垂直管与后墙悬吊管发生两相流时，会因为水力不均出现管壁超温情况，所以，需要避免出现燃烧或给水大幅度波动问题，适当增加过量空气系数以改善管壁温度，尽量减少锅炉在干、湿态转换过程中停留时间。

3.变压运行中合理控制壁温偏差

对于超超临界机组启动环节，通常在水冷壁出口工质温度不会存在较大偏差，上水冷壁管以及下水冷壁管的热偏差系数均较为平衡；当处于亚临界压力下运行状态时，会因为机组存在较高的负荷，炉膛的火焰会逐渐充满整个炉膛，此时，炉膛中的热负荷分布会更为均匀，在时间的不断推移下，会逐渐降低水冷壁管的吸热偏差，工质出口温度会更为平衡；工质面临超临界压力情况下，炉内存在的热负荷分布与亚临界工况情况相比，均匀性较差，一般而言，上辐射区与下辐射区两个位置的水冷壁工质温度以及吸热偏差存在较大差异，前者更高，主要会存在角部位置温度较低，而前后墙中部位置，温度相对较高的情况，此时炉膛会存在较大的热负荷分布偏差，所以，实际运行环节需要对上下辐射区位置处的水冷壁出口工质温度变化进行严格监视，实施调整配风方式与煤粉细度，确保炉膛中的热负荷更为均匀，并且还应对炉内燃烧情况进行合理控制，确保各水冷壁管出口温度更为均匀、平衡，有效避免壁温偏差以及超温情况的出现。

4.合理的运行调整

① 通过有效的运行调整，能够降低壁温偏差，确保各受热面始终在良好的状态下运行，实际运行过程中，磨煤机运行方式会对受热面壁温差产生直接的影响，在磨组运行方式的选择上，需要重点考虑炉膛内磨组对应燃烧器的布置情况，优先选择对称分布炉膛中央的火嘴燃烧。相对而言，ABDE磨优先运行效果更佳，会使炉膛热负荷分布更为均匀，因此，为合理控制壁温温差，以ABDE磨作为四磨运行的主要方式，而五磨运行，则需要选择ABDEF磨这一运行方式。

② 分离器出口尽可能防止低过热度运行情况，实现更为均匀的壁温分布。基于满足额定汽温的情况下，避免减温水的大量使用，主要是由于降低减温水量的情况下，会使通过水冷壁的工质流量增加，相应的对水冷壁出口壁温加以抑制，最终对管壁温差进行有效控制。当分离器过热度在40℃之上时，会使水冷壁出现多点超温问题，而当其处于20℃之下时，高负荷时汽温很难到达额定值。因此，及时调整过热度偏置，增减给水流量，保证过热度处于22℃～35℃范围内。

③ 在磨组启、停过程中等异常工况时，对炉膛燃烧产生扰动，会导致锅炉中的煤水比存在短暂失调的情况，也会对壁温产生影响，例如：启磨过程中，暖磨风会将少量磨内存煤带到炉膛，炉内燃烧增强，引起实际煤水比与系统显示情况存在一定差距，最终导致受热面区域性超温。若控制系统没有及时进行减燃料调整，会导致煤水比出现偏离情况，需要人为进行调整使煤水比处于合理区间。该情况无法避免，但可以将冷、热风门开关时间进行适当延长，防止入炉实际煤量变化过快，尽可能降低磨组启、停的不良影响，以免水冷壁壁温出现大幅波动情况。

④ 管壁积灰和结焦程度会对壁温产生很大影响，积灰越严重管壁越易超温，应对吹灰进行动态管理，根据锅炉积灰、结焦情况，及时增加受热面超温区域的吹灰频次，采取最佳吹灰汽源的蒸汽压力、蒸汽温度，提高吹灰效果，减少积灰结焦，防止壁温出现超温现象。

结束语

综上所述，超超临界直流锅炉燃烧过程中，会经历较为复杂的物理以及化学反应，会有较多的因素导致超超临界直流锅炉管壁出现超温情况，甚至发生爆管，为有效避免这一问题的出现，需要提升锅炉结构设计以及制造安装质量、做好开机过程的控制、变压运行中合理控制壁温偏差、合理的运行调整，当然方法并不局限于此，还应深入对其探讨，不断优化此项工作。

参考文献：

[1]钟治琨. 超超临界直流炉的主汽温度控制策略[J]. 设备管理与维修, 2020, No.481(19):52-53.

[2]杜杰. 超临界"W"火焰炉启动中壁温超限控制[J]. 仪器仪表用户, 2019, 26(01):98-100.

[3]吕当振, 周延华, 刘帅, 等. 600MW超临界W火焰锅炉垂直水冷壁壁温分布特性及偏差控制[J]. 中国电机工程学报, 2019, 39(11).