1000MW超超临界二次再热塔式锅炉过热器超温分析与对策

张晓 华电莱州发电有限公司

高容量超超临界二次加热装置具有效率和环保的优点。鉴于矿物能源枯竭和环境污染加剧，二次加热技术值得进一步关注。二次供热机组热力结构复杂，参数选择接近材料允许限值，各级锅炉受热面工作环境差，超高速爆管危险性大增。结合现场运行数据，建议切断二次换热器管，将节能短管安装在整流管内，实现低压高温整流的热绝缘。

一、设备概况

（一）燃烧系统

1000MW二次再热直流锅炉在某厂超超临界参数下运行，采用SG-2717/33.42-M7052型，依次布置单炉、二次加热、四角反向切圆燃烧、均衡通风、固体废物处置、全钢悬挂结构、外部布置。设计煤种为采用神府东胜烟煤，采用中速磨煤机冷一次风直接吹粉系统。锅炉配备6台中速磨煤机，5台配备1台；锅炉设有两台 50%容量的动叶可调式一次风机，提供冷、热一次风输送煤粉。采用两台 50%容量动叶可调式引风机和两台 50%容量动叶可调式送风机。炉后尾部烟道出口有两台 SCR 脱硝反应装置，每台 SCR 下方各布置一台Φ17320mm的四分仓回转式空气预热器。燃烧方法为同轴燃烧系统（LNTFS），煤粉燃烧器采用典型的NTFS燃烧器布局。燃烧器在锅炉分三组，每两层燃烧器为一组，分为8层空气室，锅炉共有24支大油枪，4支小油枪。燃料空气（周边空气）被放置在煤井周围，每个磨煤机机对应于两层煤粉喷嘴，共48个煤粉喷嘴，在两层煤粉喷嘴之间设置燃料辅助空气喷嘴。

（二）汽水系统

（1）过热系统

过热器系统的主受热面分为三级：悬挂管、一级过热器、二级过热器、三级过热器，分离器出口的四根蒸汽管中的两根通向入口集管，该入口集管通过炉内的悬挂管自上而下流向一级过热器的出口集管。一级布置在整个炉膛，主要吸收炉膛内的辐射热量。二级过热器位于一级过热器和末级过热器之间，主要取决于对流热交换。一级和二级过热器逆流布置。过热蒸汽系统的蒸汽温度通过水煤比和喷水减温来调节。一级过热器与二级过热器、三级过热器之间设置两级喷水减水，一级受热面外管中的蒸汽通过二级受热面连接管的交叉进入一级受热面内管，补偿烟气侧的热偏差。

（2）再热系统

再热器分为一次再热、二次再热，每个加热面分为两个级别：一级（低温再热器）和二级（高温再热器）。低温再热器入口设有事故喷水、低温再热器与高温再热器之间设有喷水减温，供再热汽温调节时使用，一次再热、二次再热正常时温度调节通过尾部烟道的烟气挡板开度来调整。再热系统布置在炉膛靠后位置，通过尾部烟道的烟气进行加热。二级转发器安装在二级转发器和三级转发器之间，一级转发器安装在省级转发器和二级转发器之间。二级转发器（高温转发器）位于下游，受热面为半放射性；加热表面是纯对流。

二、锅炉技术特点

（1）启动系统。本锅炉采用集成式循环水泵起动系统，当锅炉负荷低于直流bmcr 30%负荷的30%时，分离器作为汽水分离器；当锅炉负荷大于30%BMCR负荷的30%时，分离器将以干状态运行，仅用作循环元件。上述的启动系统可使锅炉在启动初期保证足够的介质流量，并且节省燃料，减少了锅炉启动时间，避免了超温问题的发生，对锅炉受热面起到了保护作用。

（2）转发器系统。锅炉再热系统分为一次再热系统和二次再热系统。高压过热器和低压过热器的加热面分为两个阶段：高压低温过热器和高压高温过热器。低压低温过热器和低压末端过热器。转发器的主要设计特点如下：在平均烟温区内，高压端和低压端分别布置在燃烧室出口烟窗的下游；低压端和低压端分别布置在通道内。

（3）省煤器系统。由于锅炉采用塔式炉结构，所有受热面均布置在炉膛内，省煤器分为一级和二级省煤器，省煤器安装在炉顶。炉膛上部设有隔板，因此省煤器系统设计为可拆卸的：一二级省煤器分不在两侧的烟井中，两者相互分离，互不连接。

（4）水冷壁。锅炉采用自适应螺旋环和垂直环的水冷壁组合系统，在四个压力运行阶段（超超临界一次通道、近临界一次通道、亚临界一次通道和启动阶段），可以控制金属壁温、钱干度高，防止在低干、高热负荷区域膜沸腾，保持锅炉系统的水动力稳定性。

（5）受热面布置。锅炉过热器分三级布置，即一级过热器、二级过热器和末级过热器（三级）。过热器系统分为高压过热器系统和低压过热器系统，高压过热器和低压过热器的受热面分为两级；即低温高压预热器和高温高压预热器；低温过热器和高温低压过热器。过热器的主要设计特点是，高压高温过热器和低压高温过热器位于烟气中温区炉膛出口烟窗的下游，高压低压低温过热器分别布置在烟气温度适中的前后烟道内，保证了锅炉良好的温度调节性能和较大的温度调节范围。

（6）蒸汽温度调节。锅炉过热器采用煤水比作为调节主蒸汽温度的手段，在次级加热器之间，设置喷水恒温器作为主蒸汽温度的精细调节，有效消除了各层过热器的吸热和蒸汽温度差。加热蒸汽温度主要由烟气保护板和烟气回收调节。同时，高压低压整流系统分别设置应急喷水减温，具有调节温度敏感和低温惯性敏感的优点，可精细控制整流输出蒸汽温度。烟气挡板仅用作加热蒸汽温度的辅助调节器。

三、超温原因问题分析与解决措施

（一）原因分析

（1）锅炉实际启动时，不使用设计煤。煤质参数（多次采样平均值）是通过从锅炉中采集煤样获得的。由此可见，实际进入锅炉的煤比设计的煤具有更高的热值和更高的含水量。然而，挥发性成分含量明显较低，着火特性不如煤种设计。实际燃烧时间。炉内煤粉燃点的延迟，使炉内火焰中心向上移动，烟气温度升高，导致一级和三级再热炉的吸热量一定增加，容易过热。

（2）隔板设置导致烟流率偏差。锅炉炉膛上方的隔板将烟道空间分为前后烟井，烟囱内设有低温低压预热器和低温高压预热器。烟井前后烟流率存在一定偏差，低负荷时两者差异较大。机组启动时间长，在50%负荷范围内，炉前、炉后烟气大流速的偏差一定会传递到下部的一级再热炉和三级再热炉，导致前壁侧烟气流速高于后壁侧，加强了靠近壁侧的管束传热。现场对比表明，三级再热炉1号管的位置最靠近电炉，因此，烟流率偏差被认为是该管温度超标的原因。

（3）使用高空燃烧器导致火焰中心向上移动。锅炉配有与12层煤粉喷嘴相对应的6个磨煤机。两层煤粉喷嘴之间设置一层燃料油，对应于同一个清洗机，不同层煤粉喷嘴之间设置二级空气喷嘴。因此，整个燃烧系统在炉体上占用很长时间。当需要增加50%的负荷时，需要一个高空燃烧器，从而大大增加炉内火焰的中心。燃烧室上部烟气温度也在上升，存在着一次热交换器的大规模过热现象。

（4）炉内分拆圈存在一定偏差。根据实际测量结果，扬声器1的原始风速明显高于其他扬声器，而扬声器2的原始风速则较低，从而导致烤箱中剪切圈的实际变形和热火焰中心向上偏转4。导致前后烟雾温度偏差。

（5）煤粉分离器转速较高，分离器转速练高出粉更细，更容易着火，磨煤机中的煤粉比设定值更细，粗煤粉注入窑炉后燃烧时间更长，炉内火焰中心高度增加，烟气温度升高，这可能是部分原因。

（6）换热器各管工作质量流动速度存在偏差。研究表明，塔内烟气呈直线上升，流场和温度场分布均匀，加热器一般不会过热，但锅炉内的加热器一般太热。这明显违背了回转窑本身的技术特点，因此，由于设计问题，认为换热器的不同线束之间存在流量偏差，导致同一管板的不同壁之间温度差异很大；当负载上下移动时。由于锅炉在滑动压力下不起作用，管内蒸汽速度达不到设计值，降低了工具对管壁的冷却效果，最终有较大的再热面。

（二）解决措施

（1）优化运行过热器超温

当锅炉负荷上升和下降过程中负荷变化率接近或超过10MW/min时，锅炉一级和三级加热器的管壁范围很广，温度过高，在负荷下降过程中更是如此。更具体地说，一级换热器一般是各管屏的过温，三级换热器主要集中在各管屏的n 1管上，同一管屏内各管的温差为60~70℃。经过分析，锅炉级换热器可能存在设计缺陷，可能导致相应加热面上的热量过多，三级换热器所有管道的流量分布设计不合理，可能导致锅炉之间的温差较大。

对于过热现象，采取以下措施：减少磨煤机空气量，提高磨煤机分离器转速，降低一次风压力，增加外风和辅助空气门开口，减少燃烧器二次风开口，正确降低。如果换热器管屏之间温度不均匀，经过多次试验和探索，可能原因是火焰在炉膛中存在偏烧现象，火焰可能分布不合适，可以通过调整四个角的二次风开度大小，消除这种现象，通过采取上述措施之后，过热器的过热现象有了显著改善。如果燃烧器摆角靠上，也会影响过热器的壁温，将摆角下摆也可以缓解过热器超温，但下摆时应注意水冷壁的壁温，防止水冷壁超温。

（2）省煤器汽化

①在启动初期，应适当减小燃烧器的摆动角度，以减小火焰中心；降低一次空气电机叶片开度，降低一次空气风门温度，降低进入燃烧器一次空气量和一次空气速度；调整磨煤机出力，适当减少煤量，控制锅炉升温升压速度。②开工初期，将锅炉给水流量从30%BMCR增加到35%BMCR，同时降低省煤器循环流量，以减轻给水三通流量分布不均的影响；操作人员必须进行连续均匀的小流量补水操作，不能停止；密切注意操作参数，避免储水箱水位剧烈波动，并打开和关闭供水调节阀。锅炉点火后，汽轮机的高、中、低温旁路打开，其中低压旁路保持完全打开，高、中压旁路由随机负荷增加，打开程度由30%逐渐增加到60%。这可以增加锅炉的排气量，从而间接增加给水。④在满足锅炉给水要求的前提下，降低初次启动时的给水温度，省煤器进水应具有较大的贪腐性，控制省煤器出口给水温升率稳定。综合采取上述措施后，当机组负荷增加时，省煤器出口水温总是与相应压力下的饱和温度相差60℃左右，省煤器蒸发问题得到很好的解决。

四、结束语

综上所述，针对1000MW超超临界二次再热机组的大规模过压温问题。详细分析了加热器过热的原因。确定了工作质量流量设计不合理的主要原因，积极降低了主要蒸汽调节温度，并在其他领域给出了运行调整措施，实际效果良好，过热器过热问题有了很大改善。所取得的经验可作为启动和运行以下二次加热装置的参考。