超临界直流锅炉干湿态转换过程控制

超临界直流锅炉干湿态转换过程控制

隋炳伟

（宁夏京能宁东发电有限责任公司）

摘要：干湿态转换是超临界直流炉在启动过程中的一个极为关键的过程，操作中稍有不慎将造成金属壁温超温或过热器进水等问题，严重时危及锅炉设备安全运行，为实现锅炉启动中干湿态平稳、顺畅过度，本文通过总结某厂660MW超临界直流炉干、湿态转换的实际操作经验，充分分析干湿态转换过程中发生的各类问题，提出锅炉干湿态转换的操作要点和注意事项。

关键词：超临界直流锅炉，干湿态转换，控制要点

随着电力事业的发展，超临界机组正成为我国电力行业的主力机型，超临界直流锅炉的经济性、可靠性高、启动速度快、负荷适应性强等优点被广泛认可，但是因超临界直流锅炉的汽水特性，锅炉在启停中存在干、湿态转换过程，这个过程是超临界直流炉的关键控制点之一，要平稳、顺畅度过；否则易发生干、湿态频繁交替、如调整不当引起分离器出口蒸汽温度、主再热蒸汽温度等重要参数剧烈波动，造成锅炉超温或过热器进水等事故，严重威胁机组安全运行。结合宁东电厂660MW超临界直流锅炉干、湿态转换的实际操作经验和出现的问题，全面分析干、湿态转换控制要点和注意事项，有利于管理干湿态转换过程的平稳，确保锅炉的安全运行。

1设备概述

该厂一期为2台660MW燃煤汽轮发电空冷机组，锅炉为超临界参数变压运行螺旋管圈加垂直管直流炉，单炉膛、一次中间再热、采用切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构Π型锅炉、室内布置燃煤锅炉，锅炉采用紧身封闭。

1.1汽水和启动系统

锅炉下部炉膛水冷壁及灰斗采用螺旋管圈，具有较高的质量流速，在各种负荷下均有足够的冷却能力，并能有效地补偿沿炉膛周界上的热偏差，水动力特性稳定；采用4只启动分离器，壁厚均匀，温度变化时热应力小，适合于滑压运行，提高了机组的效率，延长了汽机的寿命。采用大气扩容器的启动系统锅炉具有快速启动能力，缩短机组启动时间；系统简单、运行可靠。启动系统设置了足够容量的大气式扩容器和疏水箱。

1.2燃烧和制粉系统

4只低NOX墙式直流燃烧器采用四面墙布置、切圆燃烧，6台ZGM113G-II中速磨煤机配正压直吹制粉系统。新型墙式切圆燃烧方式能保证沿炉膛水平方向均匀的热负荷分配。这种强化型切圆燃烧方式，因煤粉气流垂直于水冷壁，切圆更易保持，且大切圆使炉膛内火焰充满度好，对于保证燃烧稳定性有利。此种燃烧方式除保持切圆燃烧方式的所有优点之外，与传统的角式布置的燃烧器相比，具有火焰行程短，火焰两侧补气条件好等优点。

2该电厂超临界直流锅炉干、湿态转换过程分析

总结以往锅炉启动转态的过程，锅炉螺旋水冷壁和垂直水冷壁受热面壁温会出现不同程度的超温现象，分析出现水冷壁超温的原因有以下几点：

2.1煤水比失调

1）在锅炉转干态时负荷增加过快，超临界直流锅炉一般在25%BMCR负荷前为湿态运行，当转为干态运行以后，随即进入亚临界直流运行初期，所以在转干态过程中以及刚刚转完干态，负荷增加较快必须加大燃料量以维持蒸汽压力和负荷的平衡，锅炉蒸发量的增加，往往导致加煤过快，但因燃烧有较强的滞后性，且直流锅炉热惯性小，当煤燃烧的效果显现后不可避免地出现分离器出口过热度及各受热面壁温大幅上升。

2）发现分离器出口过热度、主蒸汽温度上升较快后，减温水以15—35t/h的流量喷入，不仅造成后期各段的蒸汽温度下降，而且使机组负荷增加，给水调节跟不上，与加煤的耦合作用，使分离器出口温度和水冷壁管圈壁温上升较快；同时主汽减温水取自给水管路，大量的减温水喷入，进入省煤器和水冷壁内的冷却工质减少，加剧锅炉实际的水煤比失调。

2.2水冷壁产生壁温偏差

煤水比只能在宏观上判断水冷壁整体吸热状态，而不能具体反映哪些管子中工质温差变化的情况。由于切圆燃烧锅炉客观存在的热偏差，造成锅炉四面水冷壁的吸热偏差而导致循环流量偏差扩大，进而产生水冷壁流量偏差和吸热偏差的恶化，反映出水冷壁容易产生壁温偏差。

影响超临界锅炉水冷壁壁温偏差的因素比较复杂，局部热负荷过大引起水冷壁吸热增强，同时，水冷壁本身存在的流量偏差和吸热偏差，最终产生水冷壁壁温偏差增大而发生超温。

2.3主蒸汽压力控制不当

根据锅炉厂提供的的锅炉冷态启动曲线来分析锅炉干、湿态转换过程，要求在机组负荷带30%负荷（0—180MW）前应采用定压运行，主汽压力应维持在10.3MPa左右，而实际启动过程中转态时的压力不当，较设计值差别较大，也会造成转态的困难。

冷态启动时，低负荷阶段主蒸汽压力较低，一般主蒸汽压力低于13MPa，水冷壁内汽水比容差较大，根据水动力特性,汽水比容差越大水动力多值性越严重。

2.4高压旁路调节阀开度的影响

启动阶段由于旁路调节阀开度过大或旁路调节阀关的太晚，造成启动流量过大，导致入炉煤量过多，锅炉的热负荷过大，而且在整个启动过程中投入的制粉系统为#1、#2、#3磨煤机，都是下层磨火焰太过集中，造成水冷壁区域热负荷高。

3干、湿态转换控制要点

超临界直流炉干、湿态转换是启停过程中必要经历的一个特殊阶段，这个阶段是水冷壁产生蒸汽、工质从循环流动到一次强制流动的转换过程，是锅炉最重要的控制点之一。结合宁东电厂660MW超临界直流锅炉干、湿态转换的实际操作经验和其发生的问题分析，应注意以下几点：

3.1干、湿态转换时机

对于直流锅炉，为确保水冷壁在低负荷运行时有足够的冷却流量，通过水冷壁的给水流量不能小于630t/h，同时启动分离器的分离能力有限，为防止发生水塞事故，通常在180—240MW进行转换。

3.2通过煤水比控制过热度

转态后尽可能控制过热度在6℃左右，煤水比严重失调，汽水分离器入口过热度将快速上升，造成水冷壁大面积超温，冷态启动初期过热度一旦大于5℃水冷壁即有超温的危险，所以冷态启动初期主汽压力达到13MPa之前要控制煤水比在6—6.3之间，煤水比控制的手段是：先稳定给水流量，然后手动调节燃料量，因为在燃煤时煤的热值不易控制，需要微调。

3.3维持给水流量稳定

转态过程中维持给水流量650t/h左右，注意汽泵出口流量、转速和压力的匹配，防止汽泵脱离稳定工作区域，调整汽泵再循环调节门时注意给水流量的变化。

3.4煤量增减平缓

特别是进入干态运行时，因煤燃烧有较强的滞后性，切不可加煤过急，可依照5t煤对应10MW缓慢加煤；根据经验转干态结束后总煤量叫转态前增加20t/h。

3.5合理分配二次风

加强一次风流量提高一次风粉的刚度，减少相应的二次风流量，避免冲击对面的一次风粉，减少贴壁燃烧，此次前墙超温应开大前墙燃烧器区域的辅助风挡版（#4角），关小后墙燃烧器区域的辅助风挡板（#2角），将火焰切圆中心向后推移。

3.6转态前尽量提高主汽压力

主汽压力越低、汽水比容差越大，水冷壁管内越易产生流量偏差，在转干态前的低负荷阶段即200MW负荷之前，尽早把主汽压力提高至13MPa以上，这样有利于控制流量偏差。

4结束语

对于大容量直流锅炉，启动过程中的干湿态转换是一个重要的节点，如果控制不当，对锅炉的安全运行有极大的危害，所以应从多方面优化启动过程，确保干湿态转换快速平稳进行。

参考文献：

1、王锋，周黎辉，张自华等。超临界直流锅炉启动系统及其设计。华电技术。2008.30（8）：36－40

2、何振东，王岩。超临界直流锅炉启动系统及启动特点。黑龙江电力。2004.26（6）：411－414

3、常磊，杨科，陈听宽。超临界直流锅炉启动系统和汽轮机旁路系统的研究。电站系统工程。2005.21（1）：1－4