对冲直流锅炉水冷壁壁温偏差研究及治理

对冲直流锅炉水冷壁壁温偏差研究及治理

杨明宗

华电新疆五彩湾北一发电有限公司

摘要：近年来，超临界机组以其大容量、高参数、高效率等特点在火电机组中占有越来越大的比重。超临界锅炉的主要燃烧方式是反对燃烧和切向燃烧。反向燃烧对煤质的适应性不如切向燃烧，但炉膛出口两侧烟气温度偏差较小。为了提高新的能耗能力，超临界机组需要参与深度调峰，包括频繁的启停、长期的低负荷运行和快速的升、降负荷。由于对置直流锅炉的流场结构比四角切圆锅炉的流场结构更为独立，并且随着峰值深度的调整，水冷壁管内的工作质量流速减小，因此水冷壁区更容易出现较大的壁温偏差，这将导致爆管和机组无法停止。因此，有必要研究对置式直流锅炉深度调峰水冷壁温度偏差的原因，并提出相应的处理方案。

关键词：冲直流锅炉；水冷壁；壁温偏差；治理

1机组概况

某超超临界3000t/h直流锅炉为DG3000/26.15-Ⅱ1型、前后墙对冲燃烧、干式除渣、单炉膛、一次再热、平衡通风、全悬吊结构Π型布置，配套6台ZGM133N型中速磨煤机，侧煤仓布置，从高到低，前墙依次为A、B、C层，后墙依次为D、E、F层，每台磨煤机为同层的8只旋流燃烧器提供一次风粉。

锅炉上部炉膛为垂直水冷壁，下部炉为螺旋水冷壁，中间有过渡段水冷壁和两个垂直混合头。在锅炉启动和低负荷运行过程中，水冷壁壁温偏差较大，远远超过壁温偏差安全值的80℃，导致壁温过热和热应力集中，进而在管壁焊接薄弱处爆管，位于上炉膛前壁。

2试验方法

采用水冷壁回路网格划分、重点区域壁温测点密集布置和单变量现场试验等方法，研究了水冷壁启动过程中壁温最大偏差的变化规律。研究了煤质、磨煤机运行方式和配风方式对低负荷煤壁温度分布的影响。

外圈号为回路号，对应位置的内圈号为回路中的管数。在每个回路的出口处设置至少一个壁温测点，在前壁螺旋水冷壁的每个回路处设置两个壁温测点，在前壁垂直水冷壁的每个回路处设置三个壁温测点。下炉螺旋管卷分32圈，上炉竖管卷分82圈。

针对对置式直流锅炉运行负荷范围内容易出现壁温偏差的问题，将试验条件设置为启动过程试验和低负荷稳态试验。

3试验结果

3.1启炉过程

启动过程中（包括并网后负荷上升阶段）水冷壁温度最大偏差的变化规律。机组13:00点火，14:16开始壁温采集，22:50负荷升至500MW，壁温采集结束，采集过程持续514min，启动过程中关键节点和峰值点对应时间、壁温偏差、负荷及对应回路等。

启动过程中，冲洗、并网、直流变换不会引起壁温偏差峰值，但磨煤机启动时容易引起壁温偏差峰值，特别是E磨煤机和B磨煤机启动时，直接导致壁温偏差在10min后出现峰值；壁温偏差峰值出现在B磨启动后的快负荷阶段，上、下两炉均有出现，但在F磨启动后的快负荷阶段没有出现，说明壁温偏差峰值与负荷率没有直接关系。

3.2低负荷稳态试验

在低负荷运行时，由于垂直水冷壁处于比热容较大的区域，单管的质量流量比螺旋水冷壁小，螺旋管盘管在炉膛周围的吸热更均匀，而进入上炉膛前后壁的工质流动截面积不同，在低负荷稳态运行时，上炉膛水冷壁的壁温偏差最大，因此，本文着重研究了各种变量对上炉壁温度分布及偏差的影响。

3.2.1变煤质试验

对1号煤进行了两次平行试验，壁温分布一致，即上炉前壁温高于其它炉墙。主要原因是进入上炉前壁与后壁连接管的工质截面比约为0.823，导致前壁管内工质流量偏低；2号煤前壁右侧壁温明显高于左侧壁温，壁温偏差增大，说明煤的发热量越低，壁温偏差越大。

3.2.2可变磨煤机运行方式试验

磨煤机的运行方式对壁温分布的均匀性和偏差有很大的影响。为此，本文在不同的磨煤机组合方式下进行了多组试验。其中，磨煤机煤质1工况试验分为三组：BCEF/abef/abcf、BCEF/ACEF、abcef/abdef/abcdf。磨煤机在煤质2下的运行方式试验为BCEF/bcdf-1/bcdf-2。

在煤质1BCEF轧机的运行方式中，炉膛前壁面温度高，两侧温度低；abef轧机运行前，壁温左低右高；abcf磨煤机前壁温度分布均匀，偏差最小，但实际运行中不建议使用前壁三台磨煤机，后壁一台磨煤机。

在启动过程中，B磨投产后出现壁温偏差峰值，分别比较了B磨对壁温偏差的影响。在煤质1BCEF轧机的运行方式中，炉膛前壁面温度高，两侧温度低；ACEF轧机投产后，炉前壁温左低右高，壁温分布均匀性降低，偏差增大。

在煤质为1的条件下，5台磨煤机壁温分布均匀性优于4台磨煤机；abcdf磨煤机投入运行时，前壁右侧壁温明显高于左侧壁温，壁温偏差最大；abcef磨机投入运行时，壁温分布最均匀，偏差最小。在五台磨煤机的上述三种运行方式中，推荐使用Abcef。

对煤质2bcdf磨煤机的运行方式进行了两次平行试验，壁温分布一致；与BCEF相比，BCDF轧机在运行工况下的壁温偏差明显增大，前壁右侧出现两个峰值。四台磨煤机仍建议使用BCEF。

3.2.3变氧量试验

增加氧量后前墙左右两侧的壁温偏差增大。受运行安全限制，50%负荷时推荐送风机开度为20%。

3.2.4变外二次风旋流强度试验

煤质1下增大旋流强度后，前墙左右两侧的壁温分布更均匀；煤质2下降低旋流强度后，上炉膛整体壁温下降，但前墙左右两侧的壁温分布均匀性变差。整体而言，二次风旋流强度对壁温偏差影响不大，但增大旋流强度后，有利于前墙壁温左右两侧的均匀分布。

3.2.5变二次风配风方式试验

正塔配风方式下的上炉膛壁温偏差最大，倒塔与均等配风方式下的壁温偏差相当，推荐均等配风。整体而言，二次风配风方式对壁温分布及偏差影响很小。

4治理方案

降低磨煤机出口各粉管内煤粉量分配偏差的装置为煤粉分配器。煤粉分配器有扩散式分配器（煤粉分配偏差可控制到±25%～±30%），格栅式分配器（煤粉分配偏差可控制在±20%内）、双可调分配器（煤粉分配偏差可控制在±10%内，体积大，阻力800Pa）、紧凑型分配器（煤粉分配偏差可控制在±10%内，体积小，适合于机组狭小空间改造）等几种，在一次风速偏差控制在±5%前提下，煤粉量分配偏差可从±35%降低至±10%以内。本文推荐采用双可调煤粉分配器或紧凑型煤粉分配器。

某国产超超临界1000MW机组燃煤锅炉，采用前后墙对冲燃烧，受壁温超温的限制，主、再热汽温常在590℃以下，测试发现个别磨煤机出口粉管的煤粉量分配偏差高达±40%，增加煤粉分配器后，炉膛出口烟温偏差大幅下降，管壁不超温，主、再热汽温可在设计值605℃/603℃运行。

结论

磨煤机的运行方式对壁温分布的均匀性和偏差有很大的影响。BCEF推荐用于4个磨煤机，abcef推荐用于5个磨煤机。在启动过程中，煤粉分布偏差较大的磨煤机在启动过程中容易出现壁温偏差峰值。磨煤机低负荷运行方式是影响壁温分布和偏差的最大因素，煤粉分布偏差大是造成壁温偏差大的根本原因。但由于直流结构的不同、调峰深度大、负荷提升快、流动截面积大等原因，加剧了煤粉分布偏差对壁温偏差的影响。通过在磨煤机出口设置双可调煤粉分配器或紧凑式煤粉分配器，可将煤粉分配偏差控制在±10%以内，提高锅炉运行的安全性、经济性和深度调峰能力。

参考文献：

低垂直水冷壁后墙管屏和高温过热器壁温,建议将墙式燃尽风垂直摆角控制在水平位置。

参考文献

[1]刘泰生,沈凌,姚本荣,等.炉内旋流数对热偏差影响的理论和试验研究[J].热能动力工程,2020,18(4):356-360.

[2]赵晴川,吴晓武,陈力高,等.2102t/h超临界锅炉汽温偏差试验研究及分析[J].动力工程,2020,24(2):17-20.

[3]樊泉桂,樊晋元.超超临界锅炉的汽温偏差探析[J].锅炉技术,2019,41(2):1-4.