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300MW电站锅炉低负荷再热蒸汽温度低原因分析及燃烧器改造研究

王礼鹏，王磊，秦淇，蓝晓村，姬亚

（中国大唐集团科学技术研究院有限公司华中分公司，河南省 郑州市 450000）

摘要：针对国内某300MW锅炉存在已久的低负荷再热蒸汽温度低问题，经摸底和燃烧调整试验确定了问题成因，提出了燃烧器优化设计改造方案，改造后优化调整试验结果表明：改造后机组低负荷再热蒸汽温度在CDE磨组合运行方式下能够稳定在531℃，比改造前燃烧调整后的平均温度512℃提高了19℃，ABC磨组合运行方式下同比提高37℃；改造后炉膛燃烧及结渣情况得到改善，机组NOx排放相比改造前有所降低。通过改造后燃烧调整试验为运行人员提供了机组低负荷运行优化调整指导卡片，改造后机组运行经济性和安全性得到明显提高。

关键词：锅炉；再热蒸汽温度；燃烧器改造；优化调整

0 引言

电力工业关乎国计民生，在整个国民经济中占据着十分重要的地位，2014年全国电力生产量达56495.8亿千瓦小时。近来虽然有1000MW大型燃煤机组陆续投入生产，但国内燃煤机组容量目前仍以300MW和600MW为主。为响应国家节能减排政策，国内300MW机组锅炉燃烧器大部分进行了低氮改造，但改造后普遍存在再热蒸汽温度低于设计值，尤其是低负荷时锅炉再热蒸汽温度低的问题。再热蒸汽温度低不仅影响到机组的经济性，而且会增加汽轮机的排汽湿度，长期运行会降低末级叶片的寿命，影响机组运行的安全性。

国内学者针对锅炉再热蒸汽温度低开展了大量研究，乔永生等[1]从运行控制和设备改进两个方面提出了防治措施；孟建国[2]通过减少分隔屏过热器受热面、增加省煤器受热面的方法研究了某600MW机组低负荷再热蒸汽温度偏低问题；王英坤等[3]提出了将冷段再热器入口由炉前侧改为炉后侧引入，以强化再热器换热来提高再热蒸汽温度;强君刚等[4]针对某300MW锅炉再热蒸汽温度低问题，通过热力计算，提出了敷设卫燃带治理方案；吴云辉[5]则系统分析了燃煤锅炉主、再热蒸汽温度偏低的影响因素，针对某125MW机组设计资料，通过各受热面热力计算提出了解决再热整我温度低问题的不同改造方案。虽然相关的专家和学者对于不同电厂具体出现的再热蒸汽温度偏低问题，都提出了自己的解决方案[6-9]，但是这些都是通过受热面面积改造或卫燃带敷设研究解决再热蒸汽温度偏低问题，通过燃烧器改造改善低负荷再热蒸汽温度偏低的试验研究并不多见。

本文针对国内某300MW亚临界压力自然循环汽包锅炉低氮燃烧器改造后一直存在的低负荷再热蒸汽温度低问题，通过热力计算及燃烧器配风改造，研究了该电厂锅炉低负荷再热蒸汽温度的提高方法，结合改造后燃烧调整试验进行了改造效果验证。

1 设备概况及原因分析

1)设备概况

国内某电厂锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的HG-1172/17.2-PM2型亚临界压力一次中间再热自然循环锅筒炉。锅炉采用四角切圆燃烧方式，配备有5台HP863碗式中速磨煤机，采用正压直吹式制粉系统。该炉的炉膛断面近似正方形，14048mm宽、14019mm深，炉膛高热负荷区域的水冷壁采用内螺纹管的膜式水冷壁，炉膛上部布置有墙式再热器、分隔屏过热器和后屏过热器；水平烟道中布置有屏式再热器、末级再热器、末级过热器和立式低温过热器；后烟道竖井布置有水平低温过热器和膜式省煤器，烟道竖井下部布置有两台空气预热器。过热器采用两级喷水减温，一级在分隔屏入口作为粗调，保护分隔屏过热器不超温；二级在后屏和高温过热器之间作为细调，保证主汽温度。再热器设计采用改变燃烧器喷口倾角来调节汽温，异常时利用再热器入口的事故喷水进行减温。

锅炉的主要设计参数如表1所示：

表1 锅炉主要设计参数

Table 1 Design parameters of the boiler

该炉炉膛四角布置了四组摆动式燃烧器。每组有八个喷嘴，其中五个煤粉喷嘴、三个油枪喷嘴；共十一层二次风喷口，其中布置有两层上燃尽风和一层下燃尽风。煤粉喷嘴内部布置有百叶窗式分离器，利于向火侧的着火与稳燃，防止背火侧区域的结焦，同时其喷口周围均布置有周界风，以冷却煤粉喷嘴。2012年进行了低NOx燃烧技术改造,主要包括在主燃烧器上方增加两层SOFA燃烧器;主燃烧器各层一次风（5层）、二次风标高及数量均不变，CCOFA二次风由原来的三层改为两层，最上层EE4风密封；炉膛减少部分卫燃带，避免结焦;一次风火嘴采用水平浓淡燃烧器，并配有周界二次风；B层燃烧器为带小油枪的燃烧器，没有百叶窗浓淡分离装置;一次风周界风小风门遮盖部分面积，增加风门调节特性。

2)原因分析

通过改造前燃烧调整试验，确定该炉低负荷再热蒸汽温度低的原因主要如下：

a）炉内热偏差无法消除

燃烧调整过程中由于炉内热偏差较大，在提高火焰中心高度、提高炉膛出口烟温时，分隔屏及高再出口壁温容易超限，分隔屏壁温容易超限点主要靠左侧及中部，而高再壁温容易超限点在中间偏右侧位置。试验中采用增大SOFA反切角度加强反切风动量距，不能消除高再出口汽温、壁温偏差；也曾采用增大反切风开度的方法提高反切风动量距，下两层反切SOFA开度增大到50％，同样无法消除壁温偏差。进一步增大下两层SOFA开度时，炉膛风箱压差降低至0.35kPa以下，易引起燃烧不稳。采用增、减某一角主燃区风量同样无法消除偏差。

b)水冷壁吸热量偏大，炉膛出口烟温偏低

低氮燃烧器改造后，过热器减温水量及各段烟温明显降低，表明对流吸热份额减小。

低氮燃烧器改造后虽然主燃区放热量减少，但主燃区二次风量减少，所以主燃区炉膛温度变化不大。然而改造后一方面二次风量降低，另一方面二次风喷口外壁与二次风箱间隙偏大，其间的漏风使二次风喷口风速降低，造成二次风动量减小，进而使二次风切圆直径增大，二次风区域燃烧更靠近水冷壁壁面，使水冷壁吸热量增加，降低了炉膛出口烟气温度，引起再热汽温降低。

2改造方案及改造效果

2.1 改造方案

通过摸底燃烧调整试验，基本确定了锅炉低负荷再热汽温低的原因，因受热面部分壁温容易超温的限制，仅通过运行调整难以使再热汽温低的问题得到有效缓解，需进行燃烧器优化改造才能解决，改造的主要方向为减弱炉膛的吸热和减小炉膛上部的烟气旋转残余。最终确定的优化改造方案如下：

1)对燃烧器上部EE2、EE3二次风进行可调水平摆角改造

拆除原EE2、EE3两层共8只二次风喷口，更换为新加工件，同时为其增设手动的水平切角摆动机构（原来的垂直摆动机构依旧），实现水平方向左、右20度范围内的摆动，原来垂直方向的摆动不受影响。实际运行中可将这两层二次风反切运行，消减主燃区旋转动量距，减小炉膛上部的烟气旋转残余。

2)SOFA喷口及主燃区二次风喷口局部封堵

对各层SOFA喷口及主燃区二次风喷口进行局部封堵（除本次已改造的EE2、EE3层及AA1层之外），减小二次风喷口总面积，提高二次风速及动量，增强二次风后期对一次风的卷吸控制能力，以达到提高运行稳定性、减轻或消除结渣、降低炉膛出口两侧烟温偏差及降低飞灰可燃物的目的。封堵方法为在喷口左、右侧筋板上焊接销钉，并布置耐火浇注料，封堵部分喷口面积。

改造前、后燃烧器设计参数如下：

表2 燃烧器改造前后相关设计参数

Table 2 Design parameters of the burner before and after reconstruction

a)二次风喷口封堵情况

b)新安装的EE2、EE3层喷口

图1 燃烧器改造照片

Fig.1  Photos of the reconstruction of the burner

2.2 改造效果

改造前进行了ABC和CDE两种磨运行方式的原始工况摸底及CDE磨运行时的燃烧调整试验，改造后同样是先进行摸底试验，再进行ABC和CDE两种磨的运行方式燃烧调整试验，各试验工况再热汽温等参数对比情况如表3所示：

表3 改造前后各试验工况参数对比

Table 3 Parameters comparison of the burner before and after reconstruction

a)两种磨组合下改造前后再热蒸汽温度对比             b) CDE磨组合方式下改造前后再热蒸汽温度对比

图2改造前后再热蒸汽温度对比

Fig.2  Reheat temperature comparison before and after burner reconstruction

由图3、图4可知，改造后通过调整优化，低负荷再热汽温相比改造前原始工况分别提高27℃（CDE磨运行）、36℃（ABC磨运行），相比改造前优化工况再热汽温平均提高19℃（CDE磨运行），表3可以看出改造后各工况相比改造前各工况SCR入口NOx有所降低，末再最高壁温相差不大。通过观察和运行人员反映，改造后炉膛结渣情况也有明显好转。

3 结论

本文针对某300MW燃煤机组存在已久的低负荷再热蒸汽温度偏低问题,经摸底调整试验确定问题主要原因、燃烧器优化设计改造、改造后优化调整试验，研究治理并初步改善了该问题，主要得出以下结论：

1）改造后通过调整优化，低负荷再热汽温相比改造前原始工况提高27℃（CDE磨运行）、36℃（ABC磨运行），相比改造前优化工况再热汽温平均提高19℃（CDE磨运行）。

2）优化后低负荷工况CDE磨组合运行方式下再热汽温能稳定在531℃左右，比额定温度540℃尚有9℃差距，为进一步解决该问题，建议进行卫燃带的核算敷设。

3）通过改造后燃烧调整试验总结，提供了机组低负荷运行优化调整指导卡片，建议在机组低负荷时按照推荐方式运行。

4）改造后优化工况SCR入口平均烟气NOx约在480～550mg/Nm3，不超600mg/Nm3，相比改造前工况有所降低，而末再最高壁温相差不大，运行中发现炉膛结渣情况也有明显好转。

参考文献

[1] 乔永生,薛长海,李永宁. 焦作电厂1号炉再热汽温低的原因及防治对策[J]. 电力情报,2001,04:17-19.

[2] 孟建国,曹建臣,严林博,李鸣扬,何伯述. 通过受热面改造解决再热汽温低问题[J]. 华北电力技术,2010,04:27-31.

[3] 王英坤,黄路顺,王成喜. 提高HG-670/140-YM14型锅炉再热汽温的措施[J]. 吉林电力技术,1995,02:26-29.

[4] 强君刚,马凯,李波. 300MW锅炉再热汽温低及卫燃带改造研究[J]. 锅炉制造,2013,06:1-4.

[5] 吴云辉. 125MW机组主蒸汽和再热蒸汽温度偏低分析和改造方案研究[M].东南大学,2002.

[6] 黄蔚雯,张宏. 合肥电厂4号锅炉再热器改造的技术方案[J]. 电力科学与工程,2004,04:68-70.

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