某660 MW鍋爐低溫過熱器和后屏過熱器長期高幅值超溫分析及治理_

2023年12月27日發(作者：寒塘)

第2期（總第227期）山西電力No.

2

(Ser.227)Apr.

20212021年4月SHANXI

ELECTRIC

POWER某660

MW鍋爐低溫過熱器和后屏過熱器長期

高幅值超溫分析及治理邵興恩1,李前宇2,祝艷平1（1.岱海發電有限責任公司，內蒙古床城013750;

2.北京京能電力股份有限公司，北京100124）摘要：某鍋爐進行了低氮燃燒器、節能減排綜合升級改造，使鍋爐運行工況偏離設計值較大，

引起低溫過熱器、后屏過熱器等受熱面管壁嚴重超溫。通過對超溫點、超溫時間統計分析，提

出了整改措施。關鍵詞：受熱面；壁溫；邏輯；氧量；風量中圖分類號：TK223.3

文獻標志碼：B

文章編號：1671-0320（2021）02-0060-050引言

某660

MW發電機組，鍋爐為亞臨界、控制循

環、一次中間再熱汽包爐、直流燃燒器四角布置、切

也帶來一些問題，尤其是存在鍋爐低過和后屏長期高幅值超溫問題，影響了發電機組的合理運行,進

行治理勢在必行。向燃燒、正壓直吹式制粉系統，屏式過熱器（以下簡

1問題的提出鍋爐低氮燃燒器改造后低溫過熱器（以下簡稱

“低過”）和后屏過熱器（以下簡稱“后屏”）出現長期

稱“屏過”）布置在爐膛出口處,末級過熱器（以下簡

稱“末過”）布置在爐膛折焰角上方，末級再熱器（以

下簡稱“末再”）位于水平煙道入口處。鍋爐設計煤

種為準格爾煙煤。2011年1月投入商業運營,2013

高幅值超溫現象。低過超溫往往發生在中低負荷,

特別是煤質較差時，后屏超溫往往發生在升負荷階

年進行低氮燃燒器改造,2018年進行節能減排綜

合升級改造，機組容量由600

MW增至660

MW,鍋

爐的供汽參數由16.67

MPa/541七/539七提升至

段,特別是煤質熱值較高時。以2019年7月為例

［自動發電控制自動校準AGC

AUTO-R（auto

gen-16.97

MPa/571七/569

°C0

2013年低氮燃燒器改造、

eration

control

auto

regulated）模式］，管壁超溫時間

2018節能減排綜合升級改造后，雖然660

MW發電

機組的其他性能有所提高，節能減排效果明顯，但及幅度統計如表1所示。表1各受熱面管壁超溫時間及幅度統計表位置低過時間滄幅度比180

038100118

71832收稿日期:2020-11-07,修回日期:2021-01-05作者簡介:邵興恩（1983）,男，山東泰安人,2007年畢業于華北電力

大學熱能與動力工程專業，工程師,從事火電廠運行管理

和技術研究工作；分隔屏536后屏末過屏式再熱器08

9580李前宇（1981）,男，江蘇宿遷人,2005年畢業于清華大學

熱能工程系動力工程與工程熱物理專業，碩士，高級工程

師，從事動力工程及工程熱物理方面的研究和電廠技術

管虹作；210末再0低氮燃燒器改造時在現有燃燒器上部7.0

m

位置以上加裝7層燃燼風，使燃燒器區域風量大幅

祝艷平（1971）,男，內蒙古赤峰人,2011年畢業于華北電

力大學熱能與動力工程專業，工程師，從事電站鍋爐運行

管理工作。降低,燃燒強度相應減弱,整個火焰被拉長至標高?

60

?

2021年4月邵興恩，等:某660

MW鍋爐低溫過熱器和后屏過熱器長期高幅值超溫分析及治理43

m處燃燼風區域，造成水冷壁輻射吸熱量減少，

屏式輻射受熱面及尾部對流受熱面吸熱量增加。利

2故障問題分析及措施2.1低過超溫分析2.1.1低過超溫概迷用軟件工具建立基于熱力學第一定律的穩態受熱

面能量流模型，應用模型對330

MW時各受熱面吸

熱量進行計算分析,繪制的各受熱面能流比例分布

低過布置于后煙井內，共分3組水平蛇形管，每

組為127排。每排蛇形管由6根并聯管圈套彎，管子

如圖］所示。下部及中部管組材質全部為SA-210C,上部管組材

質為15CrMoG、SA-210C,垂直段材質為15CrMoGo

低溫過熱器壁溫測點布置在垂直出口段每排第6號

管子出口，橫向第32.64.96排的第1~6號管，報警

溫度466尤。圖2、圖3為某時刻低過壁溫分布圖。由圖2、圖3可看出，各負荷段低過管壁溫度測

點69-73均為易超溫點,對應第64排的第1~5號

管，位于尾部煙道中間部位。煙道中間部位管屏自清

圖1

330

MW時受熱面能流比例分布圖潔能力強,受熱面不易積灰,爐膛中部煙氣流速較爐

壁附近高，因爐膛四周布滿水冷壁，靠近爐膛中部的

煙氣溫度遠比爐壁的煙氣溫度高，布置在爐壁的輻

射式過熱器或再熱器沿寬度的吸熱不均勻度可達

由圖1可看出,330

MW工況時水冷壁吸熱量偏

離設計值較大，降幅達一半以上，導致沿煙氣流程后

續受熱面吸熱比例均有不同程度的增加，特別是屏

過吸熱量增加60%以上，導致減溫水量大幅增加。30%~40%P】。進入煙道后的煙氣溫度場和速度場仍保

1

7

13

19

25

31

37 43

49

55

61

67

73

79

85

91

97

103

109

115

121

127

133

139測點編號圖2

300

MW時低過壁溫沿爐膛寬度分布圖1

7 13

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139測點編號圖3

600

MW時低過壁溫沿爐膛寬度分布圏?

61

?

山西電力2021年第2期持中部煙溫高和煙氣流速大的分布狀況。第64排管壁明顯比相鄰屏管壁溫高，突升現

象說明除了存在煙氣側熱偏差外，蒸汽側也存在較

大流量偏差,同時考慮煙氣走廊的影響。低過為對流受熱面，煙氣量大時吸熱加強，燃

用低熱值煤時，風量進一步偏大。低負荷時減小總

風量可減少低過受熱面的吸熱，但低負荷時鳳量過

低，二次風門關至下限仍無法維持爐膛差壓，通過

優化二次風門控制曲線,實現了低負荷降低爐膛總

機組負荷的高低引起蒸汽流量變化較大，低負

荷時流量偏低，熱偏差更加明顯，鍋爐燃燒的輕微

風量的目的。2.2后屏超溫分析2.2.1后屏超溫概述變化即可導致受熱面局部管壁明顯超溫。2.1.2

低過超溫治理第64排管束同屏各管圈間壁溫偏差不大，不

宜采用將部分管圈短路的方案。因超溫管排較少，

其余管排壁溫裕量較大，可考慮將易超溫的第64

排管束更換為高一級別材料,也可進行外壁隔熱涂

后屏布置在爐膛上部，屬于以吸收輻射熱為主

的半輻射受熱面。沿爐寬方向設置28排后屏受熱

面,每排由20根管子并聯套彎組成，受熱面管材為

12CrlMoVGxSA213-T91

和

SA213-TP347HFG

SB。

層防護或調整節流圈。該單一管排增加隔熱涂層后

對整體受熱面影響不大，但調整節流圈需要經過嚴

壁溫測點布置在每排第2和第20號管子出口，橫向

第7、15、22排的第1~20號管，報警值為596兀。圖

密的計算論證?？紤]到鍋爐用高級別金屬材料價格

已顯著降低，故采取將低過第64排管材材質由

4、圖5為某時刻后屏壁溫分布圖。隨鍋爐負荷增加,輻射過熱器中工質的流量和

鍋爐的燃料量按比例增大，但爐內火焰溫度的升高

15CrMoG、SA-210C全部更換為12CrlMoV,并將焊

口進行特殊處理，使該管屏報警溫度提升至496不太多，爐內輻射熱量并不按比例增加國，輻射熱的圖4 300MW時后屏壁溫沿爐膛寬度分布圖?

62

-

2021年4月邵興恩，等:某660

MW鍋爐低溫過熱器和后屏過熱器長期高幅值超溫分析及治理份額相對下降，輻射式過熱器中蒸汽的焙增減少,

出口溫度下降，管壁溫度也隨之降低。整體看低負

荷時壁溫比高負荷時高。低負荷時左、右側壁溫基

本平衡,高負荷時右側壁溫普遍比左側高,這是由

煙氣殘余旋轉引起的叫受熱面聯箱間的汽流都是

采用三通引入、引出，在三通附近的集箱中，由于存

在渦流，對集箱中的靜壓分布和支管入口阻力系數

產生影響，使此處管屏的流量減少,屏間熱偏差增

大叫壁溫分布存在3個低谷區和4個高峰區,4個

高峰位于三通附近的渦流區，3個低谷是因為進、

出口聯箱采用垂直三通結構，正對三通的管子，蒸

汽流量明顯增加，導致壁溫突降。三通效應加大了

管屏間的水動力偏差，加劇了沿爐膛寬度方向壁溫

分布的不均勻性。通過歷史曲線發現后屏管壁超溫主要發生在

升負荷階段，特別是當負荷大幅上漲同時夾雜磨煤

機啟動等因素時。下面為某次升負荷時汽壁溫等參

數變化過程。12：50,AGC指令由300

MW開始上漲，風量、

煤量同步上升，爐膛氧量由6%緩慢下降，各二次風

門均為自動狀態。13:03,F制粉系統通風暖磨，右側后屏出口汽

溫由522七開始上升。13:05,負荷460

MW,氧量4.2%,啟動F磨煤

機，右側過熱器一級減溫水調門手動全開。13:08,F磨煤機啟動后,爐膛氧量快速下降至

1.9%,爐膛缺氧燃燒，右側后屏出口汽溫上升至

585七,后屏壁溫上升至634

超溫幅度達38

°CO由于鍋爐高溫受熱面管材工作溫度設計幾乎

接近材料的許用極限溫度，長期超溫將加速管道內

壁氧化皮的生成和脫落，引起傳熱惡化或管道阻塞

而爆管肌根據拉爾森-米列爾近似方程估算，超溫

幅度越大，金屬壽命呈指數降低的越快問。蒸汽溫度

超限對于管壁的危害遠大于煙氣側的影響卩勺。

2.2.2后屏過熱器超溫治理熱工邏輯中鍋爐總風量跟蹤總煤量，受風機動

葉、燃燒器二次風門調節的遲滯影響，以及升降負

荷時二次風箱與爐膛差壓的變化引起的存儲作用，

導致風量“跟蹤”存在一定的滯后性。因鍋爐未設置

煤質熱值自動校正邏輯，燃燒低熱值煤時氧量偏

大,燃燒高熱值煤時氧量偏小,最終通過爐膛出口

氧量自動修正爐膛總風量，但快速變負荷時氧量的

反應有較長時間的滯后性,導致煤質較好工況時升

負荷階段發生爐膛嚴重缺氧，煤質較差工況時降負

荷階段爐膛差壓無法滿足。磨煤機啟動通風階段，大量煤粉送入爐膛，而

這部分煤粉未計入總煤量,導致總風量未進行相應

調整;一次風壓跟蹤單臺磨最大煤量,快速升負荷

時，受一次風壓、一次風量上升的影響,給煤機給煤

量與磨煤機出煤量不匹配;新啟動磨煤機運行初期

由于一次風壓大，一次風量大，磨煤機出煤量大于

給煤機給煤量。諸多因素導致升負荷伴隨啟磨階段

氧量快速降低，燃料不能在燃燼區完全燃燒，甚至

在受熱面處發生再燃燒,使爐膛火焰中心上移。鑒于當前電力緊張和嚴峻的電煤供求關系，

AGC

AUTO-R方式負荷變動頻繁，通過人為超前

調整風量和減溫水量不現實，需要對負荷變動階段

的風量、煤量調節進行自動邏輯優化。邏輯優化主

要為以下3方面,一是風量超前調節；二是投入熱

值校正回路自動;三是磨煤機啟動前后對燃料主控

進行修正。鍋爐總煤量隨負荷指令變化，而負荷指令由

AGC指令經一定速率計算得到，因此AGC指令變

化要超前煤量一定時間，可以利用這一時間段使風

量超前煤量動作。運用這一思路將AGC指令與負

荷指令的差值經一定運算后疊加到總風量指令上，

并作一定的邏輯限制。同時，修改總風量曲線,將高負荷段總風煤比

由7.3增加到&0,加大煤量增加時對應的風量增

量，后期通過氧量自動回路將負荷穩定階段的總風

量拉回至正常值。熱值校正系數閔用于適應各種復雜工況下煤質

變化的需要，取前1

h蒸汽焙增均值自動地校正燃

煤發熱量，與邏輯設計煤質發熱量做對比,輸出值

作用于燃料主控去控制煤量和風量。在單位燃煤發

熱量變化的情況下，改變燃料主控變化速率及幅

度，增加調節的準確性，使控制策略適應快速、大幅

度變負荷的需要，使協調控制系統同一調節參數對

不同煤質的適應性增強，最終減小燃料熱值變化所

引起的主汽壓力、主汽溫度波動。利用模型預測控制MPC(model

predictive

cont-

ol)技術對磨煤機啟動階段總燃料量進行負偏置優

化，得出不同磨煤機啟動階段對應優化曲線，對磨

煤機通風及啟動初期總煤量進行短時間一定量干

?63?

山西電力2021年第2期預。由曲線可以看出，工況改變初期偏置影響較大,

控制的同時，對低過、屏式再熱器壁溫的治理也起

到了積極作用；同時,間接提高了負荷響應速率。目

后期隨著主汽壓力回路對燃料量的修正作用，偏置

量加速歸零。前，受煤質多變影響,受熱面管壁超溫問題并沒有

得到徹底解決,后屏及屏式再熱器超溫現象仍時有

3效果分析在不經過較大技術改造的情況下，利用機組臨

發生。下一步將進行磨煤機動態分離器改造及變負

荷階段煤粉細度的優化控制，以實現鍋爐“四管”的

修機會對低過受熱面上部管組第64排6根管圈全

部進行更換;投入燃料熱值校正回路自動;對爐膛

總風量邏輯進行優化;對分離燃燼風SOFA

(par-本質安全。參考文獻：[1]容鑾恩，袁鎮福,劉志敏，等.電站鍋爐原理[M].北京：中國電力

出版社，1997：

154-15&⑵周強泰.鍋爐原理[M].北京:中國電力出版社,2013：

over

fire

air)風門邏輯進行優化，增加氧量低

于2%時SOFA的1、2、3風門脈沖關小15%,氧量

大于2.5%時脈沖釋放邏輯；利用MPC技術對磨煤

[3]

周月桂，徐通模,惠世恩.四角切向燃燒鍋爐水平煙道煙溫偏差

形成機理的研究[J].動力工程,2001,21(5):21-26.機啟動階段燃料主控進行優化;吹灰方式優化等一

系列措施使受熱面壁溫超限情況得到明顯改善。優

[4]

羅永浩，楊世銘,王孟浩.T型進口三通對分配集箱流量分配的

影響[J].動力工程,1998(3)：

29-33,78.化后1個月周期內(AGC

AUTO-R模式)，管壁超

溫時間及幅度得到明顯改善。[5]

黃興德，周新雅,游詰,等.超(超)臨界鍋爐高溫受熱面蒸汽氧

化皮的生長與剝落特性[J].動力工程,2009(6):602-60&4結束語通過采取有針對性地換管，不僅提高了低溫過

[6]

王捷.電站鍋爐高溫受熱面壽命在線監測技術的研究與應用

[D].北京:華北電力大學,2008:63.[7]

邊彩霞，周克毅,朱正林，等.蒸汽側氧化膜對鍋爐T91鋼管蠕

變斷裂壽命的影響[J].動力工程學報,2013(8)：

659-664.熱器的整體安全性,而且避免了盲目換管或選用高

一級材質帶來的成本大幅增加。通過邏輯優化，使

[8]

康科偉,施子福,李培,等.660

MW鍋爐超低負荷段燃燒優化

試驗研究[J].浙江電力,2018,37(5):51-55.升負荷及磨煤機啟動階段因缺氧燃燒造成的火焰

中心瞬時升高現象明顯減弱，使后屏壁溫得到有效

[9]

接建鵬，辛力堅,武文華,等.利用煤質熱值校正對協調控制系

統優化的研究[J].內蒙古石油化工,2011(24)

：

is

and

Treatment

of

Long-term

High

Amplitude

Overtemperature

of

Low

-

temperature

and

Rear-plate

Superheaters

of

a

660

MW

Boiler

SHAO

Xingen1,

LI

Qianyu2,

ZHU

Yanping1(1.

Daihai

Power

Generation

Co.,Ltd.,Liangcheng,Inner

Mongolia

013750,China;2.

Beijing

Jingneng

Power

Co.,

Ltd.,

Beijing

100124,

China)Abstract:

A

boiler

has

undergone

comprehensive

upgrading,

including

low

-nitrogen

burner

rectification,

energy -saving

and

emission

reduction,

causing

the

results

that

the

boiler

operating

condition

deviates

greatly

from

the

designed

value

and

vere

overtemperature

of

the

heating

surface

wall

of

the

low

-temperature

and

rear-plate

superheaters

and

so

on.

Bad

on

a statistical

analysis

of

overtemperature

point

and

overtemperature

time,

rectification

measures

are

put

words：

heating

surface;

wall

temperature;

logic;

oxygen;

air

volume?

64

?