摘要：某电厂1050MW超超临界锅炉在深度调峰运行中易出现屏式过热器超温现象，屏过壁温超温最高达696℃，壁温超温威胁机组安全运行。本文介绍屏式过热器超温案例相似特征，探讨和分析屏式过热器壁温超温原因，结合机组运行操控经验，提出了1050MW超超临界锅炉深度调峰运行汽温调整注意事项和屏式过热器管壁超温控制方法。近2年的运行实践表明，机组深度调峰时锅炉低负荷状态运行良好，优化后的汽温调整和壁温控制方法效果显著，屏过壁温的最高值和波动幅度降低达20℃，该厂此后较严重屏过壁温超温事件未曾发生。

某电厂一期工程2×1000MW发电机组系国内首个提出“超低排放”概念、实施百万机组全负荷脱硝、煤电能效优化管理的科技应用项目，1号、2号机组分别于2015年9月14日、2015年12月14日投产，2018年12月前，该厂完成了两台机组增容改造，目前铭牌出力为2×1050MW。近几年，随着并网主体“两个细则”全面和规范实施，该厂1号、2号机组积极参与电源侧深度调峰，在此背景下，在电网负荷偏低的时间段，机组频繁在300MW~500MW低负荷区域运行，锅炉燃烧稳定性降低，

另外制粉系统搭配方式、煤粉细度调整、一次风风量调节都影响煤粉着火燃尽时间和炉膛火焰高度变化，若在低负荷工况下锅炉运行参数调控不当，易导致屏式过热器壁温偏差甚至管壁超温，严重超温事件会引发锅炉爆管事故。本文列举锅炉深度调峰运行时屏式过热器壁温超温典型案例，分析超温原因，探讨了深度调峰工况下汽温调整注意事项，提出了针对性的屏过壁温控制方法。

1 设备概况

1.1 锅炉概况

该厂一期工程选装DG3100/28.25-Ⅱ1型超超临界参数变压直流炉，由东方锅炉有限公司设计制造，一次中间再热，单炉膛Ⅱ型通流布置，前后墙喷燃器对冲燃烧，固态排渣，全钢构架，全悬吊结构，平衡通风，露天布置。B-MCR状态下，过热蒸汽流量3098.98t/h,过热器出口蒸汽压力28.25MPa,过热器出口蒸汽温度605℃。

该锅炉设计煤种为晋北烟煤，制粉系统采用HP1203/Dyn型中速磨煤机冷一次风机直吹式制粉系统，每台锅炉配置6台磨煤机，5台投运，1台备用，煤粉细度为R₉₀=18%~20%。锅炉点火为高能电火花微油(# 0轻柴油)直接点燃煤粉，运行方式为带基本负荷并参与调峰。

锅炉燃烧器采用前后墙对冲方式的OPCC新型低NOX旋流燃烧器，总共有48只旋流煤粉燃烧器分三层布置在前、后墙上，每台磨煤机带一层燃烧器。为了降低NOx排放和提高尽效效果，在煤粉燃烧器的上方各布置二层OFA燃尽风口。

过热器系统采用二级喷水减温方式调节过热蒸汽温度，减温水取自省煤器出口下降管，经流量测量装置和调节阀后，分别提供给位于低温过热器出口集箱与屏式过热器进口集箱连接管上第一级减温器和位于屏式过热器与末级过热器进口集箱连接管上第二级减温器，通过调节减温水流量，维持过热蒸汽出口温度的额定值。

1.2 屏式过热器结构

屏式过热器位于炉膛煤粉喷燃器喷口上方，折焰角前部位，区域烟温在1000-1300℃之间烟气流速超过6m/s，故屏式过热器既吸收炉膛火焰的辐射热，又吸收烟气快速流动过程携带的对流热量，是“三管一壁”中吸热效率最高的锅炉受热面部件。

该电厂1号、2号锅炉屏式过热器沿着炉膛深度方向纵列布置，共19屏，每屏又分炉前和炉后2排，各按进口管组和出口管组并联穿越炉膛顶棚至大罩内的进、出口集箱上，每一屏的炉前管排和炉后管排各由22根管束绕成U型回路，形成了2排×19屏×22根的前屏过热器整组结构。为提高耐热性能，每屏管排最高烟温区段的外三圈采用HR3C材料，其余内圈采用SUPER304H材料。屏过进口段管子规格φ51×8mm,出口段管子规格φ51×11.5mm,进出口段管子和屏过进出、口集箱短管现场安装焊接，用来承载屏式过热器管屏运行或水压试验时的最大载重量，再由集箱吊杆将屏式过热器管屏和集箱的全部承重传至大板梁上，屏式过热器管屏的结构、规格和材质见图1所示。

图1 屏式过热器管屏结构

为了监视屏式过热器壁温情况，在炉顶大罩内标高为72630mm处的屏式过热器出口管段，安装有屏式过热器壁温热电偶测点，共238个，这些测点位于2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、13、14、15、17、18、19屏从锅炉前往后数第1、11、16、21、22、23、24、29、34、44根管子上和第11、16屏管屏全部管子上，上述测点基本覆盖了烟温走廊、典型材质和代表性管段壁温监测区域。

2 屏式过热器超温及原因分析

2.1 屏式过热器超温情况

查阅厂家锅炉运行说明书，过、再热器系统各级受热面出口受热面壁温的高报警值，在锅炉主蒸汽出口的不同压力下具有不同的高报警值，各级受热面出口受热面壁温高报警值和压力存在对应曲线关系。

该电厂锅炉运行规程规定，屏式过热器出口壁温报警温度为600~649℃，监视温度上限值为650℃。

屏式过热器系统一般壁温超温：壁温达报警值，但不超过材料监视温度上限，且单次超温时间15分钟＜t ≤ 30分钟。

屏式过热系统较严重壁温超温：壁温超过报警温度上限，但不超过材料监视温度上限，且单次超温时间30分钟＜t ≤ 60 分钟。

屏式过热系统严重壁温超温：壁温达报警值，但不超过材料监视温度上限，且单次超温时间t>60分钟，或屏式过热器系统壁温超过材料监视温度上限温度值。

该电厂1号、2号炉深度调峰运行工况下，屏过严重超温案例见表1，屏过超温次数统计见图2。

表1 1号、2号炉屏过严重超温案例

结合超温时机、负荷情况和锅炉运行参数调节过程，分析屏式过热器壁温超温案例有以下相似特征。

图2  1号、2号炉屏过超温统计

(1)管壁超温基本上都出现在深度调峰的低负荷阶段，尤其是负荷波动较大的时候，如高负荷快速减至低负荷过程，或者低负荷快速加负荷过程。深度调峰运行机组负荷和屏过壁温变化典型的趋势见图3。

图3 深度调峰降负荷屏过壁温变化趋势图

如图3所示，机组处于稳定运行状态，接指令有功功率从1000MW高负荷连续降至400MW，进入深度调峰区域过程中，1号锅炉屏过壁温从570℃在30min内快速上升至640℃。

(2)超温往往伴随着屏过左、右侧壁温大幅度偏差。

(3)管壁温度偏差在同一负荷段因磨组投运存在不同的规律，左、右侧均有可能、而且超温的突发性很强，壁温左右两侧的偏差一旦出现，在数分钟之内偏差即可上升至100℃，对运行调节造成很大困难。

2.2 原因分析

(1)锅炉设计结构影响。1050MW超超临界机组炉膛深宽度比结构限制，在低负荷烟气量较少时，沿炉膛宽度方向，流受热面的烟气量分配不均，进而产生较大热力偏差，同时，烟气流速下降致使水平烟道底部积灰，由于烟气偏差积灰厚度不同，炉室方向烟气阻力不等，加剧烟气分配不均，促使屏式过热器左右侧管壁温度进一步扩大，继而出现屏过管壁超温。

(2)设备缺陷因素。磨煤机热一次风门隔离不严，为维持磨煤机出口温度在规定范围内，被迫加大冷一次风量，致使一、二次风配比失调，一次风流速过大，炉膛火焰中心上移，由于燃烧器出口风粉配比不均，造成屏式过热器管的屏间吸热不均，致使炉膛沿宽度分布的热负荷出现较大偏差。

(3)运行方式调整不当。机组从高负荷减至深度调峰时保留的磨煤机组合不当，如前端或下层的磨煤机停运过多，或为了控制锅炉NOx排放，没有及时调整OFA风门，均易引起炉膛烟温分布不均。

(4)机组协调控制运行方式导致超温。机组在自动发电控制模式下(AGC,Automatic Generation Control),通常升负荷率设定值为12MW/min,在该速率下机组加负荷时煤量的控制先动作，而给水的跟踪比较滞后，在此模式下屏过更易超温。另外，在深度调峰过程中，由于当前普遍存在的低负荷AGC控制能力不足的现象，锅炉水煤比极易失调，从而造成管壁温度超限。

3 解决措施

3.1深度调峰下汽温调整注意事项

(1)在低负荷调节炉膛总风量时，应注意偏置不宜过低，防止总风量过低。

(2)调节给水偏置时，保持一定的过热度，并且保持低过和屏过有一定的温升。

(3)在调整磨煤机风门开度时，需避免两侧烟温差加剧引发超温。

(4)低负荷时，特别是500MW以下的深度调峰时，一、二级减温水自动调节效果差，减温水的调节对中间点过热度影响较大，中间点过热度的晃动则直接导致煤量跟随晃动，煤量的大幅晃动对汽温和壁温的影响较大，必要时，可将减温水、水煤比等短时撤至手动缓慢调节。

3.2 屏过壁温控制方法

(1)对锅炉进行燃烧调整试验。调平磨煤机一次风流速，控制磨煤机煤粉细度在合理范围内，标定各台磨煤机一、二次风量，避免因风量测量不准对燃烧调整造成干扰，使燃烧器出口风粉混合物分配的更加均匀，有效改善热负荷沿炉膛宽度分布偏差大和屏式过热器各屏间管壁吸热不均匀现象。

(2)优化配煤方式。深度调峰工况下通过不同的磨煤机组合，寻找合理的制粉系统运行方式，在维持炉内燃烧工况稳定前提下，可较好预防屏过管壁超温现象，通过增加下层运行磨煤机煤量等办法降低炉膛火焰中心位置，增加炉膛吸热，调低屏过吸热量从而降低壁温。

(3)优化配风方式。在炉膛配风方面，视锅炉汽温和NOx排放情况调整燃烬风，开大上层备用燃烧器二次风档板，压低火焰中心，如低过、低再温升可控，屏过温度高的情况下，适当增加总风量，减少低过对流部分吸热，起到降低屏过进口汽温作用，降低屏过壁温。

(4)关注锅炉中间点过热度。在深度调峰工况下，锅炉运行在干湿态转变状态，负荷晃动、给水流量等变化将直接影响中间点过热度，进而影响汽温。当发现屏过壁温上升时，手动增加给水流量偏置，短时改变水煤比，降低中间点过热度，开大过热器一级减温水调阀，降低屏过进口汽温。如中间点过热度趋于0℃,而低过温升近100℃,炉膛辐射吸热总体占比偏小，通过烟气挡板往低再侧开大减少低过温升，降低屏过进口蒸汽温度响。

(5)适当提高主汽压力设定值。主汽压力和蒸汽流速成正比，压力越高蒸汽流速越快，水冷壁吸热量也会因主汽压力高而提升，从而降低了屏过吸热量，促使壁温降低。

(6)及时投运吹灰器。受热面结焦会对锅炉的左、右两侧热传导产生影响，良好的吹灰效果既能提高受热面导热效果，更能降低壁温左、右侧偏差。出现屏过壁温频繁升高情形，应进行水冷壁、高过和高再受热面吹灰，减少尾部烟道吸热，降低低过温升。

(7)优化机组控制方式。调整给水跟踪给煤的响应速率，在深度调峰阶段，将中间点温度设低，AGC的负荷率调整为9MW/min，以提高给水跟踪给煤变化的响应速度。

4 结论

1)统计和分析了超超临界锅炉屏式过热器壁温超温案例，燃煤发电机组在深度调峰工况下更易发生屏式过热器壁温超温事件。

2)由于炉膛深宽度比结构原因，流经炉膛宽度方向的烟气量不均，因热力偏差致使屏过壁温出现左右偏差导致壁温超限，通过燃烧调整试验和运行优化控制等手段可有效降低和避免屏过壁温超温现象。深度调峰工况AGC模式下运行，更应重视指令负荷急变时，机组负荷和主机各参数调节的跟随性，避免屏式过热器壁温超温事件发生。

3)遵照深度调峰下汽温调整注意事项和采取前述屏过超温控制方法，应用于集控运行操作和技术管理实践，该厂锅炉屏式过热器壁温预防和控制效果明显，深度调峰工况下屏式过热器管壁超温现象有效改善，壁温最高值和波动幅度降低达20℃,统计显示，近2年来，较严重屏过壁温超温事件未曾发生。

作者：周翊航

作者单位：浙江浙能台州第二发电有限责任公司

来源 公众号“工业锅炉技术”

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