摘 要：我廠#1機組配備600 MW四角切圓煤粉鍋爐。該鍋爐自運行以來一直存在非滿負荷下過熱汽超溫（表現(xiàn)為過熱器減溫水過量）和再熱蒸汽欠溫的問題，這兩個問題對鍋爐的安全和經(jīng)濟運行造成了不利影響，迫切需要采取治理改造措施。本文首先討論了過熱器減溫水過量和二次汽欠溫的危害，接著分析了可能造這兩個問題的原因，隨后對不同的改造方案進行了對比，最后發(fā)現(xiàn)將分隔屏截短2 m的方案相對較好，并結(jié)合實際工程結(jié)構(gòu)最終將分隔屏截短了1.9 m。經(jīng)過工程改造實施后，這兩個問題得到了完滿解決，所采用的截屏方案對其他存在類似問題的大容量鍋爐改造具有很好的參考意義。

關(guān)鍵詞：減溫水 二次汽 分隔屏 鍋爐

中圖分類號：TK227 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（b）-0039-03

電力工業(yè)是國民經(jīng)濟最主要的能源產(chǎn)業(yè)，也是我國國民經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。至2008年底，全國發(fā)電裝機容量達79，253萬千瓦，同比增長10.34%。2008年全國發(fā)電量增長5.18%，用電量增長5.23%，當年共新增發(fā)電裝機容量9，051萬千瓦。國內(nèi)燃煤電站的主力機組容量多為300 MW、600 MW，近來已有容量為1000 MW的燃煤機組投產(chǎn)，所配鍋爐也趨于大型化[1]。我國鍋爐設備的生產(chǎn)盡管在容量和參數(shù)發(fā)展上保持較高水平，但是，從基礎(chǔ)研究、產(chǎn)品開發(fā)、設計、制造、運行到整個技術(shù)管理體系，和先進發(fā)達國家相比較，尚存在較大的差距。特別在600 MW機組的鍋爐生產(chǎn)上還不是很成熟，因此現(xiàn)在國內(nèi)運行的600 MW機組的鍋爐大部分為國外引進[2]。國產(chǎn)引進型300 MW機組和600 MW機組，在經(jīng)濟性、可靠性、可調(diào)性、環(huán)保等方面，比20世紀80年代投產(chǎn)的國產(chǎn)機組又較大改善，但與設計指標相比仍存在著差距。在我國，新建機組鍋爐在調(diào)試過程中往往不對設備進行細致的優(yōu)化調(diào)整，雖然設備能夠連續(xù)穩(wěn)定運行，但鍋爐很難處于最佳運行狀態(tài)，所以在之后的試生產(chǎn)期都需要進行優(yōu)化調(diào)整[3，4]。由于我國現(xiàn)在投運的機組其經(jīng)濟性指標比起國外先進機組還有很大差距，因此，除了對經(jīng)濟性差的老機組進行淘汰和改進外，加強對在役鍋爐的優(yōu)化設計研究等工作也是一種改變落后狀態(tài)行之有效的方法[5]。

1 減溫水過量和二次汽欠溫的危害

1.1 減溫水過量的危害

噴水減溫器又稱混合式減溫器，其原理是將減溫水通過噴嘴霧化后直接噴入過熱蒸汽中，使其霧化，吸熱蒸發(fā)，達到降低蒸汽溫度的目的。噴水減溫器結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)幅度大，慣性小，調(diào)節(jié)靈敏，有利于自動調(diào)節(jié)，因此，在現(xiàn)代大型鍋爐中得到廣泛地應用。這種減溫器的減溫水直接與蒸汽接觸，因而對水質(zhì)要求高。由于噴水減溫方法只能降溫而不能升溫，因此，采用噴水減溫器調(diào)節(jié)汽溫時，過熱設計吸熱量應略大些。以保證在額定負荷下能達到設計汽溫并能通過減溫水調(diào)節(jié)汽溫。這樣，在高負荷時用減溫器來降低高出額定值部分的汽溫以維持汽溫的額定值。噴水減溫主要用于過熱汽溫的調(diào)節(jié)，在鍋爐的額定負荷設計計算中選用適量的過熱汽減溫水量非常重要，減溫水量過大需增加大量受熱面，提高鍋爐生產(chǎn)成本；減溫水量過小，在煤種等外界因素波動下或負荷降低等情況下引起汽溫偏低，過熱汽溫可調(diào)性差。對于再熱蒸汽，由于噴入再熱蒸汽后會使汽輪機中低壓缸蒸汽流量增加，因而中低壓缸的做功量增加，這樣在機組負荷一定時勢必會減少高壓蒸汽做功，降低機組的循環(huán)熱效率。同時，由于減溫水和過熱器內(nèi)蒸汽溫度差距較大，因而混合過程所造成的不可逆損失會較大，從而也造成了鍋爐效率的降低。計算結(jié)果表明再熱蒸汽中噴入1%的減溫水，循環(huán)熱效率下降0.1%～0.2%。因此，在再熱汽溫的調(diào)節(jié)中，噴水減溫只是作為煙氣側(cè)調(diào)溫的輔助手段和事故噴水用[7]。

1.2 二次汽欠溫的危害

鍋爐機組之所以要增加再熱器，主要目的是為了提高汽輪機內(nèi)蒸汽的干度，以提高汽輪機運行的安全性和內(nèi)效率。但是，如果再熱器出口溫度存在明顯欠溫，則會對機組造成兩方面危害。一個是由于降低了平均溫差，從而使得汽輪機的效率下降，不利于電廠的經(jīng)濟性。另一個是由于溫度降低，根據(jù)郎肯循環(huán)可知，汽輪機內(nèi)蒸汽的干度會下降，這一方面降低了汽輪機的壽命。另一方面也降低了汽輪機的內(nèi)效率。于機組安全性和經(jīng)濟性都有危害。

2 減溫水過量和二次汽欠溫的原因分析

過熱器一、二級減溫水過量的原因是多方面的綜合影響造成的[8，9]。噴射減溫水是為了保證末級過熱器出口溫度維持在541 ℃左右。如果過熱系統(tǒng)受熱面吸熱量相對偏多，則會造成減溫水量偏多。二次汽欠溫的原因正好相反，是因為再熱器吸熱量相對偏少所致。不論是減溫水過量還是二次汽欠溫，都和鍋爐內(nèi)部蒸汽溫度的影響因素和調(diào)節(jié)有一定關(guān)系。

2.1 蒸汽溫度的影響因素

影響汽溫的因素很多，而且這些因素還可能同時發(fā)生影響。下面分別介紹：（1）鍋爐負荷，現(xiàn)代大型鍋爐的過熱器和再熱器系統(tǒng)一般具有對流汽溫特性。即鍋爐負荷升高（或下降），汽溫也隨之上升（或降低）。（2）過量空氣系數(shù)，過量空氣系數(shù)增大時，燃燒生成的煙氣量增多，煙氣流速增大，對流傳熱加強，導致過熱汽溫升高。（3）給水溫度，給水溫度降低，產(chǎn)生一定蒸汽量所需的燃料量增加，燃燒產(chǎn)物的容積也隨之增加，同時爐膛出口煙溫升高，所以，過熱汽溫將升高。在電廠運行中，高壓加熱器的投停會使給水溫度有很大的變化，因而會使過熱汽溫發(fā)生顯著的變化。（4）受熱面的污染情況，爐膛受熱面的結(jié)渣或表面積灰會使爐內(nèi)輻射傳熱量減少，過熱區(qū)域的煙氣溫度提高，因而使過熱汽溫上升。反之，過熱器本身的結(jié)渣或積灰將導致汽溫下降[10]。（5）飽和蒸汽用汽量，當鍋爐采用飽和蒸汽作為吹灰等用途時，用汽量增多將使過熱汽溫升高。鍋爐的排污量對汽溫也有影響，但因排污水的焓值降低，故影響不大。（6）燃燒器的運行方式，擺動式燃燒器的噴嘴向上傾斜，會因火焰中心提高而使過熱汽溫升高。但是對流受熱面距爐膛越遠，噴嘴傾角對其吸熱量和出口溫度的影響就越小。對于沿爐膛高度具有多排燃燒器的鍋爐，運行中不同標高的燃燒器組的投運，也會影響過熱蒸汽的溫度。（7）燃料的種類和成分，當燃煤鍋爐改為燃油時，由于爐膛輻射熱的份額增大，過熱汽溫將下降。在煤粉鍋爐中，煤粉變粗，水分增大或灰粉增加，都會使過熱汽溫有所提高。

2.2 蒸汽溫度的調(diào)節(jié)

維持穩(wěn)定的汽溫是保證機組安全和經(jīng)濟運行所必需的。汽溫過高會使金屬許用應力下降，影響機組的安全運行；汽溫降低則會影響機組的循環(huán)熱效率。運行中一般規(guī)定汽溫偏離額定值的波動不能超過-10 ℃～+5 ℃。汽溫的調(diào)解就是要在一定的負荷范圍內(nèi)保持額定的蒸汽溫度，以修正運行因素對汽溫波動的影響[11]。蒸汽溫度調(diào)節(jié)方法主要分為蒸汽側(cè)調(diào)節(jié)和煙氣側(cè)調(diào)節(jié)兩類。（1）蒸汽側(cè)調(diào)節(jié)汽溫，是指通過改變蒸汽的熱焓來調(diào)節(jié)汽溫。其方法包括表面式減溫器、噴水減溫器和汽-汽熱交換器等，前兩種方法主要用于調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度，后一種方法用于調(diào)節(jié)再熱汽溫。減溫器在過熱器系統(tǒng)中的布置遵循兩個原則，一是保證調(diào)溫的靈敏性；二是保護過熱器不超溫。當減溫器布置于系統(tǒng)出口端時，調(diào)節(jié)的靈敏度高，但在減溫前的汽溫超過了正常值，其受熱面的金屬溫度高，安全性較差；若布置于系統(tǒng)的入口端，過熱器金屬溫度較低，但調(diào)節(jié)汽溫的惰性大，時滯長。因此，現(xiàn)代鍋爐的減溫器都布置在過熱器系統(tǒng)的中間位置。高壓和超高壓鍋爐的過熱器，一般采用兩級噴水減溫器，第一級減溫器布置在屏式過熱器前，噴水量稍大于總噴水量的1/2，作為整個過熱器溫度的粗調(diào)，同時也起到保護屏式過熱器的作用；第二級減溫器放置在末級過熱之前，作為出口汽溫的細調(diào)，作為出口汽溫的細調(diào)。亞臨界、超臨界壓力鍋爐的過熱器，常采用三級噴水減溫器。例如DG—1000/170—I型鍋爐過熱器的減溫器分別布置于前屏、后屏、高溫對流過熱器的入口，既起到保護這三級過熱器的作用，又能保證汽溫調(diào)節(jié)的靈敏度。（2）煙氣側(cè)調(diào)節(jié)汽溫，是通過改變鍋爐內(nèi)輻射受熱面和對流受熱面的吸熱量分配比例的方法或改變流經(jīng)過熱器的煙氣量的方法來實現(xiàn)汽溫的調(diào)節(jié)的，且主要用來調(diào)節(jié)再熱汽溫。在用煙氣側(cè)調(diào)溫方法調(diào)節(jié)再熱汽溫時，由于這些方法同時作用于再熱器和過熱器，因此在設計時，一般根據(jù)再熱器的要求確定煙氣調(diào)溫的變量，過熱器則再用噴水進行調(diào)整。煙氣側(cè)的調(diào)溫方法主要有調(diào)節(jié)燃燒器的傾角、采用煙氣再循環(huán)、調(diào)節(jié)煙氣擋板等。在現(xiàn)代許多大型鍋爐中，為了增加溫度幅度，往往是多種調(diào)溫方式結(jié)合使用。比如將分隔屏煙道與煙氣再循環(huán)或擺動燃燒器結(jié)合使用來實現(xiàn)再熱汽溫的調(diào)節(jié)。此時，一般是先用擺動式燃燒器調(diào)節(jié)，再用煙氣擋板調(diào)節(jié)，在保證再熱汽溫達到額定值后，再熱噴水減溫來保證過熱汽溫也達到額定值[12]。

3 改造方案提出

在改造初期，我廠試圖通過調(diào)整燃燒器擺角來重構(gòu)爐內(nèi)的流體動力場以達到降低減溫水量和提高再熱器出口溫度的目的，但是調(diào)整后效果并不明顯。針對上述問題，哈三電廠采取的改造方案是：將省煤器面積減少2536 m2，同時將末級再熱器面積增加585 m2；北侖電廠采取的主要方案是：（1）燃燒器改造。（2）墻式再熱器入口聯(lián)箱到前墻輻射再熱器出口聯(lián)箱加裝旁路管。（3）后屏再熱器加長3050 mm，面積約增加890 m2，等等[13]。這些改造方案對解決某電廠二次汽欠溫問題具有一定的借鑒意義，在初期改造設想中也對類似的改造方案進行了校核熱力計算，發(fā)現(xiàn)如果減少省煤器的受熱面積，如哈三電廠所采取的方案，會導致鍋爐蒸汽產(chǎn)量下降，進而會導致鍋爐出力不足；如果增加再熱器受熱面，如北侖電廠采用的改造方案，會降低尾部煙道的煙溫，使省煤器吸熱減少，從而降低鍋爐的蒸汽產(chǎn)量，同時還有使再熱器超溫的風險，如北侖電廠在改造后就出現(xiàn)了再熱器超溫的問題。

實際上，#1鍋爐內(nèi)既布置有輻射過熱器，又布置有對流過熱器。因而要降低過熱器減溫水，就應該降低輻射過熱器或?qū)α鬟^熱器的吸熱量，或者增加過熱系統(tǒng)內(nèi)部的工質(zhì)流量。要降低輻射過熱器的吸熱量，就需要減少輻射過熱器的受熱面積。要降低對流過熱器的吸熱量，可以減少對流受熱面的受熱面積或者降低爐膛出口煙氣溫度。但是如果降低爐膛出口煙氣溫度，會進一步增加以對流換熱為主的再熱器欠溫程度，因此不可取。如果降低對流受熱面面積，則會增加鍋爐排煙溫度，降低鍋爐效率，因此亦不可取。通過爐內(nèi)空氣動力學工況的重構(gòu)、降低煤粉細度、增加水冷壁區(qū)域的熱負荷（提高給水溫度增加水冷壁的蒸發(fā)出力）等手段增加過熱系統(tǒng)蒸汽流量，也會降低再熱器吸熱量，因此也不宜采用。所以只能采用減小輻射過熱器面積的手段來減小過熱器將溫水量。于是我們想到了將分隔屏截短的方案。截短分隔屏，可以減少輻射過熱器的受熱面積，從而降低過熱系統(tǒng)減溫水量。同時，爐膛出口的煙氣溫度也會有所升高，這樣會增加布置在爐膛出口的屏式再熱器的吸熱量，從而解決二次汽欠溫的問題。

4 實際改造效果

為了比較改造前后的鍋爐運行狀況變化，采集了600 MW、450 MW以及300 MW負荷工況改造前后運行期間的鍋爐表盤參數(shù)，由于鍋爐改造之后投入運行時間較短，沒有采集到300 MW負荷工況的穩(wěn)定運行數(shù)據(jù)，以325 MW負荷工況下的運行數(shù)據(jù)加以修正后進行計算。

4.1 改造的安全性

實施改造后，鍋爐在各負荷下運行正常，運行期間沒有出現(xiàn)安全隱患，因此可以認為改造是安全的。

4.2 改造對主蒸汽溫度的影響

4.3 改造對再熱蒸汽汽溫度的影響

4.4 改造對左右側(cè)汽溫偏差的影響

4.5 改造對排煙溫度的影響

綜合改造前后不同負荷穩(wěn)定工況的排煙溫度統(tǒng)計值，改造后使排煙溫度上升約3.1 ℃。由于排煙溫度的上升，會抵消一部分再熱汽溫提高給運行經(jīng)濟性帶來的好處。因此進一步的改造方案應該考慮在保證省煤器出口工質(zhì)欠焓不致過低，即保證水動力循環(huán)安全的情況下，適當減少低溫過熱器、適當增加省煤器的受熱面積，以降低排煙溫度，進一步提升鍋爐的整體經(jīng)濟性[17]。

5 結(jié)語

本文就我廠1#爐出現(xiàn)的過熱器減溫水過量和再熱器欠溫問題的原因和解決方案進行了探討。首先分析了問題的危害，即會影響到機組的安全和經(jīng)濟運行；隨后從蒸汽溫度的影響因素和汽溫調(diào)節(jié)方式上分析了問題的產(chǎn)生原因，即鍋爐內(nèi)受熱面吸熱量分配不合理，過熱器吸熱量偏多而再熱器偏少；最后結(jié)合鍋爐受熱面布置的具體情況提出了問題的解決方案，即采用截屏的改造方案，并在借鑒之前改造效果和他廠改造方案及改造效果的基礎(chǔ)上，經(jīng)過一系列熱力計算和數(shù)值模擬后，提出了將分隔屏截短2 m。實際改造中考慮到施工的方便，將分隔屏截短了1.9 m。改造后，鍋爐非滿負荷下二次汽溫度達到了設計值541 ℃，過熱器減溫水量也較改造前降低了30 t/h左右。但是，改造后鍋爐排煙溫度有所上升，在一定程度上抵消了再熱汽溫升高和過熱減溫水降低所帶來的經(jīng)濟性。因此需要采用進一步的改造方案，適當增加尾部豎井的省煤器受熱面面積，以進一步提升鍋爐的經(jīng)濟性。

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