摘 要 ：主要分析了大型循环流化床锅炉，由于设计、运行存在不足，造成锅炉屏式过热器超温，致使锅炉运行不稳定，可靠性差。本文从流化床锅炉本身的特点出发进行了认真分析，并提出了改进防范措施。
关键词 ：循环流化床锅炉 超温 分析 措施
0 引言
运河发电有限公司两台SG?440/13.7?M562循环流化床锅炉，分别于2003年9月和2004年2月相继投产运行，由于我公司的两台循环流化床锅炉属于上海锅炉生产的首批循环流化床锅炉，属于典型的“三边”（边设计、边制造、边安装）产品，#3、4炉自投产以来，屏式过热器冷段和热段出口温度一直偏高，且减温水流量大大高于设计值，机组负荷在145MW时，冷段出口汽温高达475℃,比设计值高出55.3℃，在一级减温器减温水量达38.2t/h时，热段出口汽温高达524℃，比设计值高出38.1℃。通过查阅屏式过热器壁温测点曲线，发现同屏不同部位，不同屏之间温差较大，屏式过热器热段壁温最高点与最低点相差36℃左右。特别是当机组负荷低于80MW及机组启动过程中，超温现象更加严重，部分管子壁温已超出金属的极限使用温度，严重威胁着机组的安全稳定运行。＃3、4炉机组大修时，对锅炉屏式过热器高温段部分管子进行金相检查时，发现有球墨化现象。
1 循环流化床锅炉简介
1.1 主要设计参数
额 定 蒸 发 量:440t/h 过热器出口汽压:13.7MPa
过热器出口温度:540℃ 再热器进口汽压:3.82MPa
再热器出口汽压:3.62MPa 再热器进口温度:355℃
再热器出口温度:540℃ 给 水 温 度:245℃
1.2 锅炉整体布置
SG?440/13.7?M562循环流化床锅炉为超高压中间再热，单锅筒自然循环、循环流化床锅炉是上海锅炉厂有限公司在引进、吸收美国ALSTOM公司循环流化床锅炉技术的基础上，运用了ALSTOM公司验证过的先进技术和几十台超高压中间再热循环流化床锅炉设计、制造、运行的经验，进行本锅炉的全套设计。
SG?440/13.7?M562循环流化床锅炉主要由锅筒、悬吊式全膜式水冷壁炉膛、绝热式旋风分离器、U型返料回路以及后烟井对流受热面组成。炉膛上部布置4片水冷屏和16片屏式过热器，水冷屏对称布置在左右二侧，8片低温屏式过热器布置于炉膛右侧，管子规格为Φ45X4.5，材质为15CrMo，8片高温屏式过热器布置于炉膛左侧，管子规格为Φ45X5，材质为12Cr1MoV，在高、低温屏式过热器第2、7屏出口侧分别布置了10只壁温测点。炉膛与后烟井之间，布置有两台绝热钢板式旋风分离器。旋风分离器下部各布置一台非机械的“U”型回料器，回料器底部布置流化风帽，使物料流化返回炉膛。在后烟井包覆墙中间设置隔墙包覆过热器，将后烟井分隔成前后二个烟道，在前烟道内布置再热器，采用过热器悬吊管及吊架悬挂在炉顶钢架上；在后烟道内按烟气流向依次布置高温过热器和二级省煤器。过热器系统中，在高、低屏式过热器之间设置一级喷水减温器，在高温屏式过热器和高温过热器之间布置二级喷水减温器。蒸汽流程如下：从汽包出来的饱和蒸汽 → 左右侧墙包覆过热器→ 前墙包覆过热器 → 炉顶包覆过热器 → 后墙包覆过热器→ 隔墙、悬吊管过热器→ 低温屏式过热器→ 一级减温器 → 高温屏式过热器→ 二级减温器 → 高温过热器 → 主蒸汽出口。 在再热器二侧进口管道上均设有事故喷水装置，当汽机高压缸排汽温度大于设计值时，投入喷水装置，以保证再热器的安全运行。
锅炉采用两次配风，一次风从炉膛底部布风板、风帽进入炉膛，二次风从燃烧室锥体部分进入炉膛。锅炉共设有四个给煤点和四个石灰石给料口，均匀地布置在炉前。炉膛底部设有钢板式一次风室，悬挂在炉膛水冷壁下集箱上。本锅炉采用床上启动点火方式，床上共布置4支（左右侧墙各2）大功率的点火油枪。同时在炉膛燃烧室左右两侧各布置一台流化床风--水冷渣器。
本锅炉采用循环流化床燃烧方式。在880℃左右的床温下，燃料和空气，以及石灰石在炉膛密相区内混合，煤粒在流态化状况下进行燃烧并释放出热量，高温物料、烟气与水冷壁受热面进行热交换。石灰石煅烧生成CaO和CO
2，CaO与燃烧生成的SO
2反应生成CaSO
4，实现炉内脱硫。烟气携带大量的物料自下而上从炉膛上部的后墙出口切向进入两个旋风分离器，在旋风分离器中进行烟气和固体颗粒的分离，分离后洁净的烟气由分离器中心筒出来依次进入尾部烟道里的高温过热器（再热器）、省煤器和空气预热器，此时烟温降至140℃左右排出锅炉；被分离器捕集下来的固体颗粒通过立管，由“U”型回料器直接送回到炉膛，从而实现循环燃烧。底灰（大渣）通过布置在炉膛两侧的冷渣器冷却，温度降至150℃以下排出。
2 超温原因分析
（1）锅炉设计时，由于设计人员比较保守，蒸发受热面相对较少，炉内屏式过热器受热面较多，造成高、低温屏式过热器出口汽温偏高。
（2）锅炉设计时，没有充分考虑分离器出口混合室内悬吊管和隔墙管过热器的辐射吸热量，低温屏式过热器入口汽温高于设计值18℃左右，致使低温屏式过热器出口汽温高于设计值55.3℃。
（3）锅炉设计时，仅考虑了屏式过热器布置在炉内易于磨损的问题，仅在屏式过热器底部受热面敷设了耐磨耐火浇注料，未考虑消除屏式过热器不同部位的温差，造成个别部位超温。
（4）屏式过热器选材时，等级较低，金属材料的极限使用温度较低。
（5） 燃用煤种偏离设计煤种较大。
（6） 运行中风量配比偏差较大。
3 设备改造情况
（1）将屏式过热器冷、热段炉膛中间各一屏割除，以减少受热面,降低出口汽温，如图一。
（2）考虑到炉膛中间两屏过热器割除后,相邻两屏过热器对流、辐射换热加强，同时为了减小不同屏间屏过管子的热偏差，在高、低温屏式过热器出、入口底部增加不同面积的耐磨料，靠近炉堂中间各屏增加耐磨料的面积大于靠近炉膛两侧各屏的面积，如图二。
（3）为了减小同屏间管子的热偏差，在高、低温屏式过热器出口每屏前、后两侧各三根管子增加3米高耐磨料，如图二。
（4）屏式过热器冷热段入口加装温度测点。
高、低温屏式过热器各屏增加耐磨料高度（从炉中向外数）
|
|
第7屏 |
第6屏 |
第5屏 |
第4屏 |
第3屏 |
第2屏 |
第1屏 |
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A |
3000 |
2500 |
2000 |
1500 |
1000 |
500 |
0 |
（5）为了减少悬吊管和隔墙管处的辐射热，降低低温屏式过热器入口汽温，将分离器出口混合室内悬吊管和隔墙过热器管加装隔热护板，护板材料为1Cr18Ni9Ti。
4 运行采取的措施
（1）点火过程中，运行油枪应雾化着火良好，燃烧器风量适当；冲转并列时，调整回油门开度、调节ⅠⅡ级旁路，必要时，开启向空排汽门，维持主汽压力稳定，保证屏式过热器壁温不超温，必要时减少油枪投入数量。
（2）并列后初期升负荷，保持高压调门全开，使汽压、汽温、负荷按规程规定上升，宁慢勿快，监视屏式过热器壁温变化。
（3）初期投煤执行“脉动”给煤的规定，根据床温变化率、氧量变化，确已着火方可连续少量给煤，否则稳定电负荷提高床温后重新投煤。给煤量缓慢均匀增加，使汽压稳定升高，注意一二次风量的调整。避免可燃成分炉内积存燃烧，床温失去控制。
（4）根据汽温变化情况，及时投入、调整减温水，特别注意一级减温水的调整，保证高温屏式过热器出口汽温、壁温不超温。
（5）给煤稳定后，根据床温变化率，床温升至600℃以上，及时逐一切除油枪运行，注意停止大油枪对床温的影响。
（6）升负荷过程中，注意炉膛进、出口差压、炉膛上下床压、回料器压力的变化，合理调节一二次风比例，及时排渣置换床料，保证稀相区燃烧份额，控制床温及升负荷速度。
（7）低负荷时，一次风比例大，随床温升高，降低一次风比例，合理调节一二次风比例及二次风门开度，减小各层床温与分离器进出、口烟温差，减小两侧烟温差。
（8）防止过热器、再热器壁温超温，应烟气侧与蒸汽侧调整相结合，以烟气侧为主，调整减温水为辅。
（9）高负荷时，注意协调一、二级减温水比例，保证屏式过热器出口、再热器出口、过热器出口汽温、壁温在规定范围内。
（10）高负荷时，加强再热器、过热器吹灰。当发生保持汽温额定与壁温超温相矛盾时，优先保证过热器、再热器壁温不超温，尽可能提高汽温，并满足主、再热汽温差<27℃，主（再热）汽温A、B两侧之差<14℃的规定。
（11）当发现过热器壁温、再热器壁温接近上限、或超温时，加强责任心，及时调整；当调整无效，壁温超温与机组负荷相矛盾时，减小锅炉负荷。
（12）稳定运行工况下，主、再热汽温保持正常，不允许超过540℃的现象出现。减温水调整应缓慢均匀，避免汽温大幅度变化。
（13）当发生断堵煤恢复时，缓慢增加给煤量，控制床温、汽压缓慢稳定上升，并注意对汽温、壁温的监视。
（14）当发生高加解列等异常情况时，可适当减负荷，控制床温上升速度，防止汽温、壁温超温。
5 改造前、后参数对照
5.1 机组负荷在145MW时改造前后参数对照表
|
参数名称 |
单位 |
设计值 |
改造前 |
改造后 |
|
床温 |
℃ |
867 |
869 |
882 |
|
旋风分离器出口烟温 |
℃ |
897 |
901 |
913 |
|
排烟温度 |
℃ |
137.8 |
149.5 |
150.1 |
|
过热器一级减温水流量 |
t/h |
14.5 |
38.2 |
15.5 |
|
过热器二级减温水流量 |
t/h |
7.0 |
2.3 |
4.8 |
|
高温省煤器出口水温 |
℃ |
301.4 |
296.6 |
299.8 |
|
低温屏式过热器入口汽温 |
℃ |
352.8 |
370.8 |
356.3 |
|
低温屏式过热器出口汽温 |
℃ |
419.7 |
475 |
447.1 |
|
高温屏式过热器出口汽温 |
℃ |
485.9 |
524 |
498.3 |
|
低温屏式过热器最高点壁温 |
℃ |
478.9 |
526.6 |
481.7 |
|
低温屏式过热器最低点壁温 |
℃ |
|
490.1 |
470.9 |
|
高温屏式过热器最高点壁温 |
℃ |
541.1 |
569.1 |
533.8 |
|
高温屏式过热器最低点壁温 |
℃ |
|
533.1 |
524.1 |
5.2 机组负荷在80MW时改造前后参数对照表
|
参数名称 |
单位 |
设计值 |
改造前 |
改造后 |
|
床温 |
℃ |
749 |
731 |
746 |
|
旋风分离器出口烟温 |
℃ |
776.5 |
755 |
760 |
|
排烟温度 |
℃ |
118.3 |
129.6 |
130.2 |
|
过热器一级减温水流量 |
t/h |
7.5 |
21.5 |
8.2 |
|
过热器二级减温水流量 |
t/h |
2.9 |
2.1 |
1.1 |
|
高温省煤器出口水温 |
℃ |
282.5 |
281.1 |
283.1 |
|
低温屏式过热器入口汽温 |
℃ |
344.8 |
363.9 |
346.2 |
|
低温屏式过热器出口汽温 |
℃ |
427.6 |
511.2 |
465 |
|
高温屏式过热器出口汽温 |
℃ |
503 |
519.3 |
505 |
|
低温屏式过热器最高点壁温 |
℃ |
486.9 |
558.9 |
499.1 |
|
低温屏式过热器最低点壁温 |
℃ |
|
518.8 |
482.8 |
|
高温屏式过热器最高点壁温 |
℃ |
555.8 |
585.9 |
534.8 |
|
高温屏式过热器最低点壁温 |
℃ |
|
540.2 |
521.6 |
6 改造后的效果
机组负荷在145MW工况下，减温水总流量由40.5吨/小时，下降到20.2吨/小时；高温屏式过热器出口最高点壁温由569.1℃下降到533.8℃，偏差由36℃下降到11.7℃；低温屏式过热器出口汽温由475. ℃下降到447.1℃；省煤器出口水温略有上升；因割除两屏后，炉内吸热量略有减少，旋风分离器出口烟温略有上升，但排烟温度与改造前基本持平；改造后锅炉启动过程中，未发生屏过壁温超温现象。改造效果显著，达到了预期的目标，解决了循环流化床锅炉屏式过热器壁温超温问题，提高了机组的安全可靠性和经济性。
参考文献：
[1] 党黎军主编：《循环流化床锅炉启动调试与安全运行》中国电力出版社，2002年版。
[2] 芩可发、倪明江、骆仲泱、严建华、池涌、方梦祥、李询天、程乐鸣等编著《循环流化床锅炉理论设计与运行》中国电力出版社，1997年版。
[3] 李俊林、杨兴博等编著：《锅炉用钢及其焊接》，黑龙江科学技术出版社，1988年版。
[4] 李之光等编著：《锅炉安全基础》，哈尔滨工业大学出版，1980年版
[5] 笪鸿兴、胡建民等编著，山东电力集团公司出版《发电系统典型故障》
[6] 王秋兰、赵军、戴希海、孔繁旭编：电力工程专业英语（Electric Power English），山东科学技术出版社1998年版。
