超超臨界機組等離子點火啟動汽溫控制

 我國是以煤為主要燃料的國家，為了提高燃料的利用效率，國內新建的大型燃煤發(fā)電機組均采用了超臨界、超超臨界技術，機組循環(huán)效率大大提高。在鍋爐點火技術方面，新建機組絕大多數(shù)都采用了等離子或小油槍點火技術，燃油的消耗量也大大降低，很多采用等離子點火技術的燃煤機組在基建調試期間還實現(xiàn)了燃油的零消耗。但是，根據(jù)以往超超臨界機組經驗，在整套啟動期間，采用等離子點火燃煤啟動時，過熱蒸汽和再熱蒸汽超溫現(xiàn)象普遍存在，具體現(xiàn)象如下：
①過熱蒸汽和再熱蒸汽超溫，甚至發(fā)生再熱蒸汽出口溫度難以控制，汽溫超過主汽溫度的現(xiàn)象。
②為了控制汽溫，減溫水過調，造成減溫水出口溫度低于該壓力下的飽和溫度。
1 危害分析
以上不良現(xiàn)象的危害是很大的。過熱蒸汽和再熱蒸汽溫度失控、減溫水過調會造成：沖轉參數(shù)偏離汽機設計冷態(tài)沖轉參數(shù)，危及汽機的運行安全，甚至引發(fā)鍋爐爆管。
從2000年等離子煤粉點火技術首次在一臺50MW機組上應用成功至今，已有幾百臺機組先后采用了等離子點火技術，其中許多機組在啟動過程中，發(fā)生過過熱蒸汽和再熱蒸汽超溫現(xiàn)象，甚至引發(fā)鍋爐爆管，造成了不小的損失，部分機組至今還沒有解決此類問題。
2 原因分析
要分析以上不良現(xiàn)象發(fā)生的原因，得從等離子點火技術入手：
傳統(tǒng)的煤粉鍋爐點火方式是將煤粉噴入爐膛后被相鄰的油槍火焰點燃，點火期間需要消耗大量的燃油。等離子點火技術是煤粉燃燒領域中的新技術，可利用高溫等離子體在燃燒器內部直接點燃煤粉，替代點火所需的燃油。
如圖1所示，等離子燃燒器后端彎頭裝有等離子發(fā)生器，該發(fā)生器在一定介質氣壓的條件下接觸引弧，并在強磁場控制下獲得穩(wěn)定功率的定向流動空氣等離子體。產生的等離子體溫度可達4000K以上，并通過輸送裝置送到煤粉燃燒器的中心位置。鍋爐一次風中的煤粉進入燃燒器中心位置后與高溫等離子體相遇，煤粉顆粒會迅速破裂并釋放出揮發(fā)物，然后開始猛烈的燃燒。當幾乎所有的煤粉在燃燒器內部被點燃并形成穩(wěn)定的火焰之后，再進入爐膛繼續(xù)燃燒。
根據(jù)上述原理，煤粉點火過程將不再需要油槍等額外的點火源，利用等離子點火裝置即可實現(xiàn)鍋爐的點火啟動和穩(wěn)燃。
但是，由于目前的超超臨界鍋爐是按以前燃油啟動的工況設計的，采用等離子點火后，爐內燃燒工況和溫度場分布較以前發(fā)生了很大的變化，改變了煙氣和蒸汽的傳熱特性。加之鍋爐在進入干態(tài)運行前，直流鍋爐主要表現(xiàn)為汽包鍋爐的運行特性。
主要表現(xiàn)在：
①鍋爐的輻射和對流傳熱比例發(fā)生變化，輻射傳熱減少，對流傳熱增多。
②燃燒系統(tǒng)對流煙氣量增加，溫度偏高。
③采用等離子點火啟動初期，燃燒效率差，蒸汽系統(tǒng)流量偏小，溫度偏高。
這樣，在啟動過程中就會發(fā)生引言中所提不良現(xiàn)象：用盡各種手段降低再熱器溫度，但再熱器出口溫度變化很小，造成再熱器溫度失控。主要原因還是受熱面蒸汽量太小所至，按照傳熱學特性再熱器出口溫度只與高溫再熱器的進口溫度有關。
另外，同樣由于受熱面蒸汽量太小，啟動過程中，稍微增加減溫水量，減溫器后溫度即降至該壓力下的飽和溫度，造成減溫水作用失效。
3 對策
通過以上分析，我們可以得知，要解決上述問題，需要提高啟動階段鍋爐燃燒效率，增加蒸汽量?？刹扇〉木唧w措施有：
①盡量減少風煙總量，以增加爐膛輻射熱。
②調整燃燒器配風，增加爐膛的燃盡率。減少一次風速（18～20m/s），增加對應層（特別是燃料風檔板層）和上層二次風門擋板開度。一方面一次風可盡快著火，另一方面又能在爐膛充分燃燒。
③盡量提高一次風和二次風的溫度，提前一次風的著火點，增加爐膛的燃燒率。
降低分離器出口壓力，二方面的作用：一、降低分離器出口壓力，以降低水冷壁出口溫度，從而有效降增加爐膛的熱量吸收，降低爐膛出口溫度，對降低再熱器出口溫度起積極作用；二、降低分離器出口壓力，以增加鍋爐蒸發(fā)量，從而降低各級受熱面溫度，但要與汽機的沖轉參數(shù)匹配。
④適當增加鍋爐的燃料量，減少給水量，增加鍋爐的蒸發(fā)量比例，降低各級汽溫。
⑤提高給水溫度，二方面的手段：一、增加除氧器的輔汽加熱量；二、啟動階段，在水質合格的條件下，盡量回收啟動分離器的疏水；三、適當減少給水流量，但要注意不能影響水動力安全。
⑥在汽機沖轉參數(shù)允許的條件下，盡量開大高壓旁路，以增加鍋爐受熱面的通流量，降低各級受熱面的溫度。
⑦降低鍋爐爐膛燃燒器擺動噴嘴的角度（等離子斷弧后），有效降低再熱器出口溫度。
⑧適當控制減溫水，調節(jié)各級蒸汽溫度，但必須注意避免減溫水過調，保持蒸汽的過熱度。
⑨整體協(xié)調上，盡量減少鍋爐旁爐運行的時間，盡快進行機組沖轉和并網，提高鍋爐的負荷，避開蒸汽的高溫區(qū)。
4 實踐應用
以上對策是我們在多臺超超臨界機組的調試過程中，逐步摸索出來的，并通過了實踐檢驗，例如：在安徽某電廠一期工程2×600MW機組采用的國產超臨界燃煤鍋爐是由上海鍋爐廠有限公司制造的單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式，平衡通風、固態(tài)排渣、露天布置、燃煤、全鋼構架、全懸吊結構п型超臨界參數(shù)變壓運行螺旋管圈直流鍋爐。在A磨出口粉管上分別裝了四臺等離子點火器，鍋爐點火直接用等離子進行點火，油槍作為備用。在#1機組的初期調試過程中，過熱器和再熱器汽溫難以控制，出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，甚至導致過熱器和再熱器數(shù)次爆管；而在#1機組后期調試和#2機組的調試過程中，由于采用以上措施則成功的避免了此類事故的再次發(fā)生，#2機組甚至創(chuàng)造了調試階段零MFT的佳績。
另外，在此后的600MW、1000MW機組的調試過程中這些措施均收到了良好的效果。
5 結論
事實證明，此間所列措施如果加以應用，可以將超超臨界機組等離子點火啟動階段的汽溫控制在合理范圍內，從而有效避免超溫等不良現(xiàn)象的發(fā)生，對于機組的安全性、穩(wěn)定性有積極的作用。