国产600 MW 机组锅炉设计的改进及其燃烧特性分析
吴锦江 ，杨建兴 ，朱信钊 ，沈小兵 ，李乃钊!
(1．广东国华粤电台山发电有限公司，广东台山529228；2．广东省电力试验研究所，广东广州510600)
摘要：以台山发电厂第一期工程2×6()()Mw 国产机组锅炉为例，阐述了该型锅炉设计的改进及其燃烧特性，对其改进设计后投产初期的运行情况及存在问题进行了详细的分析，最后提出了该型锅炉优化燃烧的有益建议。
关键词：锅炉；优化燃烧；神华煤
中图分类号：TK227．1 文献标识码：B
Design amelioration and combustion characteristic analysis on
domestic 600 M W unit boilers
WU Jin-jiang ，YANG Jian-xing’，ZHU Xin—zhao ，SHEN Xiao-bing ，LI Nai—zhao!
(1．Guangdong Guohua Yudean Taishan Power Generation Co，Ltd．，Taishan，Guangdong 529228，China；2．Guangdong
Power Test& Research Institute，Guangzhou 5 1 0600,China)
Abstract：Taking the two 600 MW domestic unit boilers in Phase 1 of Taishan Power Plant for example，this paper describes
the design amelioration and combustion characteristics of the bo ilers，detailedly analyzes the ope ration and existing problems
of the ameliorated Unit 1 bo iler right after commissioning，and finally makes suggestions on combustion optimization of the
bo ilers．
Key words：bo iler；amelioration；combustion optimization
广东国华粤电台山发电厂第一期工程首2台
600 Mw 国产机组，是上海锅炉厂引进ABB．CE技术制造的SG．2026／17．5．M905型锅炉，它是在总结上海吴泾第二发电厂2台亚临界、一次中间再热、平衡通风、控制循环燃煤汽包炉的设计、制造和运行的基础上，按创优、创名牌的要求进行设计改进和制造的，其中1号机组于2003年12月9日提前顺利通过168 h满负荷试运后投产。
1 锅炉设备简况
1．1 主要参数
锅炉各项主要参数见表1。锅炉顶标高73 000mm，宽度19 558 mm，深度16 940．5 mm，深宽比为1：1．154。
表1锅炉各项主要参数

1．2 燃烧器及制粉系统
锅炉采用正压直吹式制粉系统，燃烧器四角布置，切向燃烧，燃烧方式为“对冲同心正反切布置”，四组燃烧器的中心线近乎对冲，假想切圆直径近于0，以控制锅炉出口的左右烟温偏差。锅炉共配置6台HP一983中速磨煤机，分别接至四角燃烧器(自上而下共六层)，间隔布置七层二次风喷嘴，顶部为OFA燃尽加消旋二次风。燃烧器采用摆动结构，除oFA层单独摆动外，其余喷嘴连在一起成为摆动系统。
设计的一次风风速为24 m／s，风率为19．8％ ，风温为77 ℃ ；二次风速为54 m／s， 风率为80．2％ ，风温为321℃ ；空气预热器出口烟温为132℃ ，二次风燃烧器阻力为1．10 kPa，过量空气系数为1．2，锅炉燃料消耗量为230．90 t／h。炉膛断面热负荷为4 679．51 kW／m：，炉膛体积热负荷为87．63 kW／m 。炉膛局部最大热负荷标高在33．36 m，最大值为1 574．4×10 kJ／(h·m!)，最大平均热负荷标高在38．49 m，吸热修正后的热负荷为74()．8×10 kJ／(h·m!)，而最上层燃烧器中心线标高为34 780 mm。
投产前，对锅炉进行了冷态空气动力场试验，完成了一次风速测平、标定、二次风挡板特性试验和水平烟道风速分布测量，试验结果符合设计要求，最大不均匀系数为0．11。炉内无贴壁风，强、弱风区界面清晰，强风环居中，电除尘烟气流量偏差较小，总体达到了设计性能要求。
1．3 锅炉燃煤特性
锅炉设计燃用tO0％神华煤(神华活鸡兔矿2号煤)，低位发热量为24 280 kJ／kg，全水分(质量分数)为14．2％，空气干燥基水分(质量分数)为8．64％ ，收到基灰分(质量分数)为6．48％ ，干燥无灰基挥发分(质量分数)为32．93％ 。哈氏可磨系数为61。煤灰开始变形温度为1 120℃ ，开始软化温度为1 200℃ ，开始熔化温度为1 230℃ 。
煤中CaO的质量分数为26．97％ ，Fe O{的质量分数为14．89％。为便于分析，计算出设计煤种和校核煤种的一些比较参数，见表2。
通过对表2各项特性指标的分析可知，神华煤煤种具有以下特性：属高发热量、中高挥发性、低灰分、低硫分、中高水分煤。煤种的结渣性、沾污性较强，传热特性较差。煤种的着火、燃烧稳定性及燃尽特性较好，但煤种易自燃，爆炸特性较强，煤种的磨损性较轻。
表2 设计煤种与校核煤种的比较参数

2 锅炉改进设计及其特点分析
为提高锅炉的可靠性和可用率，在总结上海吴泾第二发电厂2台600 Mw 已投产机组的基础上，对台山电厂的首2台600 Mw 机组锅炉的设计进行了一些改进，具体可归纳成以下几方面：
a)根据设计煤种，在同类型机组设计和运行经验的基础上，并根据煤质和灰分分析资料，确定了适当的炉膛几何尺寸、容积，特别是炉膛容积热负荷、炉膛有效投影辐射受热面热负荷、炉膛断面热负荷、燃烧器区炉壁面积热负荷、炉膛出口烟气温度、后屏底烟气温度等，以防止炉膛结渣，并保证着火稳定和燃尽。
b)为防止热负荷局部集中和防结焦，炉膛断面结构尺寸选择较大。最上层燃烧器中心至分隔屏底的距离达到20 130 mm，使受热管屏底部的热负荷有所降低，并控制炉膛出口烟温在1 032℃ 以下(第一期后3台机组改进设计中，炉膛出口温度控制在1 000℃ 以下)，这对防止管壁超温和降低排烟温度有利。锅炉厂设计方认为此距离已足够大，如采用过大的屏底高度和过低的炉膛出口烟温会导
致汽温偏低、汽温特性变差。
c)合理选用优质管材，特别在设计末级过热器、末级再热器等受热面时，选择了足够的安全裕，防止超温爆管和高温氧化，并在高温区域增加了T91耐热钢材料的使用比例，部分管材使用TP347H不锈钢。
d)汽水系统中采用多次混合和改进结构，减小了热偏差，在壁温计算时，考虑各种热偏差因素。采用合适的炉膛宽深比，燃烧器大切角布置，改善射流出口两侧补气条件，防止气流贴壁，形成良好的空气动力场，使出口温度场较均匀，保证炉膛出口两侧的烟温差不超过5()℃ 。
e)炉膛断面积选择合适，保证上层燃烧器至屏底之间有足够的距离，使烟气在炉膛出口前有足够的行程来减弱旋流强度。在炉膛出口设置分隔屏及后屏，减弱烟气的残余旋转动量，减小炉膛出口的左右烟气偏差和汽温偏差，使煤粉颗粒在炉内有足够的停留时间。
f)采取一次风对冲、二次风同心正反切的燃烧方式。通过模化试验，确定燃烧器上部的oFA层、顶部AB层喷嘴分别反切25 和2()。，下部DE层起转二次风正切15。。合理配置正反切风的动量矩比，以减弱炉内气流的残余旋转强度，有效地控制转向室两侧的烟温偏差和避免结渣。
g)配置性能良好的燃烧器二次风门执行机构和风门挡板，实现每一层二次风和周界风四角均匀，保证炉内具有良好的速度场，使旋转动量均匀。
h)根据上海吴泾第二发电厂机组锅炉燃烧情况，同时考虑神华煤易燃、易结焦特性，对受热面管屏布置和吹灰布置等做了进一步的调整。
3 1号锅炉投产初期燃烧工况分析
2003年12月2日，1号锅炉开始整机满负荷试运行，顺利通过了168 h试运行，并连续稳定运行至今。到目前为止，均燃用100％神华煤，6台磨煤机均为同一煤种。根据负荷、主蒸汽、再热蒸汽参数和炉膛参数等自动控制调整煤量和风量，单磨出力、通风量变化、煤粉细度(R )等经调整、测试均达到设计要求。从投产初期的情况看，锅炉主要参数能达到正常的设计指标，机组在168h满负荷试运期间，机组平均负荷为604．418Mw，负荷率为100．736％ ，热工电气仪表、保护系统、自动控制系统投入率100％ 。分析近期运行工况，在完全不投减温水的情况下，锅炉左右两侧的主蒸汽温度偏差和再热蒸汽温度偏差不大于15℃ ；在投入减温水后，锅炉左右两侧汽温的温差能控制到()～3℃之内，一次汽温、二次汽温偏差可控制在0～2℃之内，这些说明锅炉设计的改进是取得成效的。但是， 目前该锅炉也存在几个问题：
主汽温度偏低(在分隔屏人口汽温达到设计温度395℃时，后屏过热器出口蒸汽温度经常达不到设计的出口汽温515℃ ，导致主蒸汽温度偏低，波动范围为525～54()℃ ，全面吹灰时可降至520℃左右，甚至更低)；尾部排烟温度高于设计值(与上海吴泾发电厂机组投产期相近)；分隔屏处有较明显的结焦；再热器需投入的减温水量较大等不利情况。具体表现如下。
3．1 炉内结焦情况
透过锅炉不同标高各层的看火孔，对炉内结焦情况进行观察。在52 Ill层观察到炉前分隔屏式过热器(6大屏)粘有两层焦渣(最内圈绕底管处挂焦较大)，2～5屏的结焦比1屏、6屏多，结焦程度属于中等并趋于严重。在46 Ill和42 m层，可隐约看到水冷壁和壁式再热器管表面有一层薄灰；因火焰亮度高，在36 ill层看不清水冷壁的情况；32 m层、29层和26 ill层分别是A-B煤层、C_D煤层和E—F煤层，可观察到投煤层的着火情况，着火稳定，无发现结焦。在A-B层2号角看火孔门有焦块，但比较疏松，很容易除掉。后屏过热器的管与管间隙上可见有夹焦；底部斜坡水冷壁前后坡无堆焦，从投运至今，此处尚未发生过堵焦。炉膛折焰角上也未见有堆焦，经停炉检查后，发现有局部积灰严重的现象。
3．2 炉内燃烧情况
炉内火焰亮度较高，特别是在燃烧器上部至屏底区域，炉内火焰呈亮黄色。分隔屏观焦孔能见度较好，其它地方由于火焰太亮不易看清管壁，但在四角喷燃器处可看清喷嘴燃烧情况。
3．3 捞渣机的运行
捞渣机落渣细小、均匀而疏松，未发现有熔融的焦块和大焦。捞渣机载荷和水封槽温度正常。磨煤机一次风量、一次风压、磨碗差压、磨煤机人口

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4 结论与建议
通过对1号锅炉投产初期燃烧情况的检查，可以认为锅炉运行的状态总体是正常的，达到了大部分预想的设计改进要求，但是，存在锅炉结焦严重和排烟温度偏高的问题，降低了锅炉的热效率利用。虽然通过频繁吹灰能有效控制锅炉结焦的发展并调节烟温，可对锅炉长期的运行是不利的。锅炉的主汽温、再热汽温的控制、锅炉的配风还需进一步处理。因此， 目前的工作重点是
要消除结焦，降低炉膛出口温度，并通过优化燃
烧调整试验，使锅炉性能更理想。考虑到燃用煤
种的特性，具有高发热量、高挥发分，煤种易自
燃、易结渣特点，应继续做好煤质分析、灰渣成
分分析、飞灰分析、炉内温度场测试分析、配风
分析、锅炉吹灰变化的分析等工作，为将来有可
能进行的煤种配烧试验做好准备。根据目前机组
情况，提出如下建议：
a)主蒸汽温度偏低、空气预热器人口风温度偏高，这可能与炉膛上部结焦、受热面吸热不足和后烟井堵灰等因素有关，使再热器事故减温水经常大量投入。为此，应及时进行燃烧优化调整试验，确定最佳的燃烧方式，尽量使炉膛出口温度降低到1 032℃ 以下，具体办法是首先控制结焦，然后找出造成排烟温度高的其它主要因素。
b)调整制粉系统，及时对运行磨的煤粉细度及配风进行测量分析，检查煤粉颗粒细度是否满足要求。该型磨一般按煤粉细度尺 的值来考核其性能．从提高燃烧性能的角度考虑，应按煤粉细度尺 的值来考核，尽量提高煤粉的细度，保证磨煤机出口一次风的煤粉浓度均匀。
C)确定锅炉运行的最佳氧量。适当提高氧量，可在一定程度上缓解结焦情况。在保证安全的前提下，适当提高磨煤机出口一次风温3～5℃ 。
d)坚持吹灰，保持受热面清洁，以调节出口烟温，但全面吹灰的次数应尽量减少，应通过试验找出不同部位吹灰对烟温的影响。炉膛上部分隔屏及后屏未布置有吹灰器，可以考虑在机组检修中增加，将是一个有利的调节手段。目前3号、4号、9号、1()号长吹灰器最靠近分隔屏，必要时，可增加这4条吹灰器进行吹灰工作。
e)可考虑将未投煤层的起转风关小，顶层磨尽量不投入，将上两层燃烧器负荷降低些，下三层增加负荷，形成正宝塔方式，使燃烧中心降低，以减轻分隔屏处的结焦和降低排烟温度。
f)应对空气预热器烟温测点、磨煤机风量测点等仪表及显示值进行定期校核，确保测量的精度。需把在就地显示的工质温度点引入DCS，如后屏出口工质点、低温过热器出口测点，校对各级受热面的工质温度和烟气温度，确认是哪一级受热面的问题。
g)控制人炉煤的煤质(即使是同一煤种也有差异)，尽量选择软化温度大于1 200℃的煤。
h)对于新投产的机组，运行调节经验尚未完全成熟，应积极做好1、2号机组工况的对比分析工作，研究其变化规律，为新投产机组服务。
作者简介：昊锦江(1973 )．男．广东丰顺人．锅炉工程师．工学学士．台山发电厂生产准备部专工，从事电力生产管理工作。