超临界、超超临界锅炉的运行特性研究

颉红亮

深能合和电力（河源）有限公司广东河源517000

【摘要】超临界、超超临界锅炉具有较高的效率，它的高蒸汽参数、设备选用的材料、较厚的承压部件壁厚，在运行中都存在一些特殊问题。为机组的环保、安全、经济运行，文章将对其运行特性进行了研究。

【关键词】超超临界；锅炉；运行特性

在高蒸汽参数对锅炉的运行特性的影响方面，探讨了超临界、超超临界锅炉启动系统、锅炉变负荷速率、锅炉调峰幅度、滑压运行等可能产生的问题；同时对超临界、超超临界锅炉运行中遇到的问题进行探讨。

1.高蒸汽参数对锅炉运行特性的影响

1.1锅炉启动系统

超临界、超超临界锅炉在启动前，必须要具备一定的启动流量和启动压力，强迫工质流经受热面，使其得到冷却。直流锅炉的运行原理是：水在锅炉管中加热、蒸发和过热后直接向汽轮机供汽，在启停或低负荷运行过程中有可能产生的不是过热蒸汽，而是湿蒸汽。因此为确保锅炉启停和低负荷运行期间水冷壁的安全和正常供汽，直流锅炉必须配套特有的启动系统。目前，我国超临界、超超临界锅炉的启动流量为30%MCR。根据直流锅炉启动分离器的运行方式可分为内置式和外置式2种，现国内超临界、超超临界锅炉大多数采用带炉水循环泵的内置式分离器启动系统。其特点如下：

1）机组启、停时，通过炉循泵可部分回收热量和工质，提高机组启、停的经济性，同时大量减少机组启、停耗水量；

2）机组启、停时，由于炉循泵提供了部分工质流量，当主给水泵跳闸时，不会立即MFT，给运行人员赢得了事故处理的宝贵时机；

3）系统复杂，操作量大，逻辑复杂，对运行人员要求较高。尤其在启机阶段的湿态向干态的转换、停炉过程中干态向湿态的转换，为了达到最佳的节能、节水效果，运行人员需要根据实时工况不断精心计算调整煤量、给水量、再循环水量，再循环泵冷却水量，操作非常复杂，建议优化自动逻辑，以减少运行人员操作量及出错率。

1.2高蒸汽参数对锅炉变负荷运行特性的影响

1.2.1高参数对锅炉变负荷速率的影响

直流锅炉由于没有厚壁部件汽包，具有快速变负荷的能力。但是，随着锅炉参数的提高，内置式启动分离器的壁厚会增加，因而同样会限制锅炉负荷的变化速率。当蒸汽参数达到27MPa/600℃/600℃时，大量部件采用膨胀系数较大的奥氏体钢，受热面的高温腐蚀、氧化风险大大提高，因此，必须对机组运行方式采用如下措施进行优化：

1）控制锅炉变负荷速率不得超过机组容量的1.5%，最好小于机组容量的1.0%（需根据电网要求）；

2）机组启、停阶段应严格按照厂家提供的升温升压或降温降压速率进行，各阶段负荷停留时间，必须满足要求；

3）向当地调度中心说明超临界、超超临界机组运行特性，尽量避免频繁启停。

1.2.2超临界、超超临界锅炉的调峰幅度

超临界、超超临界机组调峰幅度与诸多因素有关，其中水冷壁的安全负荷是一大因素。超临界、超超临界锅炉最低负荷主要取决于水冷壁的安全负荷（本生流量）。一般超临界、超超临界锅炉的最低负荷为30%～35%BMCR。锅炉在此负荷以上运行时，水冷壁是安全的，但需要启动分离器系统，以增加水冷壁的质量流速。启动分离器系统的投运将造成工质热量的损失，使机组的经济性极差。同时，频繁投运启动分离器系统，将使相关高压阀门折旧率大大提升。同时还应考虑锅炉最低不投油稳燃负荷，若负荷较低，锅炉燃烧不稳，需要投油助燃，燃料成本将大大增大。故超临界、超超临界锅炉的调峰幅度应以保证水冷壁安全、不投运启动分离器系统和最低不投油稳燃为原则，以此来确定锅炉的最低调峰负荷，一般要求不低于40%机组负荷。

1.2.3滑压运行应注意的问题

超临界、超超临界直流锅炉在滑压运行时，水冷壁内的工质随负荷的变化会经历高压、超高压、亚临界和超临界压力区域，在设计和运行时必须重视可能产生的问题。如锅炉负荷降低时，水冷壁中的工质质量流速也按比例下降。在直流运行方式下，工质流动的稳定性会受到影响。为了防止出现流动的脉动性等不稳定现象，必须限制最低直流负荷时水冷壁入口工质欠焓；同时压力不能降得太低，一般最低压力在8.56MPa左右等。

2.超临界、超超临界锅炉运行中几种常见的问题及处置对策

2.1过热器、再热器的氧化皮剥落

锅炉内部受热面管束大量使用奥氏体不锈钢管材，生产运行过程中奥氏体不锈钢与高温蒸汽反应产生大量的氧化皮（主要成份Fe3O4），氧化皮在机组起停过程中出现脱落，造成受热管道下弯头氧化皮堆积甚至管道堵死，进而引起过热“爆管”等停机事故，给机组的安全运行带来极大的安全隐患。有些电厂一次启机过程中，多次出现氧化皮堵管，反复停炉、冷却、换管、再启炉、再堵管、再停炉、冷却、换管，给电厂带来极大的经济损失。可以说受热面氧化皮剥落是超临界、超超临界锅炉面临的最复杂、最困难的问题，其生成机制、剥落原因众说纷纭、各抒己见，有专家认为是不适当的加氧造成的，也有专家认为超温是罪魁祸首，经过近几年的摸索与实践，尽管对其生成机制仍莫衷一是，但对如何降低氧化皮的影响基本形成共识：

1）炉管选材时，可选择更加耐氧化、耐高温的管材；

2）启、停炉时，需严格按照锅炉厂家提供的升温升压、降温降压速率进行，尽量不用或少用减温水；

3）停炉后，尽可能闷炉48小时以上，且不可强制通风；

4）正常运行时，减少炉内偏烧、超温现象；

5）停炉后，尽可能请专业氧化皮检测公司进行检测、处理，防止多次、反复启、停、冷却。

2.2炉内火焰偏烧

炉内火焰偏烧不是超临界、超超临界锅炉特有的，但超临界、超超临界锅炉偏烧带来的问题却比亚临界锅炉更复杂、更严重。主要表现如下：偏烧会造成在主、再热蒸汽未达到额定参数时，受热面就局部超温，为防止爆管，势必降低主参数运行，严重影响机组经济性；另一方面，炉内火焰偏斜，使水冷壁受热不均，加大水冷壁横向裂纹出现几率，造成水冷壁爆管。处置对策：

1）停炉后，只要具备条件，请电科院做锅炉冷态动力场试验；

2）各煤粉管出口装设风速测量装置，便于运行中对四角风速是否平衡进行监控；

3）根据水冷壁的受热情况，在停炉期间对锅炉水冷壁的节流孔圈进行调整，即以流量不均平衡吸热不均；

4）在兼顾其他参数的条件下，运行人员通过二次小风门的调整，可有效降低炉内偏烧。

2.3水冷壁横向裂纹

水冷壁横向裂纹近几年在超超临界、超超临界锅炉上是有发生，其部位多发生在水冷壁管中间集箱入口段，其机理为：为降低炉内NOX生成，锅炉燃烧器往往采用分级燃烧，势必在炉内贴壁区域产生还原性气体，引起水冷壁高温腐蚀，在机组升降负荷时产生的交变拉应力作用下，产生细小裂缝，两者共同作用下，裂缝不断扩大，最终形成裂纹，水冷壁爆管。处置对策：

1）在易发生横向裂纹的区域进行喷涂；

2）限制机组的变负荷速率；

3）减少炉内偏烧与局部超温；

4）在贴壁区域加装CO测点，监视还原性气体含量，并指导运行人员进行配风调整，即既要低氮，也要安全。

2.4空预器堵塞

近年来，部分电厂空预器发生堵灰、阻力上升情况，究其原因有以下几点：

1）机组配备了脱硝系统后，在高环保压力下，不断提高脱硝率，致使氨投放量增大，引起氨逃逸率上升，逃逸的氨气与烟气中中的三氧化硫、水形成大量的硫酸氢铵不仅对空预器冷端传热元件造成腐蚀，而且液态的硫酸氢铵捕捉飞灰能力极强，极易造成空预器冷端堵灰；

2）空预器吹灰方式及参数不符合要求；

3）空预器冷端平均温度过低；

4）燃用煤质偏离设计值大多，尤其是硫份、水分、灰分较高的煤种。

处置对策：

1）严格控制SCR系统氨逃逸率在2%以下。根据日本AKK测试结果表明，氨逃逸率超过2ppm时，空预器运行半年后其阻力增加30%，氨逃逸率超过3ppm时，空预器运行半年后其阻力增加50%。因此运行人员应时刻加强对SCR运行的监控，确保氨逃逸率合格。

2）合理投用热风再循环装置，保护空预器冷端。当空预器冷端平均温度低于73℃时，应投入热风再循环装置。

3）稳定煤质。

4）调整空预器吹灰方式和参数。建议空预器每班至少吹灰一次，每次先吹冷端，后吹热端，当空预器阻力上升时，应增加吹灰次数。吹灰参数为：压力0.8Mpa，温度300-350℃，至少有150℃热过度，且吹灰前，确保疏水彻底（疏水至少10分钟且疏水温度达280℃）。

3结束语

超临界、超超临界机组由于有较高的效率和运行可靠性，因而具有巨大优势。然而，其高效率是在较高的负荷时才能显示出来的。在超临界、超超临界机组的日常运行中，若其承担调峰运行或维持低负荷下运行，其经济性将与亚临界机组相当，失去了其高效率的意义，因此，应避免机组在过低负荷下运行，同时加大运行人员技术培训，让运行人员在主参数、偏烧、炉内CO气体、环保排放、空预器堵塞等方面把握好平衡点，确保机组环保、安全、经济运行。

参考文献：

[1]张燕.浅谈工会如何做好维权工作[J].当代工人（精品版）.2014（04）

[2]李明.超临界600MW机组滑压运行参数优化分析与试验[J].热力发电.2011（06）