刘安敏
中电永新运营有限公司上海 200000
摘要：超临界锅炉水冷壁管内的水在高于最低直流负荷点运行后，超临界锅炉水冷壁往往存在一定偏差，要控制其水冷壁管间热偏差较其他炉型难度更大，本文对超临界W火焰锅炉水冷壁拉裂控制进行了探讨分析。
关键词：超临界；锅炉；水冷壁；拉裂
引言：永新一期电厂采用东方锅炉（集团）股份有限公司生产的 620MW 超临界参数 W 型直流炉，型号为DG1987/25.3-Ⅱ12。永新一期W型火焰锅炉炉膛宽度较大（32米），锅炉在改变运行方式时，沿炉宽方向上的水冷壁壁温较难控制，导致水冷壁壁温偏差较大，炉管拉裂。
1.水冷壁拉裂原因分析
水冷壁管拉裂的主要原因为管间热偏差大，产生较大的温差应力，当温差应力达到一定值后将造成管屏变形，同时因锅炉水平、垂直方向膨胀局部受阻，温差应力不能有效释放，从而导致水冷壁在温度梯度最高的薄弱处开裂。下面对引起管间偏差大的主要原因进行分析：
1.1.设计不完善
620MW超临界W型火焰锅炉是近几年为适应市场需要而发展起来的新型锅炉，其水冷壁结构形式主要参照 600MW亚临界W炉，过热器、再热器结构以及顶部布置主要借鉴超临界对冲炉。从设计上来说，该炉型按基本负荷设计，变工况适应能力较差，不能满足机组调峰要求；锅炉膨胀也存在一定问题。另一方面，锅炉厂家提供的水冷壁壁温差设计标准（控制任意相邻两根管壁温差不超过50℃，任意不相邻两根管壁温差不超过 80℃）不能满足特殊工况下水冷壁的安全要求，实际运行中上部水冷壁一般有50～80℃的壁温偏差，在变工况或其他异常工况时很容易超过80℃，温差设计余度偏小。
1.2.炉型自身特点
超临界锅炉水冷壁管内的水在高于最低直流负荷点运行后，在管内某个位置会全部汽化，各管子壁温因吸热量不同而不同，这就决定了超临界锅炉水冷壁往往存在一定偏差。620MW超临界W锅炉燃烧器只能布置在前后墙炉拱上。虽然设计上采用了优化内螺纹管+低质量流速正流量响应技术来降低管内流量和壁温偏差，但其给水流量的自补偿作用并没有在此类超临界锅炉上得到明显的体现，水冷壁管屏热偏差大的现象没有得到改善。因此超临界W炉固有的技术特点（燃烧器布置型式、水冷壁管圈方式、直流炉的特性等）决定了在运行中要控制其水冷壁管间热偏差较其他炉型难度更大。
1.3.炉内热负荷不均
炉内热负荷不均是造成水冷壁管间较大热偏差的主要原因之一。在机组较低负荷工况或磨煤机没有全部投运时，沿炉膛宽度方向燃烧器投运数量不均，不可避免地造成炉膛内沿宽度方向热量输入不均。同时部分燃烧器因其工作状态、煤粉浓度、一次风速、风温、二次风补给等方面的差异，造成煤粉在炉膛宽度和高度方向均存在差异，在某些水冷壁区域形成局部高温，从而使水冷壁管子及附近的扁钢温度过高，使钢材的许用应力大幅度下降。特别是前墙水冷壁区域表现较为明显。
2.预防水冷壁拉裂的控制措施
为防止水冷壁拉裂，保证机组的安全稳定运行，有效控制水冷壁超温、温差大等问题，我们采取了如下措施；
2.1.严格按照锅炉厂家提供的水冷壁温差设计标准进行控制。要求锅炉在启、停和运行中控制任意相邻两根管壁温差不超过50℃，任意不相邻两根管壁温差不超过 80℃。
2.2.启动时油枪投入需对称，控制油枪投入速度不过快；根据煤质条件降低点火油枪出力，增加投运油枪数量也是一种均匀炉膛热负荷的选择。机组启动初期适当增加沿炉膛宽度方向油枪的投运支数，并采取每隔15分钟定期切换方式，缓慢提升炉膛温度，壁温受热更加均匀。
2.3.合理搭配磨煤机组合方式。磨煤机组合方式对水冷壁壁温的影响较大，而不同磨煤机组合方式对水冷壁壁温偏差的影响可以达到20～30℃左右。磨煤机的合理搭配是超临界W火焰锅炉控制热偏差的主要手段。低负荷4台磨运行方式下，根据试验结果同时考虑燃烧的稳定性，建议首选2台次中间磨煤机（B/E）运行，中间磨煤机（A/F）及侧墙磨煤机（C/D）各选1台运行。
2.4.做好磨煤机的启、停顺序，掌握好不同负荷下磨煤机投运台数。机组启动时为防止局部热负荷过高，在不影响燃烧的情况下摸索出了磨煤机的启动顺序，机组启动时按照A（F）、D（C）、F（A）、C（D）的顺序进行启动。正常运行中加负荷启磨时优先考虑启动侧墙制粉系统（C或D磨），同理减负荷停磨时优先停运靠中部制粉系统（A或F磨）。
2.5.合理配风，防止炉膛中部缺风。根据超临界W火焰锅炉上部水冷壁壁温分布特点：沿炉宽方向一般靠中间位置壁温偏高，两侧壁温低，采取适当增加炉膛中部风量降低中部火焰温度，减少炉膛两侧风量提高炉膛两侧火焰温度，有利于沿整个炉宽方向热负荷均匀。即采取中间大（50～55%），两边逐渐减小的原则进行配风（40～50%），也就是拱形配风方式，防止中部缺风。
2.6.磨煤机各一次风粉管应进行热态调平。磨煤机一次风粉管出力不均，将引起炉内热负荷不均甚至燃烧不稳定，将引起水冷壁超温、产生较大热偏差。同一台磨煤机煤粉浓度差不应超过±10%；对磨煤机内部分离器、锁气器、回粉管等部件定期进行检查。
2.7.保持适当的锅炉风箱风压。锅炉不同负荷下，保持适当的风箱风压也是控制水冷壁壁温的一个重要条件（风箱风压过低，火焰容易贴墙）。在实际运行中额定出力下风箱风压不宜低于0.6kPa，可通过各风门的配合来进行保证，但额定出力下F挡板的开度也不宜低于45%，过低炉渣可燃物含量会上升。
2.8.针对启机中干湿态转换时壁温易超温的情况，可以适当提高锅炉由湿态转为干态时的负荷点（如提高至220～250MW负荷段）。超临界锅炉干湿转换是一个相对不稳定过程，是直流锅炉启、停过程中的一个关键控制点。在转换过程中，应保证平稳度过，避免转换反复交替，引起壁温的大幅波动。
2.9.锅炉启动中严格按照规程规定控制升温升压速率。锅炉停运后应严格闷炉，以防形成自然对流通道，降低因前后墙水冷壁出现两侧温度低、中间温度高而产生的左右横向应力，即使锅炉停机消缺，也不能为了抢时间而立即强制通风，忽视水冷壁的安全。
2.10.保证锅炉炉内燃烧的稳定。炉内燃烧稳定是控制壁温及热偏差的基础。燃烧不稳（如煤粉着火不好），壁温及热偏差将很难控制，在运行中若出现部分燃烧器煤粉着火很差时应及时进行调整，一次风温、一次风速、煤质波动、二次风送入方式对燃烧稳定性影响较大，应注意控制。若经过调整后燃烧还不稳定，可考虑投入油枪强化煤粉的着火，待燃烧稳定后再退出油枪。
2.11.保证炉膛受热面的正常吹灰也是控制壁温超温及热偏差的手段之一。停炉时检查炉膛的结焦情况，对有焦块遮挡、堵塞喷口、风口的要进行清理，避免下次启炉后风量分配不均。
2.12.加强燃料管理，合理配煤，保证入炉煤煤质不过分偏离设计煤种。保证入炉煤热值在16000kj/kg 以上，对锅炉壁温控制更有利。
2.13.磨煤机启、停时易引起汽温波动，特别对于磨煤机风门挡板有检修工作后的启动，可能挡板的特性会发生变化，如运行控制不当就容易发生超温现象。因此启磨后注意观察磨煤机各参数的变化，不要盲目只从磨煤机容量风门开度判断出力大小，合理控制磨煤机容量风挡板的操作速度，建议每次变动幅度控制在5%以内，每操作5%停留一段时间，待参数稳定后，在进行下一步操作。
2.14.合理控制过热度。如果水冷壁壁温较高，过热度应尽量维持不要过大，10～15℃为宜，在保证主汽温有效调节的前提下，减少过热器减温水的使用，这样在相同负荷下增加了水冷壁的质量流速，降低水冷壁管壁温及热偏差。
2.15.优化壁温监控手段。在设置 DCS 画面时建议将各受热面的壁温最高值、最低值、最大偏差显示在主要监控画面（如锅炉汽水系统画面）上，并做出水冷壁壁温矩形图，便于运行人员及时掌握壁温变化趋势及分布情况，快速做出相应调。
结语：620MW超临界W火焰锅炉水冷壁拉裂的原因主要是水冷壁超温、热偏差大、另外锅炉设备的设计制造问题、安装缺陷、运行不当等也是其原因之一。解决620MW超临界W火焰锅炉水冷壁拉裂的根本方法是消除炉膛内水平方向上的热负荷偏差。
参考文献：
[1]李伟，孙俊，黄龙.600MW对冲燃烧锅炉水冷壁高温爆裂原因分析及对策[J].华电技术，2018，38（6）：43～46.
[2]黄大伟，陈少珣.大型超临界对冲燃煤锅炉水冷壁高温爆裂原因分析及对策[C].中国电机工程学会年会，2019.