浅谈锅炉过热器热偏差的原因及防范措施

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1、浅谈锅炉过热器热偏差的原因及防范措施宁国睿（北京国华电力技术研究中心有限公司，河北燕郊065201）摘要：本文介绍了大型四角切圆燃烧锅炉热偏差产生的原因，并结合国华太仓发电公司超临界机组的实际运行情况对过热器热偏差的特点进行了重点阐述，提出了消除热偏差的措施。关键词：四角切圆；过热器；热偏差1概述随着电力生产的发展，安全性和经济性一直是电站锅炉所追求的目标，但受热面超温爆管依然是困扰电厂正常安全运行的主要问题之一。从大型电站锅炉过热器超温爆管现象中不难发现，超温爆管的主要原因就是热偏差的存在，而炉内热负荷分布的不均匀性对热偏差有重要的影响，而热负荷分布依赖炉内烟气的速度场和温度

2、场。自我国引进美国燃烧工程公司（CE）的技术以来，四角切向燃烧方式是国内电站锅炉大多采用的一种形式，这种燃烧方式的主要特点是把整个炉膛作为一个大型的燃烧器，炉内气流旋转强烈，煤粉和空气得以强烈混合，使煤粉产生很好的燃烧条件。每一角的煤粉射流都能得到上游邻角煤粉射流的加热、点燃，使煤粉气流着火、燃烧稳定，而且炉内旋转气流呈螺旋状上升一直到炉膛出口，延长了煤粉颗粒在炉内的停留时间，有利于煤粉的燃烬。这种燃烧方式普遍存在一个问题：在炉膛出口处存在残余旋转，造成炉膛出口左右侧烟气温度场和速度场偏差，并随着锅炉容量的增加，偏差情况越严重。2热偏差产生的原因2.1热偏差定义受热面管组中各根

3、管子的结构尺寸、内部阻力系数和热负荷各不相同，每根管子中的蒸汽焓增也就不同，工质温度亦不同，这种现象称为热偏差。2.2热偏差形成的原因（1）一个管组沿烟道宽度各片屏的吸热量偏差，这是由烟气温度场和速度场的不均匀所引起的。四角切圆燃烧方式的锅炉，由于炉膛出口气流残余旋转的影响，会引起在水平烟道左右两侧存在一定的速度及温度偏差，从而造成两侧对流传热系数及温压的不同，这是沿烟道宽度左右两侧存在吸热偏差的最主要原因。随着锅炉容量的增加，水平烟道中的速度偏差有增大的趋势。有关机构通过对国产200MW、300MW及600MW机组锅炉炉内空气动力场的模化试验发现，水平烟道左右两侧平均速度之比

4、分别可达1.24、2.0及2.15，这一增加趋势是锅炉从小容量向大容量发展过程中的内在因素造成的。（2）一个管组沿烟道宽度各片屏的蒸汽流量的偏差，这是由进出口集箱中蒸汽静压的变化所造成的。（3）一片屏中各根管子的蒸汽流量的偏差，这是由于各根管子的阻力系数以及蒸汽温度不同所引起的；例如一片管屏的外圈管长度最长，同时外圈管子口径又与其它管子相同，则流量最小；如果出口温度高，反过来又会进一步减小蒸汽流量。（4）一片屏中各根管子的吸热量的偏差，这是由每根管子各个管段吸收屏前、屏后及屏间烟气的辐射热量以及对流热量的偏差所引起；例如，一片管屏的外圈管所吸收的屏前烟气的辐射热量就要比平均管大

5、几倍。如果屏前烟气的烟温高、黑度大，外圈管的总吸热量就会增大很多。（5）由前一级管组出口的温度偏差携带到本级管组进口的温度偏差。以上5个因素中，只有第1个因素与燃烧系统的设计及运行两方面都有关。其它4个因素与运行的关系不大，基本上决定于热力性能和结构设计。3过热器热偏差的特点江苏国华太仓发电有限公司2×600MW机组锅炉为单炉膛、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构π型露天布置的超临界参数变压运行螺旋管圈直流燃煤锅炉，锅炉型号为SG1913/25.40-M950。燃烧方式采用从美国阿尔斯通能源公司引进的摆动式四角切圆燃烧技术。锅炉全炉墙和烟道均采用焊接膜式结构，炉膛四

6、周由螺旋管圈组成，在炉膛上部布置有分隔屏过热器和后屏过热器，水平烟道内沿烟气的流动方向依次布置高温再热器和高温过热器，尾部烟道内沿烟气流动方向依次布置低温再热器和省煤器。3.1过热器系统过热器系统按照蒸汽流向分为四级：顶棚包墙过热器、分隔屏过热器、后屏过热器及末级过热器。分隔屏和后屏过热器布置在炉膛上部，主要吸收炉膛内的辐射热量。末级过热器布置在水平烟道，受热面呈逆流布置，靠对流传热吸收热量。在后屏和末过之间进行左右交叉以减少左右侧汽温偏差。3.2过热器各级汽温状况（以下示意图均为＃8锅炉）图1分隔屏出口蒸汽温度趋势图绿色——左侧出口蒸汽温度蓝色——右侧出口蒸汽温度图2后屏过出

7、口蒸汽温度趋势图绿色——左侧出口蒸汽温度蓝色——右侧出口蒸汽温度从日常监测可以看出（图1、图2），分隔屏和后屏过热器出口蒸汽温度右侧高于左侧，交叉到末级过热器后，由于水平烟道内左侧烟气流速及烟温均高于右侧，加剧了汽温偏差。图3分隔屏出口减温水图4后屏过出口减温水绿色—左侧减温水绿色—左侧减温水蓝色—右侧减温水蓝色—右侧减温水从过热器减温水的变化也可以看出（图3、图4）：无论是分隔屏过热器出口一级减温水量，还是后屏过热器出口二级减温水量，右侧均远大于左侧。减温水的偏置将造成流量不平衡，使减温水