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[摘 要]针对古电#4锅炉内部燃烧偏斜，锅炉长期存在垂直管、过热器壁温超温现象，左侧墙垂直管超温频繁超过460℃，同时过热器生成氧化皮并脱落造成爆管事故，严重影响电厂安全经济性问题，从调整磨煤机出口风量、降低一次风速、调整二次风旋流强度及二次风风量等手段，控制炉膛内煤粉燃烧状态入手进行燃烧调整，有效降低炉膛内各受热面的金属壁温，控制金属壁温在正常范围并且减少垂直管高温硫腐蚀情况，在经济安全运行上取的显著效果。
[关键词]一二次配风;壁温控制;运行效益
[中图分类号]TM76 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）01–00–02
Analysis of Primary and Secondary Air Distribution Adjustment
and Wall Temperature Control for MW Punching Furnace
Li Jie
[Abstract]In view of the internal combustion deviation of Gudian No.4 boiler， there is a long-term over temperature phenomenon of vertical tube and superheater wall temperature in the boiler. The over temperature of vertical tube on the left-wall frequently exceeds 460℃. Meanwhile， the superheater generates oxide scale and falls off， causing tube explosion accident， which seriously affects the safety and economy of the power plant. By means of adjusting the outlet air volume of coal mill， reducing the primary air speed， adjusting the swirl intensity of secondary air and the secondary air volume， controlling the combustion state of pulverized coal in the furnace， the combustion adjustment can effectively reduce the metal wall temperature of each heating surface in the furnace， control the metal wall temperature in the normal range， and reduce the high temperature sulfur corrosion of vertical tube， which has achieved remarkable results in economic and safe operation.
[Keywords]primary and secondary air distribution， furnace wall temperature control， operation efficiency
古電#4锅炉内部燃烧偏斜，长期存在垂直管、过热器壁温超温现象，左侧墙垂直管超温频繁超过460℃，同时过热器生成氧化皮并脱落造成爆管事故，严重影响电厂的安全与稳定。
机组长周期的连续运行是提高电厂安全稳定性的主要标志，也是降低电厂的发电煤耗的有效手段。根据有关资料记载锅炉事故约占发电厂事故的50%，承压部件爆漏事故占锅炉事故的60%～75%，所以保证锅炉设备的安全运转是保证发电厂安全生产的关键。
本文从调整磨煤机出口风量、降低一次风速、调整二次风旋流强度及二次风风量等手段，控制炉膛内煤粉燃烧状态入手进行燃烧调整，有效降低炉膛内各受热面的金属壁温，进而保证金属壁温在正常范围，减少垂直管高温硫腐蚀情况，在稳定安全运行上取的显著效果。
1 设备概况
山西兴能发电有限责任公司#4锅炉为600 MW（HG-2000/25.4—YM12型）锅炉，为一次中间再热、超临界压力变压运行带内置式再循环泵启动系统的本生直流锅炉，采用π型布置，单炉膛，尾部双烟道，全钢架，悬吊结构，燃烧器前后墙布置、对冲燃烧。炉膛断面尺寸宽为23.5673 m、深17.0123 m，水平烟道深度为5.322 m，尾部前烟道深度为6.67 m，尾部后烟道深度为8.97 m，水冷壁下集箱标高为7.0 m，顶棚管标高为69.15 m。
锅炉的汽水流程以内置式启动分离器为界设计成双流程，从冷灰斗进口一直到标高47.851 m的中间混合集箱之间为螺旋管圈水冷壁，再连接至炉膛上部的水冷壁垂直管屏和后水冷壁吊挂管，然后经下降管引入折焰角、水平烟道底包墙和水平烟道侧墙，再引入汽水分离器。从汽水分离器出来的蒸汽引至顶棚和包墙系统，再进入低温过热器中，然后再流经屏式过热器和末级过热器。再热器分为低温再热器和高温再热器两段布置，中间无集箱连接，低温再热器布置于尾部双烟道中的前部烟道，高温再热器布置于水平烟道中，逆、顺流混合与烟气换热。
制粉系统采用中速磨正压直吹系统，6台磨煤机。30只低NOX轴向旋流燃烧器采用前后墙布置、对冲燃烧，前后墙各3层，每层布置5只。在煤粉燃烧器的上方前、后及两侧墙各布置1层燃烬风，前后墙各有5只风口，两侧墙各有3只风口。表1为锅炉运行参数： 2 一、二次配风的调整
2.1 一次风调整
对于正压直吹式制粉系统，一次风量主要是满足输送煤粉能力及干燥出力要求，但一次风量对煤粉气流着火速度和着火稳定有一定影响。一次风量越大，煤粉气流加热至着火所需要的热量就越多，着火速度就越慢，这样会导致火焰离燃烧器位置距离延长，使火焰中断，引起灭火，同时煤粉着火延后，火焰提高，引起屏过金属温度升高甚至超温。
一次风量越小，带粉能力减弱，甚至出现堵磨煤机现象，并且使燃烧贴近燃烧器，发生烧损燃烧器现象。
该锅炉燃烧器为前后墙对冲布置，每台磨煤机对应5只燃烧器。通过冷、热态测量一次风速，调整5只粉管的一次风速偏差在5%以内。调整最外侧两只粉管风速比其它粉管风速偏小，相邻两只粉管风速逐渐增强，中间粉管风速最大。前后墙各三层燃烧器布置，调整下层燃烧器一次风最大，中层略小，上层最小。在正常燃烧时，降低一次风压，减小磨煤机风量，控制磨煤机冷风门开度在10%以下，加强监视磨煤机出口温度及磨煤机出入口差压，防止磨煤机堵磨。调整前后磨煤机风量及风压参数见表2。
2.2 二次风调整
燃烧器二次风喷口结构如图1。
二次风主要是为了供给燃料完全燃烧所需要的氧量，并且通过二次风的旋流强弱，二次风的风量大小使空气和燃料充分混合，二次风的扰动也使燃烧迅速、强烈、完全。本厂低N0x轴向旋流燃烧器的二次风旋流可以控制二次风的气流扰动大小，调整高温烟气的回流程度，进而控制燃料与氧气混合速度。二次风的强度大小则控制与燃料混合氧量的多少，达到控制燃料燃烧到燃尽的时间，同时控制火焰在炉膛内的充满度及火焰中心高低。二次风旋直流强度、风量大小直接影响炉内燃烧火焰高度、中心温度、及火焰在炉内充满度和对炉壁面的冲刷强度和高温硫腐蚀情况。
（1）旋流强度大、二次风量充足时，首先，燃料在炉内与氧气混合迅速并且快速燃烧与燃尽，火焰中心温度高，生成氮氧化物较多，烟气排放很难达到国家环保部GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》要求，脱硝喷氨量大幅增多，运营成本增加，同时伴随喷氨量增加，氨逃逸增多，造成空预器因硫酸氢铵积聚堵塞情况严重，对安全运行带来很大隐患。其次，由于燃料快速且集中燃烧，火焰中心位置较低，水冷壁受热集中，容易发生水冷壁超温。同时，存在屏式过热器和屏式再热器辐射吸热减少，引发汽温偏低现象。
（2）旋流强度小、二次风量减小时，首先，燃料在炉内与氧气混合较弱，燃烧与燃尽阶段延长，中心温度降低，氮氧化物生成减少，但同时因为高温烟气卷吸量减少，燃料点燃困难，且燃烧氧量不充足，燃烧不稳定，容易在有轻微运行工况波动时发生灭火事故，同时，因为氧气的减少，使得燃料燃烧不充足，造成飞灰含碳量及灰渣含碳量的增高，使得锅炉运行经济性降低。其次，因为燃尽阶段的延长，使得锅炉火焰中心升高，容易引起屏式过热器、屏式再热器和其它受热面的金属超温，引发超温爆管。再次，锅炉水冷壁附近因缺氧，长期在还原气氛中运行，造成高温腐蚀，容易引发水冷壁减薄爆管，影响锅炉安全运行。
该锅炉的二次风布置为每台磨煤机的燃烧器分布在一个二次风箱内，前、后墙各配置三层二次风箱，风箱内每个燃烧器对应一组二次风喷口。二次风旋、直流调整通过调整二次风旋流器深入长度实现，深入越长，旋流强度越强，直流越弱，深入减少，旋流强度减弱，直流增强。二次风风量大小调节，通过控制调节挡板开度得以实现，开度越大，二次风量越大，开度减少，二次风量减弱。二次风喷口结构参见图1。
针对该锅炉屏过、垂直管超温及高温硫腐蚀情况进行二次风配风调整：①下层二次风的二次风调节挡板开度最大，中层调节挡板开度适当減小，上层调节挡板的开度最小，形成正塔形二次风风量配风，下层风量最大，中层、上层逐层减弱。②每层燃烧器对应的二次风旋、直流强度调整为：最边缘燃烧器的二次风旋流器深入长度最短，即二次风旋流强度最弱，中间燃烧器的二次风旋流器深入长度最长，即二次风旋流强度最强。调整后中间二次风的卷吸能力最强，边缘二次风的卷吸能力最弱。
2.3 一、二次风配风调整前后壁温的比较
经过冷热态燃烧调整后，水平烟道平均温度从763 ℃降低至740 ℃左右，过热蒸汽汽温及再热蒸汽汽温会有不同程度的降低，炉内垂直管壁温度、屏过出口管壁温度、末过出口管壁温度都有所降低。表3中的平均运行壁温是经过燃烧调整前与后，固定负荷工况下的各受热面平均壁温指示值，各壁温下降的趋势清楚可见。
经过燃烧调整后，锅炉的整体壁温得到下降，同时，炉内氧含量在满足国家氮氧化物排放要求的前提下得到提升，垂直管管道高温硫腐蚀情况也得到有效缓解。在燃烧调整前进行的锅炉小修中，锅炉垂直管管道因高温硫腐蚀引发管壁减薄换管焊口达到1000多道，燃烧调整后，经过1a周期的运行，再次小修时，锅炉垂直管管道因高温硫腐蚀引发管壁减薄换管焊口减少至100多道。
3 结论
通过合理的调整磨煤机出口风量、降低一次风速、调整二次风旋流强度及二次风风量等措施，控制炉膛内煤粉燃烧状态，降低了炉膛内各受热面的金属壁温，有效地减少了受热面高温硫腐蚀情况同时有效减少因壁温超温引发超温爆管风险。
参考文献
[1] 张前进.240 t/hCFB锅炉长周期安全运行的技术措施[J].经济技术协作信息，2008，15（25）：97.
[2] 蔡新春，梁五洲，武卫红，等.基于Z型结构过热器流量分配不均引起的爆管原因分析[J].电力学报，2008，23（1）：17-20.
[关键词]一二次配风;壁温控制;运行效益
[中图分类号]TM76 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）01–00–02
Analysis of Primary and Secondary Air Distribution Adjustment
and Wall Temperature Control for MW Punching Furnace
Li Jie
[Abstract]In view of the internal combustion deviation of Gudian No.4 boiler， there is a long-term over temperature phenomenon of vertical tube and superheater wall temperature in the boiler. The over temperature of vertical tube on the left-wall frequently exceeds 460℃. Meanwhile， the superheater generates oxide scale and falls off， causing tube explosion accident， which seriously affects the safety and economy of the power plant. By means of adjusting the outlet air volume of coal mill， reducing the primary air speed， adjusting the swirl intensity of secondary air and the secondary air volume， controlling the combustion state of pulverized coal in the furnace， the combustion adjustment can effectively reduce the metal wall temperature of each heating surface in the furnace， control the metal wall temperature in the normal range， and reduce the high temperature sulfur corrosion of vertical tube， which has achieved remarkable results in economic and safe operation.
[Keywords]primary and secondary air distribution， furnace wall temperature control， operation efficiency
古電#4锅炉内部燃烧偏斜，长期存在垂直管、过热器壁温超温现象，左侧墙垂直管超温频繁超过460℃，同时过热器生成氧化皮并脱落造成爆管事故，严重影响电厂的安全与稳定。
机组长周期的连续运行是提高电厂安全稳定性的主要标志，也是降低电厂的发电煤耗的有效手段。根据有关资料记载锅炉事故约占发电厂事故的50%，承压部件爆漏事故占锅炉事故的60%～75%，所以保证锅炉设备的安全运转是保证发电厂安全生产的关键。
本文从调整磨煤机出口风量、降低一次风速、调整二次风旋流强度及二次风风量等手段，控制炉膛内煤粉燃烧状态入手进行燃烧调整，有效降低炉膛内各受热面的金属壁温，进而保证金属壁温在正常范围，减少垂直管高温硫腐蚀情况，在稳定安全运行上取的显著效果。
1 设备概况
山西兴能发电有限责任公司#4锅炉为600 MW（HG-2000/25.4—YM12型）锅炉，为一次中间再热、超临界压力变压运行带内置式再循环泵启动系统的本生直流锅炉，采用π型布置，单炉膛，尾部双烟道，全钢架，悬吊结构，燃烧器前后墙布置、对冲燃烧。炉膛断面尺寸宽为23.5673 m、深17.0123 m，水平烟道深度为5.322 m，尾部前烟道深度为6.67 m，尾部后烟道深度为8.97 m，水冷壁下集箱标高为7.0 m，顶棚管标高为69.15 m。
锅炉的汽水流程以内置式启动分离器为界设计成双流程，从冷灰斗进口一直到标高47.851 m的中间混合集箱之间为螺旋管圈水冷壁，再连接至炉膛上部的水冷壁垂直管屏和后水冷壁吊挂管，然后经下降管引入折焰角、水平烟道底包墙和水平烟道侧墙，再引入汽水分离器。从汽水分离器出来的蒸汽引至顶棚和包墙系统，再进入低温过热器中，然后再流经屏式过热器和末级过热器。再热器分为低温再热器和高温再热器两段布置，中间无集箱连接，低温再热器布置于尾部双烟道中的前部烟道，高温再热器布置于水平烟道中，逆、顺流混合与烟气换热。
制粉系统采用中速磨正压直吹系统，6台磨煤机。30只低NOX轴向旋流燃烧器采用前后墙布置、对冲燃烧，前后墙各3层，每层布置5只。在煤粉燃烧器的上方前、后及两侧墙各布置1层燃烬风，前后墙各有5只风口，两侧墙各有3只风口。表1为锅炉运行参数： 2 一、二次配风的调整
2.1 一次风调整
对于正压直吹式制粉系统，一次风量主要是满足输送煤粉能力及干燥出力要求，但一次风量对煤粉气流着火速度和着火稳定有一定影响。一次风量越大，煤粉气流加热至着火所需要的热量就越多，着火速度就越慢，这样会导致火焰离燃烧器位置距离延长，使火焰中断，引起灭火，同时煤粉着火延后，火焰提高，引起屏过金属温度升高甚至超温。
一次风量越小，带粉能力减弱，甚至出现堵磨煤机现象，并且使燃烧贴近燃烧器，发生烧损燃烧器现象。
该锅炉燃烧器为前后墙对冲布置，每台磨煤机对应5只燃烧器。通过冷、热态测量一次风速，调整5只粉管的一次风速偏差在5%以内。调整最外侧两只粉管风速比其它粉管风速偏小，相邻两只粉管风速逐渐增强，中间粉管风速最大。前后墙各三层燃烧器布置，调整下层燃烧器一次风最大，中层略小，上层最小。在正常燃烧时，降低一次风压，减小磨煤机风量，控制磨煤机冷风门开度在10%以下，加强监视磨煤机出口温度及磨煤机出入口差压，防止磨煤机堵磨。调整前后磨煤机风量及风压参数见表2。
2.2 二次风调整
燃烧器二次风喷口结构如图1。
二次风主要是为了供给燃料完全燃烧所需要的氧量，并且通过二次风的旋流强弱，二次风的风量大小使空气和燃料充分混合，二次风的扰动也使燃烧迅速、强烈、完全。本厂低N0x轴向旋流燃烧器的二次风旋流可以控制二次风的气流扰动大小，调整高温烟气的回流程度，进而控制燃料与氧气混合速度。二次风的强度大小则控制与燃料混合氧量的多少，达到控制燃料燃烧到燃尽的时间，同时控制火焰在炉膛内的充满度及火焰中心高低。二次风旋直流强度、风量大小直接影响炉内燃烧火焰高度、中心温度、及火焰在炉内充满度和对炉壁面的冲刷强度和高温硫腐蚀情况。
（1）旋流强度大、二次风量充足时，首先，燃料在炉内与氧气混合迅速并且快速燃烧与燃尽，火焰中心温度高，生成氮氧化物较多，烟气排放很难达到国家环保部GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》要求，脱硝喷氨量大幅增多，运营成本增加，同时伴随喷氨量增加，氨逃逸增多，造成空预器因硫酸氢铵积聚堵塞情况严重，对安全运行带来很大隐患。其次，由于燃料快速且集中燃烧，火焰中心位置较低，水冷壁受热集中，容易发生水冷壁超温。同时，存在屏式过热器和屏式再热器辐射吸热减少，引发汽温偏低现象。
（2）旋流强度小、二次风量减小时，首先，燃料在炉内与氧气混合较弱，燃烧与燃尽阶段延长，中心温度降低，氮氧化物生成减少，但同时因为高温烟气卷吸量减少，燃料点燃困难，且燃烧氧量不充足，燃烧不稳定，容易在有轻微运行工况波动时发生灭火事故，同时，因为氧气的减少，使得燃料燃烧不充足，造成飞灰含碳量及灰渣含碳量的增高，使得锅炉运行经济性降低。其次，因为燃尽阶段的延长，使得锅炉火焰中心升高，容易引起屏式过热器、屏式再热器和其它受热面的金属超温，引发超温爆管。再次，锅炉水冷壁附近因缺氧，长期在还原气氛中运行，造成高温腐蚀，容易引发水冷壁减薄爆管，影响锅炉安全运行。
该锅炉的二次风布置为每台磨煤机的燃烧器分布在一个二次风箱内，前、后墙各配置三层二次风箱，风箱内每个燃烧器对应一组二次风喷口。二次风旋、直流调整通过调整二次风旋流器深入长度实现，深入越长，旋流强度越强，直流越弱，深入减少，旋流强度减弱，直流增强。二次风风量大小调节，通过控制调节挡板开度得以实现，开度越大，二次风量越大，开度减少，二次风量减弱。二次风喷口结构参见图1。
针对该锅炉屏过、垂直管超温及高温硫腐蚀情况进行二次风配风调整：①下层二次风的二次风调节挡板开度最大，中层调节挡板开度适当減小，上层调节挡板的开度最小，形成正塔形二次风风量配风，下层风量最大，中层、上层逐层减弱。②每层燃烧器对应的二次风旋、直流强度调整为：最边缘燃烧器的二次风旋流器深入长度最短，即二次风旋流强度最弱，中间燃烧器的二次风旋流器深入长度最长，即二次风旋流强度最强。调整后中间二次风的卷吸能力最强，边缘二次风的卷吸能力最弱。
2.3 一、二次风配风调整前后壁温的比较
经过冷热态燃烧调整后，水平烟道平均温度从763 ℃降低至740 ℃左右，过热蒸汽汽温及再热蒸汽汽温会有不同程度的降低，炉内垂直管壁温度、屏过出口管壁温度、末过出口管壁温度都有所降低。表3中的平均运行壁温是经过燃烧调整前与后，固定负荷工况下的各受热面平均壁温指示值，各壁温下降的趋势清楚可见。
经过燃烧调整后，锅炉的整体壁温得到下降，同时，炉内氧含量在满足国家氮氧化物排放要求的前提下得到提升，垂直管管道高温硫腐蚀情况也得到有效缓解。在燃烧调整前进行的锅炉小修中，锅炉垂直管管道因高温硫腐蚀引发管壁减薄换管焊口达到1000多道，燃烧调整后，经过1a周期的运行，再次小修时，锅炉垂直管管道因高温硫腐蚀引发管壁减薄换管焊口减少至100多道。
3 结论
通过合理的调整磨煤机出口风量、降低一次风速、调整二次风旋流强度及二次风风量等措施，控制炉膛内煤粉燃烧状态，降低了炉膛内各受热面的金属壁温，有效地减少了受热面高温硫腐蚀情况同时有效减少因壁温超温引发超温爆管风险。
参考文献
[1] 张前进.240 t/hCFB锅炉长周期安全运行的技术措施[J].经济技术协作信息，2008，15（25）：97.
[2] 蔡新春，梁五洲，武卫红，等.基于Z型结构过热器流量分配不均引起的爆管原因分析[J].电力学报，2008，23（1）：17-20.