張冠群，付瓊，張偉

(神華國(guó)華永州發(fā)電有限責(zé)任公司，湖南永州425000)

1 000MW鍋爐再熱汽溫623℃難點(diǎn)及控制要點(diǎn)分析

張冠群，付瓊，張偉

(神華國(guó)華永州發(fā)電有限責(zé)任公司，湖南永州425000)

Difficulties and control points analysis of reheat steam 623℃boil for 1 000MW unit

國(guó)內(nèi)目前已有1 000MW機(jī)組再熱蒸汽溫度623℃參數(shù)等級(jí)的超超臨界燃煤鍋爐應(yīng)用案例，但在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，由于金屬壁溫的限制，至今未能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定保持再熱汽溫在額定值623℃。本文主要對(duì)存在的問題進(jìn)行了分析，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際探討了解決問題的方法。

再熱蒸汽溫度；623℃；燃燒調(diào)整；熱偏差

近年來，國(guó)內(nèi)已有將1 000MW機(jī)組鍋爐出口蒸汽參數(shù)提高至29.4MPa/605℃/623℃的設(shè)計(jì)，且有機(jī)組實(shí)際應(yīng)用案例，但在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，由于金屬壁溫的限制，至今未能實(shí)現(xiàn)再熱汽溫長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定保持在額定值623℃。在設(shè)計(jì)上，623℃再熱汽溫的受熱面管材與其他同類型600℃再熱汽溫的熱面管材無(wú)任何差別，只是將管材649℃的極限使用溫度裕度降低。因此，在保證高溫再熱器金屬管壁不超溫的前提下，如何保證鍋爐高再蒸汽溫度達(dá)到額定值是鍋爐燃燒調(diào)整工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。文中針對(duì)已經(jīng)投產(chǎn)機(jī)組存在的問題進(jìn)行了分析，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際探討了解決問題的方法。

1 設(shè)備概況

某電廠新建機(jī)組裝設(shè)2臺(tái)1 000MW燃煤發(fā)電機(jī)組，鍋爐為超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流爐，一次中間再熱、單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、露天布置、全鋼構(gòu)架。鍋爐采用Π型布置方式，前后墻對(duì)沖燃燒方式，爐膛前后墻各布置3層布置旋流式煤粉燃燒器，每層布置8只燃燒器，全爐共設(shè)48只，在最上層燃燒器的上部布置了燃盡風(fēng)和還原風(fēng)。爐膛斷面(寬×深×高)為33 973.4 mm×16 828.4 mm×66 000 mm；設(shè)置了高溫再熱器出口金屬壁溫測(cè)點(diǎn)，共計(jì)1 184個(gè)測(cè)點(diǎn)。

鍋爐采用側(cè)煤倉(cāng)布置方式，每臺(tái)鍋爐配備2臺(tái)三分倉(cāng)式回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。制粉系統(tǒng)采用中速磨冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺(tái)鍋爐配6臺(tái)中速磨煤機(jī)(5臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用)，每臺(tái)磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)一層燃燒器，前墻由下至上對(duì)應(yīng)為A，B，C磨，后墻由下至上對(duì)應(yīng)為D，E，F(xiàn)磨。機(jī)組鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)表

2 運(yùn)行情況

機(jī)組自整套啟動(dòng)到投入商業(yè)運(yùn)行，鍋爐調(diào)整再熱蒸汽溫度均達(dá)到623℃，但期間多次出現(xiàn)再熱器金屬壁溫超過640℃的情況(649℃為超溫限值)，其中最大值達(dá)到650℃。

2.1 高再金屬壁溫分布情況

以機(jī)組負(fù)荷為統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)，截取不同時(shí)間段兩個(gè)相同負(fù)荷下的運(yùn)行畫面和相關(guān)參數(shù)作為統(tǒng)計(jì)依據(jù)，查閱各工況下高溫再熱器金屬壁溫參數(shù)，沿著爐寬方向按照由左至右進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，得出不同負(fù)荷下的壁溫分布曲線圖1。

圖1 沿爐膛寬度高再金屬壁溫高值分布

通過1 000MW，800MW各兩個(gè)工況對(duì)比可以看出，負(fù)荷相同情況下，磨煤機(jī)運(yùn)行組合不同，壁溫的分布曲線趨勢(shì)略有變化，整體呈雙駝峰曲線趨勢(shì)，最高壁溫點(diǎn)在第65—71片處。

通過700MW，650MW，575MW負(fù)荷工況對(duì)比可知，不同負(fù)荷、磨煤機(jī)運(yùn)行組合情況下，壁溫的分布曲線趨勢(shì)有一定變化，整體仍呈雙駝峰曲線趨勢(shì)，最高壁溫點(diǎn)在第68—71片處。

通過不同負(fù)荷下高的分布曲線可以看出，機(jī)組負(fù)荷在500MW以上時(shí)，高再金屬壁溫高值區(qū)域沿爐寬方向呈“雙駝峰”的形式存在，壁溫高值區(qū)主要發(fā)生在靠近左墻的第6—12屏附近和靠近右墻的第66—71屏附近。

以上幾個(gè)工況下的兩側(cè)煙溫偏差、風(fēng)量偏差均控制在正常范圍內(nèi)，但金屬壁溫仍存在較大偏差，說明鍋爐存在熱偏差，導(dǎo)致再熱汽溫?zé)o法達(dá)到設(shè)計(jì)值的主要原因，故解決鍋爐熱偏差是首要工作。

2.2 產(chǎn)生熱偏差的因素

1)磨煤機(jī)出口粉管各參數(shù)存在偏差，磨煤機(jī)出口粉管設(shè)置了煤粉濃度、風(fēng)速測(cè)點(diǎn)，通過運(yùn)行磨煤機(jī)的主要參數(shù)、出口粉管濃度及風(fēng)速可知，磨煤機(jī)出口8根粉管的煤粉濃度及速度均存在差別，而且在不同煤種、煤量及分離器轉(zhuǎn)速下，煤粉分配又不一致，造成在機(jī)組不同負(fù)荷下爐膛溫度沿寬度方向分布不均，導(dǎo)致各受熱面溫度沿寬度方向分布不均。

2)鍋爐制粉系統(tǒng)采用側(cè)面布置，造成制粉系統(tǒng)出口至燃燒器的阻力從左至右逐漸增大，調(diào)平難度較大，間接導(dǎo)致了爐膛煤粉均勻性很難保證。

3)機(jī)組調(diào)試期間，吹灰系統(tǒng)未調(diào)試好，并沒有進(jìn)行有規(guī)律的吹灰，部分受熱面存在結(jié)焦情況。

4)即使在相同負(fù)荷及相同制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式下，因鍋爐結(jié)焦、煤質(zhì)煤量等不穩(wěn)定因素下，現(xiàn)象也不完全一致，需要進(jìn)行進(jìn)一步的燃燒調(diào)整試驗(yàn)來掌握規(guī)律及方法。

3 熱偏差控制及調(diào)試要點(diǎn)

3.1 本體要求

1)考慮增加受熱面布置再熱蒸汽出口溫度由603℃提高至623℃，由于再熱蒸汽溫升的提高，首先需要布置足夠的受熱面來解決吸熱增加的問題。由于再熱蒸汽的溫度主要依賴于煙氣擋板調(diào)節(jié)，為了保證再熱蒸汽的汽溫調(diào)節(jié)特性，可以考慮增加低溫再熱器側(cè)受熱面〔1〕。通過受熱面的增加可以確保在保證低溫再熱器煙道所占煙氣份額基本不變的情況下，通過擋板調(diào)節(jié)能確保高溫再熱器出口蒸汽溫度達(dá)到設(shè)計(jì)值。

2)受熱面管道連接各級(jí)再熱器之間的連接采用大管道連接，使蒸汽能充分混合，引入引出管盡量對(duì)稱布置，減少靜壓差，使流量分配均勻，減少汽溫偏差。針對(duì)內(nèi)外圈不同位置的管子采取不同的節(jié)流孔，控制壁溫偏差，調(diào)節(jié)管子流量，減小屏間偏差。

3)保證配風(fēng)均勻性合理布置大風(fēng)箱的結(jié)構(gòu)形式，如在大風(fēng)箱同層各燃燒器的風(fēng)道中加導(dǎo)流板等，使沿爐膛寬度方向上各燃燒器的配風(fēng)更均勻。

4)保證煤粉輸入均勻性，合理調(diào)整各層煤粉管道阻力和爐膛寬度方向上煤粉輸入的均勻性，減少煙溫偏差及對(duì)汽溫偏差的影響。

3.2 控制工質(zhì)偏差

通過有效控制汽溫偏差，降低再熱器金屬溫度的最高運(yùn)行值，可以提高鍋爐運(yùn)行的安全性，確保鍋爐安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。從603℃超超臨界鍋爐運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，在實(shí)際運(yùn)行過程中，兩側(cè)再熱汽溫偏差是真實(shí)存在的。建議采用合理的措施，控制介質(zhì)流動(dòng)偏差，介質(zhì)流動(dòng)偏差主要分為同屏偏差和屏間偏差。

1)同屏偏差產(chǎn)生的原因是由于在同一屏中管子的長(zhǎng)短不同、受熱不同，因此流通阻力大的管子流量小，流通阻力小的管子流量大。流量大的管子冷卻迅速，所以溫度低，流量小的管子冷卻慢，所以溫度高?？梢圆捎煤侠淼摹肮?jié)流”手段可以有效控制不同管間的流通阻力，有效消除同屏的偏差。

2)屏間偏差產(chǎn)生的原因是由于進(jìn)出口集箱的動(dòng)靜壓的分配偏差造成，合理選擇集箱口徑和集箱的引入引出方式，有效控制屏間介質(zhì)流動(dòng)偏差。

3.3 布置足夠的壁溫測(cè)點(diǎn)

目前已經(jīng)投運(yùn)的很多機(jī)組均存在壁溫偏差，即平均溫度距離超溫點(diǎn)控制的較好，但因?yàn)閭€(gè)別壁溫點(diǎn)的溫度較高，為防止金屬壁溫超溫，不得已限制再熱汽溫，導(dǎo)致達(dá)不到設(shè)計(jì)值。應(yīng)增設(shè)數(shù)量足夠且有代表性的壁溫測(cè)點(diǎn)，為燃燒調(diào)整優(yōu)化提供監(jiān)視點(diǎn)，準(zhǔn)確監(jiān)視受熱面溫度變化，提供運(yùn)行調(diào)整依據(jù)，以防止超溫〔2〕。

3.4 爐內(nèi)動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)

進(jìn)行一二次風(fēng)量、風(fēng)速測(cè)定標(biāo)定、爐內(nèi)一次風(fēng)噴口風(fēng)速分布測(cè)試、燃燒器內(nèi)二次風(fēng)擋板特性試驗(yàn)、燃燒器外二次風(fēng)擋板特性試驗(yàn)、中心風(fēng)速測(cè)量、貼壁風(fēng)風(fēng)門擋板特性試驗(yàn)、燃盡風(fēng)中心風(fēng)風(fēng)門擋板特性試驗(yàn)、燃盡風(fēng)外二次風(fēng)風(fēng)門擋板特性試驗(yàn)、燃盡風(fēng)風(fēng)速分布測(cè)試、還原風(fēng)風(fēng)門擋板特性等試驗(yàn)。

爐內(nèi)空氣場(chǎng)煙花示蹤試驗(yàn)，直觀地幫助調(diào)試與運(yùn)行人員了解、掌握爐膛空氣動(dòng)力場(chǎng)，旋流燃燒器火焰形狀、特征、配風(fēng)等參數(shù)變化對(duì)燃燒的影響，發(fā)現(xiàn)可能存在的問題，為后續(xù)整套啟動(dòng)及燃燒優(yōu)化調(diào)整打下基礎(chǔ)。

通過試驗(yàn)對(duì)風(fēng)箱、燃燒器、擋板等燃燒系統(tǒng)進(jìn)行檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)一些制造、安裝質(zhì)量問題，消除隱患；對(duì)風(fēng)量測(cè)量裝置進(jìn)行標(biāo)定，保證其測(cè)量的準(zhǔn)確性；對(duì)風(fēng)門擋板特性及沿爐寬方向的分布進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)調(diào)整。

3.5 保證調(diào)試標(biāo)準(zhǔn)

煙風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)檢查符合設(shè)計(jì)要求，風(fēng)量與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)偏差不超過±5%〔4〕。同層燃燒二次風(fēng)擋板開度偏差不大于±5%；同層二次風(fēng)噴口風(fēng)速偏差不大于±5%〔3〕。冷態(tài)同層一次風(fēng)噴口風(fēng)速偏差不大于±5%；熱態(tài)運(yùn)行后，如果再次出現(xiàn)偏差，需再進(jìn)行熱態(tài)調(diào)平風(fēng)速偏差不大于±5%〔3〕。

3.6 鍋爐安裝質(zhì)量驗(yàn)收

爐膛安裝后整體寬度偏差不大于2/1 000，最大不大于15 mm，管排平整度偏差不大于±5 mm〔4〕。爐膛折焰角、水平煙道、尾部豎井煙道、過熱器、再熱器、省煤器等管屏各部膨脹間距、通流間隙均符合鍋爐廠技術(shù)要求。受熱面部件材質(zhì)組合安裝前應(yīng)按設(shè)備技術(shù)文件進(jìn)行材質(zhì)復(fù)查，作出標(biāo)識(shí)，安裝結(jié)束后應(yīng)復(fù)查。

3.7 安裝和調(diào)試

3.7.1 吹灰系統(tǒng)

1)吹灰溫度、壓力參數(shù)的熱態(tài)調(diào)整，達(dá)到設(shè)計(jì)要求；蒸汽吹灰器試驗(yàn)疏水溫度達(dá)到230℃，進(jìn)退到位，確保吹灰無(wú)死角、無(wú)內(nèi)漏、全過程無(wú)卡澀。2)進(jìn)行吹灰器組合投運(yùn)方式試驗(yàn)。3)進(jìn)行吹灰對(duì)鍋爐(吹灰前后爐膛溫度、排煙溫度、汽溫、汽壓)的影響試驗(yàn)。4)保證吹灰器投入率達(dá)到100%。

3.7.2 制粉系統(tǒng)

1)旋轉(zhuǎn)分離器:分離器動(dòng)作靈活，內(nèi)外部動(dòng)作一致、準(zhǔn)確；核對(duì)動(dòng)態(tài)分離器不同頻率下的轉(zhuǎn)速，應(yīng)準(zhǔn)確，線性度良好。2)煤粉分配器應(yīng)確保煤粉分配的均勻性，保證同層一次風(fēng)噴口風(fēng)速偏差不大于±5%。3)制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整。確定動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速與磨煤機(jī)出力的曲線，把繪制的曲線置入DCS，作為分離器轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)目標(biāo)，分離器轉(zhuǎn)速投入自動(dòng)，動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速調(diào)整至最佳轉(zhuǎn)速；確定動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速與煤粉細(xì)度均勻度的關(guān)系曲線，做好制粉系統(tǒng)熱態(tài)調(diào)平及燃燒調(diào)整工作，保證各臺(tái)磨煤機(jī)8個(gè)出口粉管出粉均勻性。

3.7.3 煙氣擋板

確保煙氣擋板安裝質(zhì)量，試運(yùn)時(shí)嚴(yán)格控制傳動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)驗(yàn)收工作嚴(yán)格把關(guān)。鍋爐帶負(fù)荷時(shí)應(yīng)進(jìn)行煙氣擋板調(diào)節(jié)特性試驗(yàn)。

3.7.4 控制鍋爐底部除渣系統(tǒng)漏風(fēng)率

對(duì)除渣系統(tǒng)漏風(fēng)進(jìn)行有效控制，確保漏風(fēng)量在可控范圍內(nèi)。

3.8 進(jìn)行初步鍋爐燃燒調(diào)整

通過變風(fēng)箱差壓試驗(yàn)，分析風(fēng)箱差壓變化對(duì)再熱汽溫偏差、高再進(jìn)出口煙溫偏差的影響。調(diào)整還原風(fēng)、燃盡風(fēng)來調(diào)整再熱汽溫偏差、高再進(jìn)出口煙溫偏差。調(diào)整磨煤機(jī)運(yùn)行參數(shù)及不同磨煤機(jī)投運(yùn)組合方式試驗(yàn)。

3.9 燃料管理

做好調(diào)試、燃燒調(diào)整試驗(yàn)期間入爐燃料管理工作，確保煤質(zhì)無(wú)較大變化，保證燃燒調(diào)整過程中收集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和代表性。

4 調(diào)整效果

4.1 調(diào)整項(xiàng)目

該廠在鍋爐燃燒調(diào)整試驗(yàn)期間按照控制方法進(jìn)行部分調(diào)整，主要項(xiàng)目有:一二次風(fēng)熱態(tài)調(diào)平、吹灰系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)，保證吹灰器投入率達(dá)到100%，制定嚴(yán)格投運(yùn)規(guī)定，確保所有受熱面每天至少吹掃一遍。

在一次風(fēng)調(diào)平完成的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同轉(zhuǎn)速下取樣測(cè)量得出的煤粉細(xì)度，制定動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速與煤粉細(xì)度的關(guān)系曲線，作為運(yùn)行人員調(diào)節(jié)依據(jù)。

4.2 效果檢驗(yàn)

選取機(jī)組兩組工況，主要參數(shù)見表2，根據(jù)金屬壁溫測(cè)點(diǎn)數(shù)值進(jìn)行整理，作出沿爐膛寬度高再，金屬壁溫高值分布曲線，如圖2所示。

表2 兩組工況下主要參數(shù)

圖2 高再金屬壁溫高值分布

通過以上兩組工況沿爐膛寬度作出的高再金屬壁溫高值分布曲線可以看出，高再金屬壁溫高值區(qū)域沿爐寬方向分布曲線與調(diào)整前的雙駝峰曲線相比更加平緩，高值與低值偏差明顯減小，也能說明進(jìn)行調(diào)整后，提高了入爐煤粉的均勻性、一二次配風(fēng)的均勻性，減少了鍋爐兩側(cè)熱偏差。

5 結(jié)束語(yǔ)

1)再熱蒸汽溫度623℃超超臨界燃煤鍋爐，充分利用了現(xiàn)有材料的安全余量，對(duì)鍋爐安全運(yùn)行提出了更高的要求，必須防止管壁超溫造成受熱面爆管。

2)磨煤機(jī)出口風(fēng)速及濃度存在偏差是導(dǎo)致熱偏差的重要原因，應(yīng)首先進(jìn)行制粉系統(tǒng)熱態(tài)調(diào)平工作，保證各臺(tái)磨煤機(jī)8個(gè)出口粉管出粉均勻性。在此基礎(chǔ)上，逐步開展變氧量、變風(fēng)門擋板、變制粉系統(tǒng)組合方式、變風(fēng)箱壓力等試驗(yàn)，分析各參數(shù)對(duì)再熱汽溫偏差、再熱器壁溫偏差、高再進(jìn)出口煙溫偏差等參數(shù)的影響。通過設(shè)置合適的運(yùn)行氧量、合理的配風(fēng)、降低磨煤機(jī)入口風(fēng)量以及磨煤機(jī)出口的提高等優(yōu)化措施，較調(diào)整前明顯改善了熱偏差的狀況。

3)熱偏差是限制再熱汽溫達(dá)不到設(shè)計(jì)值的主要原因。通過設(shè)計(jì)優(yōu)化、合理選材，有效控制調(diào)試和調(diào)整等各個(gè)環(huán)節(jié)，確保鍋爐金屬管壁溫度分布均勻，實(shí)現(xiàn)再熱汽溫長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定在623℃的目標(biāo)。

〔1〕翟德雙.660MW超超臨界π型鍋爐再熱汽溫623℃探索〔J〕.中國(guó)電力.2013，46(3):28-31.

〔2〕全文濤，呂曉東，王健.再熱蒸汽溫度623℃超超臨界鍋爐燃燒偏差控制〔J〕.鍋爐技術(shù)，2015，46(401):12-15.

〔3〕中華人民共和國(guó)電力工業(yè)部建設(shè)協(xié)調(diào)司.火電工程調(diào)整試運(yùn)質(zhì)量檢驗(yàn)及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(1996版)〔S〕.1997.

〔4〕中華人民共和國(guó)國(guó)家能源局.電力建設(shè)施工質(zhì)量驗(yàn)收及評(píng)價(jià)規(guī)程:DL/T 5210.2—2009〔S〕.北京:中國(guó)電力出版社.209.

TM621.2

B

1008-0198(2016)05-0054-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.05.014

張冠群(1984)，男，遼寧沈陽(yáng)人，工程師，工學(xué)學(xué)士，從事火力發(fā)電廠生產(chǎn)運(yùn)行工作。

2016-03-03 改回日期:2016-05-23