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        超超臨界鍋爐運行氧量優(yōu)化調(diào)整

        2016-06-16 01:01:16劉培紅張曉東
        綜合智慧能源 2016年3期
        關(guān)鍵詞:均勻性氧量

        劉培紅,張曉東

        (華電萊州發(fā)電有限公司,山東 萊州 261400)

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        超超臨界鍋爐運行氧量優(yōu)化調(diào)整

        劉培紅,張曉東

        (華電萊州發(fā)電有限公司,山東 萊州261400)

        摘要:華電萊州發(fā)電有限公司#1超超臨界鍋爐實際運行中存在兩側(cè)氧量偏差大、再熱器減溫水量偏高、過熱器管壁超溫和受熱面高溫腐蝕等問題,為解決該問題,對該鍋爐的氧量進行優(yōu)化調(diào)整試驗。進行了鍋爐氧量均勻性調(diào)整試驗及950,800 MW工況變氧量試驗,得出了不同工況下的最佳運行氧量及氧量臨界值。優(yōu)化后,飛灰中碳的質(zhì)量分數(shù)及CO體積分數(shù)有效降低,過熱器管壁超溫及受熱面高溫腐蝕問題得到緩解,大幅度提高了鍋爐的經(jīng)濟性。

        關(guān)鍵詞:超超臨界鍋爐;氧量;均勻性;變氧量;調(diào)整試驗

        0引言

        對于超超臨界百萬機組的燃煤鍋爐,運行氧量是一項主要指標,也是運行人員調(diào)整的主要參數(shù),其與飛灰含碳量、爐渣含碳量、排煙熱損失、風機電耗和NOx排放量等各項指標有較強的相關(guān)性[1]。華電萊州發(fā)電有限公司#1超超臨界鍋爐實際運行中存在兩側(cè)氧量偏差大、再熱器減溫水量偏高、過熱器管壁超溫和受熱面高溫腐蝕等問題,為了解決該問題,對鍋爐的氧量進行調(diào)整優(yōu)化試驗。

        1機組概況

        華電萊州發(fā)電有限公司2×1 050 MW機組的鍋爐為超超臨界參數(shù)變壓直流本生型鍋爐,一次再熱,單爐膛,前后墻對沖燃燒方式,尾部雙煙道結(jié)構(gòu),采用擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫,固態(tài)排渣,全鋼構(gòu)架,全懸吊結(jié)構(gòu),平衡通風,島式布置(運轉(zhuǎn)層以下封閉布置)。制粉系統(tǒng)為正壓直吹式,配6臺中速輥式磨煤機。設(shè)計煤種采用神華煤,校核煤種采用神府和晉北混煤,燃用煤種為煙煤。鍋爐點火及助燃采用#0輕柴油。

        2氧量優(yōu)化調(diào)整試驗前的準備工作

        機組在1 000 MW負荷下穩(wěn)定運行4 h以后,在運行人員日常習慣運行工況下,試驗人員進行空氣預(yù)熱器入口氧量場的標定,確定表盤排煙溫度、分散控制系統(tǒng)(DCS)表盤顯示氧量值與就地氧量測量值的對應(yīng)關(guān)系,對鍋爐目前的運行狀況進行摸底,采集原煤、飛灰、大渣、煤粉樣品,以此為后續(xù)優(yōu)化試驗的比較基準。

        2.1鍋爐膛出口氧量場標定試驗

        #1鍋爐負荷1 000 MW,在常規(guī)運行工況下,對空氣預(yù)熱器入口氧量場分布情況進行測量,測量標定結(jié)果見表1。對比現(xiàn)場測量的氧量數(shù)據(jù)與DCS表盤顯示的氧量,2組數(shù)據(jù)基本吻合,只有B側(cè)煙道外側(cè)DCS表盤氧量與實測值相比偏低。

        表1 氧量場標定 %

        注: A1~A8,B1~B8分別為A,B側(cè)煙道內(nèi)側(cè)至煙道外側(cè)的

        測點。

        2.2鍋爐氧量均勻性調(diào)整試驗

        (1)調(diào)整前鍋爐運行情況。運行A,B,D,E,F(xiàn) 5套制粉系統(tǒng),進行氧量均勻性調(diào)整試驗。調(diào)整前,A,B側(cè)二次風門總開度為100%,兩側(cè)燃盡風門開度為50%,5層燃燒器對應(yīng)的#1,#2,#7,#8外二次風門開度分別為60%,70%,70%,60%,中間的#3,#4,#5,#6風門開度為40%,A側(cè)氧的體積分數(shù)分別為1.0%,2.2%和3.6%,B側(cè)氧的體積分數(shù)分別為1.4%,2.6%和3.5%。

        (2)外二次風門開度調(diào)整。將#3,#4,#5,#6

        表2 氧量調(diào)平試驗鍋爐效率計算結(jié)果

        表3 調(diào)整后內(nèi)、外二次風門開度 %

        外二次風門開度由40%關(guān)至35%,#1,#2,#7,#8外二次風門開度保持60%,70%,70%,60%不變。調(diào)整后A側(cè)氧的體積分數(shù)分別為1.6%,3.5%和3.0%,B側(cè)氧的體積分數(shù)分別為2.6%,2.9%和3.2%。

        (3)燃盡風門調(diào)整。用燃盡風進行微調(diào),A側(cè)開度保持50%不變,將B側(cè)開度關(guān)至45%,A側(cè)氧的體積分數(shù)分別為2.2%,3.2%和3.0%,B側(cè)氧的體積分數(shù)分別為2.9%,2.6%和3.2%。調(diào)整后,兩側(cè)氧量場達到了平衡且均勻的狀態(tài)。為防止中間噴燃器煤粉飛邊,將#3,#4,#5,#6內(nèi)二次風門開度調(diào)整至40%(2格)。

        通過調(diào)整試驗,表盤和就地風門開度趨于合理,兩側(cè)煙道氧量基本達到平衡。氧量調(diào)平后鍋爐效率變化見表2,風門開度見表3。

        由計算結(jié)果可以看出,氧量調(diào)平后,鍋爐效率比摸底試驗升高0.59百分點,主要原因是氧量調(diào)平后,煙道外側(cè)氧量正常,其對應(yīng)的飛灰中碳的質(zhì)量分數(shù)、CO體積分數(shù)降低,鍋爐效率升高。

        3氧量優(yōu)化調(diào)整試驗

        在保證機組安全運行、其他運行參數(shù)不變的條件下,以空氣預(yù)熱器進口氧量為變化參數(shù),改變鍋爐運行氧量,測取鍋爐特性數(shù)據(jù),并采集原煤和飛灰樣品,觀察不同氧量對主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度、排煙溫度、受熱面壁溫、減溫水量、結(jié)焦的影響[2]。測量煙氣中NOx的質(zhì)量濃度及鍋爐熱效率等數(shù)據(jù),根據(jù)測量結(jié)果,確定鍋爐最佳運行氧量以及脫硝設(shè)備入口的最佳NOx質(zhì)量濃度。試驗在950 MW和800 MW負荷下進行。

        機組在950 MW負荷下穩(wěn)定運行8 h以上,進行變氧量試驗,鍋爐運行的具體氧量設(shè)置為2.5%,3.0%和3.5%。機組在800 MW負荷下穩(wěn)定運行8 h以上,進行變氧量試驗,鍋爐運行的具體氧量設(shè)置為2.7%,3.2%和3.7%。

        3.1950 MW工況氧量優(yōu)化試驗

        3.1.1試驗情況

        機組負荷950 MW,運行A,B,D,E,F(xiàn) 5套制粉系統(tǒng),氧量試驗分3個工況進行。第1個工況氧的體積分數(shù)設(shè)定3.5%,再熱器減溫水量為95 t/h,飛灰中碳的質(zhì)量分數(shù)為1.26%,0.52%,0.58%和1.40%;第2個工況氧的體積分數(shù)設(shè)定3.0%,再熱器減溫水量為89 t/h,飛灰中碳的質(zhì)量分數(shù)為1.15%,0.52%,0.33%和1.16%;第3個工況氧的體積分數(shù)設(shè)定2.5%,再熱器減溫水量為80t/h,飛灰中碳的質(zhì)量分數(shù)為1.36%,0.78%,0.50%和1.86%。其他參數(shù)無明顯變化。

        3.1.2試驗數(shù)據(jù)分析

        氧的體積分數(shù)由3.5%降至3.0%,飛灰中碳的質(zhì)量分數(shù)相差0.15百分點,再熱器減溫水量下降6 t/h;氧的體積分數(shù)由3.0%降至2.5%,爐膛出口氧量場分布均勻性變差,飛灰中碳的質(zhì)量分數(shù)由0.790%升至1.125%,升高了0.335百分點,再熱器減溫水量下降9 t/h;第3個工況下,A,B煙道外側(cè)兩端氧量偏低,CO體積分數(shù)比前2個工況升高;排煙溫度等其他參數(shù)無明顯變化。

        3.1.3最佳氧量確定

        鍋爐效率與運行氧量的關(guān)系曲線如圖1所示,950 MW負荷工況下,氧的體積分數(shù)為2.5%,3.0%和3.5%時,鍋爐效率變化不大,其中氧的體積分數(shù)為3.0%時鍋爐效率最高??紤]高氧量運行后引、送風機電耗升高,低氧量運行爐膛氧量分布不均勻、高溫腐蝕加劇等的影響,建議運行中在950 MW負荷工況下氧的體積分數(shù)應(yīng)保持在3.0%。

        圖1 950 MW負荷下鍋爐效率與運行氧量的關(guān)系

        3.2800 MW工況氧量優(yōu)化試驗

        3.2.1試驗情況

        機組負荷800 MW,運行A,B,C,D,F(xiàn) 5套制粉系統(tǒng),氧量試驗分3個工況進行。第1個工況氧的體積分數(shù)設(shè)定3.2%,再熱器減溫水量為100 t/h,飛灰中碳的質(zhì)量分數(shù)為0.8%;第2個工況氧的體積分數(shù)設(shè)定3.7%,再熱器減溫水量為100 t/h,飛灰中碳的質(zhì)量分數(shù)為0.7%;第3個工況氧的體積分數(shù)設(shè)定2.6%,再熱器減溫水量為90.2 t/h,飛灰中碳的質(zhì)量分數(shù)為0.8%。

        3.2.2試驗數(shù)據(jù)分析

        氧的體積分數(shù)由3.7%降至3.2%,飛灰中碳的質(zhì)量分數(shù)相差0.1百分點,基本持平,再熱器減溫水量持平;氧的體積分數(shù)由3.2%降至2.7%,爐膛出口氧量場分布均勻性變差;第3 個工況下,A,B煙道外側(cè)兩端氧量偏低,CO體積分數(shù)比前2個工況升高;排煙溫度等其他參數(shù)無明顯變化。

        3.2.3最佳氧量確定

        鍋爐效率與運行氧量的關(guān)系曲線如圖2所示,800 MW負荷工況下,氧的體積分數(shù)為3.6%時鍋爐效率最高??紤]高氧量運行后引、送風機電耗升高,低氧量運行爐膛氧量分布不均勻、高溫腐蝕加劇等的影響,建議800 MW負荷工況下氧的體積分數(shù)應(yīng)保持在3.5%。

        圖2 800 MW負荷下鍋爐效率與運行氧量的關(guān)系

        4CO檢測試驗

        在1 000 MW工況下,對#1鍋爐進行CO檢測試驗,改變氧量尋找CO與O2的關(guān)系曲線,尋找燃燒最佳氧量,試驗結(jié)果如圖3所示。

        圖3 CO與O2關(guān)系曲線

        入爐總風量不足或爐內(nèi)氧量分布不均,局部燃燒缺氧,不僅使煙氣中CO的體積分數(shù)增加,而且會導(dǎo)致飛灰可燃物含量增加,反之亦然[3]。如果煙氣中CO的體積分數(shù)較高,說明爐內(nèi)局部缺氧。測試發(fā)現(xiàn),#1鍋爐沿煙道截面的煙氣分層現(xiàn)象嚴重:鍋爐B 側(cè)煙道外部缺氧,煙氣中CO的體積分數(shù)很高;鍋爐煙道內(nèi)側(cè)氧富集,煙氣中CO的體積分數(shù)低。

        由試驗結(jié)果看,煙氣中CO的體積分數(shù)對氧量變化反應(yīng)敏感,臨界點附近氧量的微小變化就會導(dǎo)致CO體積分數(shù)急劇變化,該公司#1鍋爐運行氧量的臨界點在2%左右。建議運行中控制各DCS氧量測點顯示不要低于2.0%,避免水冷壁高溫腐蝕加劇。

        5結(jié)論

        通過調(diào)整外二次風、燃盡風,使#1鍋爐的配風方式得到全面優(yōu)化,爐膛出口氧量場基本調(diào)整均勻,局部缺氧問題明顯改善,煙道中CO的體積分數(shù)平均值由0.95%降至0.12%,飛灰中碳的質(zhì)量分數(shù)由摸底試驗的1.87%降至0.79%,鍋爐效率提高0.59百分點。調(diào)整后,過熱器管壁超溫和受熱面高溫腐蝕問題得到了有效緩解,運行方式達到全面優(yōu)化,為鍋爐安全、經(jīng)濟運行提供了技術(shù)支持。

        參考文獻:

        [1]李賀,謝江,祁積滿.1 000 MW超超臨界機組鍋爐運行參數(shù)控制[J].云南電力技術(shù),2013,41(5):89-93.

        [2]劉吉臻,牛成林,李建強,等.鍋爐經(jīng)濟性分析及最優(yōu)氧量的確定[J].動力工程,2009,29(3):245-249.

        [3]裘立春,張建華.基于CO的燃煤鍋爐燃燒優(yōu)化[J].浙江電力,2005(3):10-12.

        (本文責編:劉芳)

        收稿日期:2015-12-21;修回日期:2016-02-25

        中圖分類號:TK 229.2

        文獻標志碼:B

        文章編號:1674-1951(2016)03-0044-04

        作者簡介:

        劉培紅(1975—),女,山東濰坊人,助理工程師,從事火力發(fā)電廠節(jié)能工作(E-mail:1409031800@qq.com)。

        張曉東(1977—),男,福建仙游人,工程師,工程碩士,從事火力發(fā)電廠集控運行工作(E-mail:zxd7139@163.com)。

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