蔣德勇，黃 俊

(1. 國(guó)電泰州發(fā)電有限公司， 江蘇泰州 225327； 2. 國(guó)電諫壁電廠， 江蘇鎮(zhèn)江 212006)

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1000MW超超臨界二次再熱鍋爐的工程實(shí)踐

蔣德勇1，黃 俊2

(1. 國(guó)電泰州發(fā)電有限公司， 江蘇泰州 225327； 2. 國(guó)電諫壁電廠， 江蘇鎮(zhèn)江 212006)

簡(jiǎn)述了國(guó)內(nèi)某二次再熱鍋爐的設(shè)計(jì)方案及技術(shù)特點(diǎn)，通過解決該鍋爐安裝過程中存在的問題，分析鍋爐調(diào)試及機(jī)組運(yùn)行時(shí)鍋爐主要參數(shù)和環(huán)保排放的實(shí)際情況，驗(yàn)證了鍋爐設(shè)計(jì)方案的正確性，為二次再熱鍋爐的建設(shè)提供了經(jīng)驗(yàn)。

超超臨界鍋爐； 二次再熱

為進(jìn)一步提高火力發(fā)電廠發(fā)電效率，降低燃煤消耗量，減輕環(huán)境壓力，國(guó)家能源局2011年確定了某電廠二期工程作為國(guó)家二次再熱燃煤示范項(xiàng)目，以期深入了解二次再熱技術(shù)。筆者介紹了該項(xiàng)目二次再熱鍋爐的設(shè)計(jì)方案及技術(shù)特點(diǎn)、鍋爐安裝過程中存在的問題和解決方案、鍋爐調(diào)試方案及其實(shí)際效果，以及機(jī)組運(yùn)行時(shí)鍋爐的主要參數(shù)和排放的實(shí)際數(shù)值，驗(yàn)證了二次再熱鍋爐設(shè)計(jì)方案的正確性。工程的成功建設(shè)，證實(shí)了我國(guó)具備建設(shè)百萬千瓦二次再熱機(jī)組的能力，也為后續(xù)二次再熱鍋爐的建設(shè)提供了經(jīng)驗(yàn)。

1 鍋爐簡(jiǎn)介及技術(shù)特點(diǎn)

1.1總體布置

鍋爐為超超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐，單爐膛塔式布置、二次中間再熱、四角切圓燃燒、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊構(gòu)造、露天布置，尾部布置2臺(tái)轉(zhuǎn)子直徑為17286mm的三分倉容克式空氣預(yù)熱器。鍋爐BMCR蒸發(fā)量為2710t/h，出口蒸汽參數(shù)為33.03MPa/605℃/613℃/613℃。

鍋爐總體布置見圖1。

鍋爐設(shè)計(jì)煤種為神華煤，為適應(yīng)機(jī)組投產(chǎn)后實(shí)際燃煤需求，以滿世混及東北煤作為校核煤種。煤種及主要參數(shù)見表1。

表1 煤質(zhì)參數(shù)

燃燒系統(tǒng)按正壓直吹式制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)，配置6臺(tái)磨煤機(jī)，每層制粉系統(tǒng)配備點(diǎn)火油槍，其中B層另外單獨(dú)設(shè)置等離子點(diǎn)火裝置，點(diǎn)火方式較為靈活。燃燒器采用高級(jí)復(fù)合空氣分級(jí)燃燒系統(tǒng)，在主燃燒器上方布置兩級(jí)分離燃盡風(fēng)，通過深層次的空氣分級(jí)，可有效控制爐內(nèi)燃燒過程中NOx的生成；同時(shí)優(yōu)化主燃燒器區(qū)域的風(fēng)門結(jié)構(gòu)，確保低負(fù)荷和滿負(fù)荷時(shí)主燃燒器區(qū)域的過量空氣系數(shù)在同一水平，從而有效控制低負(fù)荷的NOx排放。

等離子點(diǎn)火受煤粉濃度限值，給煤量一般不低于35t/h，冷爐直接點(diǎn)火時(shí)對(duì)鍋爐產(chǎn)生的熱沖擊較大。為消除該負(fù)面影響，熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)增設(shè)了臨機(jī)加熱系統(tǒng)，利用輔汽加熱給水，通過調(diào)節(jié)輔汽量及上水流量可以有效控制鍋爐升溫率。

400MW以上負(fù)荷，脫硝系統(tǒng)可連續(xù)投運(yùn)，短時(shí)間內(nèi)可實(shí)現(xiàn)300MW以上負(fù)荷脫硝投運(yùn)。

1.2受熱面布置及材質(zhì)

爐膛由膜式水冷壁組成，全部采用12Cr1MoVG，水冷壁采用螺旋管加垂直管的布置方式，主要規(guī)格為直徑44.5mm、壁厚9mm，直徑38mm、壁厚8.5mm，直徑38mm、壁厚7mm；省煤器單級(jí)布置，過熱器分兩級(jí)布置，一次及二次再熱器均為兩級(jí)布置，爐內(nèi)沿?zé)煔饬飨蛞来尾贾玫蜏剡^熱器、高溫再熱器低溫段、高溫過熱器、高溫再熱器高溫段、低溫再熱器、省煤器，其中一次再熱器與二次再熱器對(duì)稱布置于前后爐膛。爐內(nèi)受熱面管排均為臥式布置，并通過懸吊管吊掛于鋼架上(見圖2)。該結(jié)構(gòu)有利于疏水，整臺(tái)鍋爐都可以進(jìn)行酸洗，只需在酸洗以后將酸液排放徹底。

采用分隔煙道設(shè)計(jì)，利用部分低溫過熱器管束在爐內(nèi)形成中間隔墻，將爐膛分為前、后兩個(gè)煙道，一次再熱器及二次再熱器分別布置在前、后煙道中，并在煙道出口位置設(shè)置調(diào)溫?fù)醢逡云胶庖弧⒍卧贌崞魑鼰崃?。二次再熱的引入，使得再熱蒸汽吸熱比例大幅增?約28%)，高溫受熱面大幅增加。將高溫過熱器布置于高溫再熱器低溫段與高溫段之間，有效解決了高溫受熱面吸熱問題，同時(shí)增強(qiáng)了再熱器溫度的輻射特性，有利于提高再熱器溫度。

隔墻過熱器采用與水冷壁相同的膜式壁結(jié)構(gòu)，屬于低溫過熱器的一部分。低溫過熱器進(jìn)口集箱出口管束，一部分經(jīng)由爐內(nèi)懸吊管從上到下引到爐膛出口處的低溫過熱器；另一部分經(jīng)雙煙道隔墻及其出口分配母管引到爐膛出口處的低溫過熱器，進(jìn)入第一級(jí)過熱器出口集箱。主要受熱面材質(zhì)及規(guī)格見表2。

表2 主要受熱面材質(zhì)及規(guī)格

1.3調(diào)溫方式

過熱器汽溫調(diào)節(jié)與常規(guī)超臨界鍋爐相同，通過煤水比和減溫水來控制。再熱器汽溫采用擺動(dòng)燃燒器角度結(jié)合雙煙道擋板調(diào)節(jié)。一、二次再熱器溫度的高低主要調(diào)整通過擺動(dòng)燃燒器角度實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行中還可以通過改變磨煤機(jī)組合方式、過量空氣系數(shù)、二次風(fēng)門開度等手段靈活調(diào)節(jié)。調(diào)整煙氣擋板可以改變通過一、二次再熱器的煙氣流量，以此實(shí)現(xiàn)一、二次再熱器之間的吸熱分配，從而達(dá)到平衡一、二次再熱器之間溫度的目的。低溫再熱器進(jìn)口連接管道上設(shè)置事故噴水，低溫再熱器出口連接管道設(shè)置有微量噴水作為輔助調(diào)節(jié)。機(jī)組運(yùn)行中，負(fù)荷及爐內(nèi)燃燒工況變化較頻繁，通過微量噴水的輔助調(diào)節(jié)以保證再熱器溫度平穩(wěn)運(yùn)行，事故減溫水用于事故狀態(tài)下，再熱器溫度的控制，防止管壁溫度超溫。

該方案結(jié)合了П形鍋爐及塔式鍋爐再熱器的調(diào)溫方式，簡(jiǎn)單可靠。鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)滑壓運(yùn)行在30%～100%BMCR時(shí)過熱蒸汽能維持其額定汽溫；在50%～100% BMCR時(shí)一次再熱蒸汽能維持額定汽溫；在65%～100% BMCR時(shí)二次再熱蒸汽能維持額定汽溫。汽溫允許偏差不超過±5K。

2 工程應(yīng)用

2.1新規(guī)格材料的使用

2.1.1水冷壁

鍋爐參數(shù)的提高，使得水冷壁壁厚增加。根據(jù)DL/T 869—2012《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》相關(guān)要求，壁厚大于8mm的12Cr1MoVG管焊接后需要進(jìn)行熱處理工作。由于水冷壁結(jié)構(gòu)應(yīng)力較大，特別是Y形、T形多通等結(jié)構(gòu)復(fù)雜部位，安裝初期焊接裂紋較為頻繁。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)多次試驗(yàn)，最終在Y形三通、T形多通、水冷套及冷灰斗轉(zhuǎn)角部位等異形管區(qū)域，每隔4～10根管子開一個(gè)長(zhǎng)度為500mm的應(yīng)力釋放槽(見圖3)，有效

解決了焊接過程中產(chǎn)生的裂紋及熱處理帶來的管排彎曲變形現(xiàn)象；同時(shí)為避免運(yùn)行中鍋爐漏灰，在保溫前填充高溫膠泥。

2.1.2懸吊管

懸吊管選用T91材料，壁厚較大(最厚的管子直徑為63.5mm、壁厚為18mm)，常規(guī)的拍片檢查已無法滿足檢驗(yàn)要求，在現(xiàn)場(chǎng)復(fù)檢過程中多次發(fā)現(xiàn)“疑似裂紋”的缺欠(見圖4)，最后確定了采用超聲、導(dǎo)波結(jié)合的檢測(cè)手段。建議新規(guī)格材料的使用前，加工工藝及檢測(cè)手段要同步確定。

2.2調(diào)試

2.2.1鍋爐沖管

沖管工作分兩階段進(jìn)行：第一階段單沖過熱器，采取蓄熱降壓沖管的方式，直至靶板考核合格；第二階段將過熱器、一次再熱器和二次再熱器串聯(lián)沖管，并在二次再熱器進(jìn)口加裝集粒器，采取先穩(wěn)壓沖管、再蓄熱降壓沖管的方式，直至靶板考核合格。

根據(jù)試沖情況，最終確定降壓沖管時(shí)啟動(dòng)分離器壓力控制在10MPa以內(nèi)，過熱器蒸汽溫度小于450℃；穩(wěn)壓沖管時(shí)啟動(dòng)分離器壓力維持在7.0MPa左右，主蒸汽溫度通過過熱器減溫器減溫至430℃以內(nèi)，一次再熱蒸汽溫度通過一次再熱器減溫器減至460℃以內(nèi)，二次再熱蒸汽溫度通過二次再熱器減溫器減至520℃以內(nèi)。壓降沖管參數(shù)見表3，穩(wěn)壓沖管見表4。

表3 降壓沖管參數(shù)

表4 穩(wěn)壓沖管參數(shù)

整個(gè)沖管工作中，通過臨爐加熱系統(tǒng)，提高了鍋爐給水溫度，在不投運(yùn)減溫水的前提下，有效地控制了再熱器溫度。正式降壓沖管共計(jì)72次，穩(wěn)壓沖管2次。第一階段正式降壓沖管共計(jì)為46次，期間停爐4次；第二階段穩(wěn)壓沖管共計(jì)2h，正式降壓沖管共計(jì)為26次，期間共計(jì)停爐3次。兩階段靶板考核時(shí)，靶板上沖擊斑痕粒度均不大于0.8mm，且0.2mm≤d≤0.8mm的斑痕為3點(diǎn)，沖管效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[1]，也優(yōu)于國(guó)電集團(tuán)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2低負(fù)荷穩(wěn)燃

試驗(yàn)期間機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定在300MW，鍋爐給水流量為810t/h左右，燃燒穩(wěn)定，受熱面未出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。鍋爐不投油(等離子)穩(wěn)燃能力達(dá)到了鍋爐30%BMCR出力，符合設(shè)計(jì)水平，說明該鍋爐具備30%BMCR的低負(fù)荷斷油穩(wěn)燃能力。

2.2.3運(yùn)行工況

通過燃燒初調(diào)整，鍋爐燃燒穩(wěn)定，火焰呈光亮的金黃色，具有良好的充滿度，爐膛無明顯結(jié)焦，灰、渣顏色正常。1000MW工況下，各指標(biāo)能夠達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，汽水系統(tǒng)各參數(shù)穩(wěn)定，風(fēng)煙、制粉系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好，爐膛出口兩側(cè)煙溫偏差小于50K，兩側(cè)主、再熱蒸汽溫度偏差值小于5K。鍋爐在機(jī)組各負(fù)荷階段及低負(fù)荷運(yùn)行期間未有水冷壁、過熱器、再熱器壁溫超溫現(xiàn)象，水動(dòng)力特性穩(wěn)定，具備安全運(yùn)行的能力。

需要指出的是，在機(jī)組投產(chǎn)初期，爐膛較干凈，沾污系數(shù)達(dá)不到設(shè)計(jì)值，影響再熱器吸熱量。在部分負(fù)荷時(shí)，一次再熱器及二次再熱器溫度均低于設(shè)計(jì)值約10K。

2.2.4環(huán)保排放

采用先進(jìn)的高級(jí)復(fù)合分離燃燒器系統(tǒng)，可以有效控制鍋爐出口煙氣中NOx含量，實(shí)際排放質(zhì)量濃度為130mg/m3，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)排放值180mg/m3的標(biāo)準(zhǔn)。鍋爐出口NOx排放量的降低，可以有效減少脫硝系統(tǒng)液氨的使用量，有利于緩解空氣預(yù)熱器中硫酸氫銨的產(chǎn)生，避免空氣預(yù)熱器堵塞，同時(shí)也為超低排放指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了有利條件。

3 結(jié)語

該百萬千瓦二次再熱機(jī)組成功投入商業(yè)運(yùn)行，各參數(shù)達(dá)到預(yù)期指標(biāo)，鍋爐效率高于設(shè)計(jì)值，達(dá)到了94.8%，機(jī)組發(fā)電煤耗為256.8g/(kW·h)，體現(xiàn)了二次再熱的先進(jìn)性。機(jī)組部分負(fù)荷時(shí)再熱器溫度偏低的情況需進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整，鍋爐設(shè)計(jì)階段可以通過適當(dāng)增加再熱器面積以適應(yīng)再熱器溫度的調(diào)整。

通過該項(xiàng)目的建設(shè)，成功地解決了由于鍋爐蒸汽參數(shù)提高帶來的新規(guī)格材料使用中存在的問題，為后續(xù)二次再熱鍋爐的建設(shè)提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。

[1] 國(guó)家能源局. 火力發(fā)電建設(shè)工程機(jī)組蒸汽吹管導(dǎo)則：DL/T 1269—2013[S]. 北京：中國(guó)電力出版社，2014.

Engineering Practice of a 1000MW Double-reheat Ultra-supercritical Boiler

Jiang Deyong1, Huang Jun2

(1. Guodian Taizhou Power Generation Co., Ltd., Taizhou 225327, Jiangsu Province, China;2. Guodian Jianbi Power Plant, Zhenjiang 212006, Jiangsu Province, China)

Technical features of a self-developed double-reheat boiler designed and manufactured by a domestic boiler works were introduced, while main parameters for boiler commissioning and unit operation as well as actual conditions of environmental protection were analyzed by solving problems existing in the boiler installation, which proves the boiler design scheme to be correct and may serve as a reference for construction of similar double-reheat boilers.

ultra-supercritical boiler; double reheat

2016-01-21

蔣德勇(1982—)，男，工程師，從事火電廠基建管理工作。

E-mail: jiangdy1982@126.com

TK227

A

1671-086X(2016)06-0421-04