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        1 025 t/h鍋爐增容改造實踐

        2018-03-08 12:36:24張凡志陳強(qiáng)進(jìn)陶良福
        浙江電力 2018年1期
        關(guān)鍵詞:熱器汽包煤種

        張凡志,陳強(qiáng)進(jìn),陶良福,常 樂

        (1.臺州發(fā)電廠,浙江 臺州 318016;2.哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司,哈爾濱 150046)

        臺州發(fā)電廠五期300 MW機(jī)組,鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限公司制造的HG-1025/17.55-YM15、亞臨界中間一次再熱控制循環(huán)汽包鍋爐,使用中速磨直吹式制粉系統(tǒng),固態(tài)排渣、半露天布置、單爐膛、平衡通風(fēng)、四角切圓燃燒方式。為了提高機(jī)組能效、降低機(jī)組煤耗,對機(jī)組進(jìn)行增容改造,銘牌出力增至330 MW,要求鍋爐的蒸發(fā)量增至1 086.9 t/h,需要對鍋爐各系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行核算,在保證安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上,在2013年9—11月,結(jié)合機(jī)組大修,對五期9號鍋爐進(jìn)行了增容改造。

        1 鍋爐本體及輔機(jī)參數(shù)核算

        對鍋爐進(jìn)行改造,應(yīng)盡量減少對鍋爐本體的大改動,從而減少工作量、降低成本、減小風(fēng)險、縮短工期。根據(jù)機(jī)組增容至330 MW對應(yīng)的汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù),需要BMCR(鍋爐最大連續(xù)負(fù)荷)工況下汽水參數(shù)如表1所示??梢?,汽輪機(jī)主汽門進(jìn)口壓力維持不變,鍋爐過熱蒸汽出口壓力維持不變,僅流量增加,即鍋爐過熱器系統(tǒng)流量增加但壓力維持不變。

        表1 鍋爐原設(shè)計及增容需要的汽水參數(shù)

        鍋爐設(shè)計通常有一定裕量,再熱器系統(tǒng)進(jìn)、出口壓力分別比原設(shè)計值高出0.19 MPa和0.179 MPa,但再熱器系統(tǒng)各受壓元件仍處于原設(shè)計壓力4.34 MPa以下,各元件強(qiáng)度滿足強(qiáng)度計算要求。從壓力角度,鍋爐一、二次汽系統(tǒng)受熱面強(qiáng)度滿足要求,可以安全運(yùn)行。

        機(jī)組鍋爐為單爐膛,四角切圓布置擺動式直流燃燒器,切向燃燒,采用煙混煤為設(shè)計和校核煤種,主要參數(shù)見表2,配置5臺上海重型機(jī)器廠有限公司產(chǎn)HP863型磨煤機(jī)(單臺磨煤機(jī)最大出力為38.5 t/h),采用正壓直吹式制粉系統(tǒng),在BMCR工況下,4臺運(yùn)行,1臺備用,原設(shè)計單臺磨煤量為29.75 t/h。

        表2 鍋爐煤種主要參數(shù)

        根據(jù)表1所列增容需要的汽水參數(shù),并結(jié)合表2所列鍋爐煤種參數(shù),進(jìn)行鍋爐熱力校核計算,熱力計算結(jié)果主要數(shù)據(jù)如表3所示(僅列出BMCR工況設(shè)計煤種的部分計算結(jié)果)。通過熱力計算得出,在不增加受熱面的情況下,鍋爐原有受熱面能夠滿足鍋爐蒸發(fā)量增至1 086.9 t/h的要求。

        表3 鍋爐原設(shè)計及增容后BMCR工況下的熱力計算結(jié)果

        由表3可知,鍋爐燃煤量的增加需要磨煤機(jī)出力相應(yīng)增加,增容后單臺磨煤量增加至33.4 t/h,原有磨煤機(jī)出力滿足需求。增容后給水壓力增至19.493 MPa,原給水泵型號為CHTC5/6,出口壓力為21.284 MPa,原有給水泵出力滿足要求。

        隨著燃煤量的增加,煙氣和空氣流量和阻力均有增加。通過煙風(fēng)流量計算,空預(yù)器進(jìn)、出口煙氣量分別為1 351.7 t/h和1 417 t/h,空預(yù)器進(jìn)、出口一次風(fēng)量分別為244 t/h和181 t/h,一次風(fēng)旁路冷風(fēng)量為87 t/h,空預(yù)器進(jìn)、出口二次風(fēng)量分別為894 t/h和882 t/h。

        通過煙風(fēng)阻力計算,鍋爐本體煙氣側(cè)總阻力為2 215 Pa,燃燒器本體一次風(fēng)側(cè)阻力為590 Pa,燃燒器本體二次風(fēng)側(cè)阻力為1 000 Pa,空預(yù)器本體一次風(fēng)側(cè)阻力為500 Pa,空預(yù)器本體二次風(fēng)側(cè)阻力為800 Pa。增容改造前風(fēng)機(jī)的流量及壓力參數(shù)如表4所示。

        表4 增容改造前的風(fēng)機(jī)參數(shù)

        可見,增容后風(fēng)機(jī)的流量、壓頭均不大于原有設(shè)計值并留有裕量,可以滿足增容改造需要。

        根據(jù)熱力計算,鍋爐增容改造前后爐膛出口至空預(yù)器出口受熱面對應(yīng)位置煙氣溫度變化曲線如圖1所示,過熱蒸汽溫度變化曲線如圖2所示,增容改造前后煙溫和汽溫變化幅度較小。但爐膛出口煙溫上升10℃對爐膛的結(jié)渣有影響,同時鍋爐燃煤量增加后,爐膛的熱負(fù)荷相應(yīng)增加,如表3所示,爐膛的容積熱負(fù)荷為109.4 kW/m3,截面熱負(fù)荷為4.9 kW/m2,燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷為1.64 kW/m2。

        圖1 增容改造前后各受熱面煙氣溫度變化曲線

        圖2 增容改造前后過熱蒸汽溫度變化曲線

        鍋爐設(shè)計煤種為煙混煤,干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf為36%,根據(jù)JB/T 10440-2004《大型煤粉鍋爐爐膛及燃燒器性能設(shè)計規(guī)范》,增容后爐膛容積熱負(fù)荷、截面熱負(fù)荷和燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷均在設(shè)計規(guī)范的推薦范圍內(nèi)(見表5)。增容改造后,鍋爐的實際燃煤應(yīng)有所選擇,避免造成爐膛嚴(yán)重結(jié)渣,影響鍋爐的正常運(yùn)行。

        表5 切向燃燒方式爐膛熱力特性參數(shù)的推薦范圍

        2 鍋爐受熱面壁溫及強(qiáng)度核算

        鍋爐各受熱面進(jìn)口煙溫升高,會影響受熱面管子壁溫。如圖1和圖2所示,管外部煙氣溫度和管內(nèi)工質(zhì)溫度略有變化,為安全起見,按照增容后的熱力數(shù)據(jù)對鍋爐受熱面進(jìn)行了壁溫和強(qiáng)度核算。

        根據(jù)熱力數(shù)據(jù)和傳熱計算,增容后,鍋爐原有的受熱面能滿足吸熱量的要求,過熱器、再熱器出口的蒸汽溫度能夠達(dá)到額定值,無需增加受熱面面積;過熱器蒸汽阻力增加后,汽包的工作壓力也相應(yīng)提高,但汽包的強(qiáng)度仍能滿足要求。

        根據(jù)計算,除后屏過熱器外,各受熱面的進(jìn)、出口汽水溫度,各管道、集箱的運(yùn)行溫度均略低于設(shè)計值,處于允許變化范圍之內(nèi),同時設(shè)計壓力也不高于原設(shè)計值,各管道、集箱的強(qiáng)度均能滿足需求,其強(qiáng)度計算仍采用原設(shè)計值。

        增容改造前后的后屏過熱器壁溫如表6所示,改造前后設(shè)計蒸汽溫度沒有變化,但管壁溫度呈增加趨勢。改造前后的后屏過熱器管子材料如圖3和4所示。12Cr1MoVG鋼主要用于壁溫不高于570℃的受熱面管子,T91鋼主要用于不高于625℃的高溫過熱器管子,TP304和TP304H鋼用于鍋爐管子允許的抗氧化溫度為705℃。

        表6 后屏過熱器受熱面管子的設(shè)計壁溫

        可見,原設(shè)計出口管段壁溫裕量過小,增容改造有必要更換部分后屏過熱器管子材質(zhì),從而提高壁溫安全裕量。

        改造施工期間,對爐左至爐右共計20屏后屏過熱器管出口段實行了更換,施工期間采用水冷壁側(cè)墻單側(cè)開孔方式,作為新舊管屏的進(jìn)出通道,大幅減少了后續(xù)恢復(fù)時間。

        3 水冷系統(tǒng)及安全附件改造

        鍋爐水冷系統(tǒng)為控制循環(huán),配3臺濕式馬達(dá)爐水循環(huán)泵,BMCR工況設(shè)計為2用1備,蒸發(fā)量增加后,循環(huán)回路的出口最小含汽率裕量已經(jīng)接近設(shè)計允許值,在實際運(yùn)行工程中應(yīng)加強(qiáng)觀察。

        圖3 增容改造前的后屏過熱器管子材料

        圖4 增容改造后的后屏過熱器管子材料

        汽包內(nèi)部原有的汽水分離器數(shù)量為56只,單只設(shè)計最大出力為18.6 t/h,需要增加分離器數(shù)量以滿足汽水分離出力要求。結(jié)合汽包現(xiàn)有結(jié)構(gòu)空間情況,將汽水分離器增加至60只。在汽包內(nèi)增加分離器,拆除汽包內(nèi)原有的分離器及座板,在有限的汽包空間內(nèi)進(jìn)行了重新布置安裝。

        鍋爐原設(shè)計10只彈簧全啟式安全閥,分別設(shè)置在汽包3只,主蒸汽管道2只,再熱器入口3只,再熱器出口2只。此外,裝有電磁泄壓閥1只。原設(shè)計汽包及過熱器出口安全閥總排放量為1 073.2 t/h,小于增容后的過熱器最大流量,因此,改造時更換了1只汽包安全閥,以滿足排放量出力要求,確保鍋爐安全運(yùn)行。

        4 改造前后性能試驗

        為檢驗機(jī)組檢修和增容改造效果,在大修前后1個月內(nèi),分別以煙混煤為校核煤種對增容改造前后的鍋爐進(jìn)行了性能試驗。由于設(shè)備密封老化等原因,造成空預(yù)器漏風(fēng)率和飛灰含碳量較大,導(dǎo)致檢修前的鍋爐未完全燃燒損失和干煙氣熱損失較大,修前鍋爐熱效率僅為89.62%。結(jié)合機(jī)組大修,對相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行了檢修。

        增容改造后鍋爐性能試驗結(jié)果如表7所示??梢?,通過本次檢修和增容改造,有效增加了鍋爐的最大主蒸汽流量,提高了鍋爐熱效率,降低了空預(yù)器漏風(fēng)率。在保證鍋爐效率及NOX,CO排放合格的情況下,除飛灰含碳量略超過設(shè)計值外,其余各項指標(biāo)均較好。

        表7 增容改造后鍋爐性能試驗結(jié)果

        5 結(jié)語

        1 025 t/h鍋爐通過增容改造,增加鍋爐主蒸汽流量,提高了鍋爐熱效率,改造后各系統(tǒng)的各項參數(shù)滿足鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行的需要。

        增容改造后,鍋爐爐膛的熱負(fù)荷相應(yīng)增加,爐膛出口煙溫升高,因此,在鍋爐運(yùn)行中應(yīng)對燃煤有所選擇,避免造成爐膛嚴(yán)重結(jié)渣,影響鍋爐的正常運(yùn)行。如需要更換煤種,務(wù)必先進(jìn)行燃燒試驗,確定合理的燃料摻配摻燒方案。

        增容改造后,各級受熱面的煙氣流速增加,煙氣流速的增加會導(dǎo)致受熱面磨損加劇,尤其對鍋爐尾部省煤器受熱面,需要結(jié)合實際燃煤的磨損特性及運(yùn)行情況,在停爐檢修期間加強(qiáng)檢查,必要時增加防磨措施。

        增容改造后,如有涉及煙風(fēng)道系統(tǒng)的其他改造,需要對輔機(jī)出力是否滿足重新進(jìn)行核算,進(jìn)而選擇合適的輔機(jī)設(shè)備。

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