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        W火焰鍋爐機組深度調(diào)峰影響及優(yōu)化措施研究

        2022-12-05 01:18:53劉功明王海濤
        水電站機電技術(shù) 2022年10期
        關(guān)鍵詞:汽包調(diào)峰燃燒器

        劉功明,王海濤

        (1.五凌電力貴州黔東電力有限公司,貴州 鎮(zhèn)遠 557702;2.湖南省水電智慧化工程技術(shù)研究中心,湖南 長沙 410004)

        黔東電廠裝機容量為2×600 MW亞臨界火電機組,鍋爐是亞臨界“W”型火焰汽包爐。因近4年來頻繁參與深度調(diào)峰,且調(diào)峰深度逐漸增大、時間延長,對設備安全性、經(jīng)濟性的一些影響已經(jīng)凸顯。

        1 深度調(diào)峰對火電機組在安全方面的影響

        1.1 鍋爐燃燒穩(wěn)定性的影響

        燃用設計煤種時,黔東電廠鍋爐設計最低不投油穩(wěn)燃負荷大于40%BMCR,隨著熱負荷繼續(xù)下降,爐膛容積熱負荷隨之降低,造成爐膛溫度也快速下降,而爐內(nèi)煤粉的著火主要靠卷吸爐內(nèi)高溫煙氣獲得著火熱,當爐內(nèi)煙氣溫度降低至一定值時,不能滿足煤粉氣流所需的著火熱,此時若不采取穩(wěn)燃措施,必將造成煤粉著火燃燒惡化,甚至鍋爐滅火。

        2013年1號爐A修時為防止爐內(nèi)嚴重結(jié)焦除去約278 m2的未燃帶,爐膛溫度水平進一步下降,目前黔東電廠最低深度調(diào)峰負荷為170 MW(27%BMCR),遠低于最低不投油穩(wěn)燃負荷,給鍋爐燃燒穩(wěn)定帶來很大的威脅。

        1.2 爐水循環(huán)穩(wěn)定性

        水冷壁在四面墻各回路的流量分配上,前后墻與左、右側(cè)墻的流量流速因設備本身原因存在一定的差距。爐內(nèi)燃燒工況正常并較為穩(wěn)定時,水冷壁上升管不會發(fā)生停滯現(xiàn)象,但當爐內(nèi)熱負荷低,熱偏差較大時,部分水冷壁熱負荷有可能降到額定熱負荷的20%以下,受熱較弱的管段會發(fā)生循環(huán)停滯現(xiàn)象,引起上升管發(fā)生超溫蠕變,造成設備損壞。

        1.3 熱負荷大幅度波動時,金屬部件熱應力的影響

        隨著機組啟停和調(diào)峰頻繁深度加大,機組負荷變化過程中,鍋爐各部金屬部件溫度變化速度不一致,汽包、各聯(lián)箱等厚壁部件溫度變化慢,而各受熱面及連接管壁薄溫度變化快,如機組大幅度快速降負荷時,管子收縮快于厚壁聯(lián)箱,將在聯(lián)箱與管子的焊座上產(chǎn)生極大的拉應力,當結(jié)束調(diào)峰大幅度增加機組負荷時,管子膨脹快于聯(lián)箱,將在焊座上產(chǎn)生極大的壓應力,隨著調(diào)峰頻繁及深度加大,這種交變的熱應力可能造成金屬疲勞而損壞。

        1.4 汽溫偏離設計值較大

        深度調(diào)峰期間,由于爐內(nèi)燃燒弱容積熱負荷低,受熱面吸收輻射熱份額降低,造成輻射式和半輻射式受熱面吸熱明顯減少,引起高溫過熱器出口汽溫下降,而主汽溫度的下降又會影響再熱汽溫進一步下降,造成主、再熱蒸汽溫度嚴重偏離正常值,鍋爐深度調(diào)峰至170 MW時,高過出口汽溫度甚至會降低至500℃,較額定值低41℃,汽溫的變化也會造成汽輪機金屬部件產(chǎn)生較大應力。

        1.5 屏過受熱面管壁金屬溫度的影響

        隨著機組負荷降低,各受熱面蒸汽流量減少,對管壁的冷卻能力減弱,尤其是W火焰鍋爐,停運的制粉系統(tǒng)對應火嘴上部屏過熱負荷低,而運行制粉系統(tǒng)對應火嘴上部屏過熱負荷高,帶來很大的熱偏差,因蒸汽流量小,此時減溫水的控制極其困難,甚至出現(xiàn)部分熱負荷低的屏過壁溫與蒸汽飽和溫度一致,而熱負荷高的屏過管壁已接近超溫。

        1.6 汽包水位調(diào)整的影響

        因W火焰鍋爐寬帶大,汽包長,汽包相對水容積小,汽包兩側(cè)水位計對爐內(nèi)燃燒工況變化十分敏感。深度調(diào)峰期間,爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定性差,抗干擾能力弱,當出現(xiàn)一定的擾動(斷煤、切換火嘴、調(diào)整容量風、吹掃粉管)時,可能會出現(xiàn)鍋爐兩側(cè)燃燒時強時弱,造成汽包水位忽高忽低,而深度調(diào)峰期間四抽及冷再壓力低,給水泵汽源不穩(wěn),一旦汽包水位出現(xiàn)大幅度波動,可能造成給水泵汽輪機汽門全開仍無法滿足給水控制要求,造成汽包水位事故。

        1.7 對脫硝及空預器的影響

        隨著機組負荷的下降,SCR入口煙溫可能低于320℃,造成催化劑效率極低,氨逃逸增大,空預器出口排煙溫度下降至105℃以下造成低溫腐蝕和銨鹽堵塞。

        2 深度調(diào)峰對火電機組在經(jīng)濟性方面的影響

        深度調(diào)峰期間,鍋爐排煙損失份額由6.4%增大至7.0%,散熱損失份額由0.26%上升至0.66%,氣體未完全燃燒熱損失和機械不完全燃燒熱損失隨之有所降低,但遠不足以彌補排煙損失和散熱損失的增加,機組負荷由420 MW降至180 MW時,鍋爐效率下降約0.7%左右,影響煤耗升高約2.1 g/kW·h。

        深度調(diào)峰期間,機組負荷和蒸汽參數(shù)低,通流部分蒸汽流量小,嚴重偏離設計工況,汽輪機絕對效率下降明顯,根據(jù)凝汽式一次中間再熱汽輪機熱耗計算,汽輪機180 MW時熱耗較正常負荷時高約850 kJ/kW·h,影響煤耗升高約31.8 g/kW·h。

        深度調(diào)峰期間,雖然輔機隨負荷下降運行電流減小,也停運了部分輔機,但由于機組負荷低,必須運行輔機仍較多,廠用電率上升約5.3%,影響煤耗升高約16.2 g/kW·h。

        綜合上述對煤耗的影響,機組負荷由420 MW降至180 MW時,機組煤耗上升約50.1 g/kW·h?;痣姍C組頻繁大幅度深度調(diào)峰在安全和經(jīng)濟性方面有很大的影響,若不采取措施進行優(yōu)化,對火電廠的生產(chǎn)經(jīng)營和發(fā)展帶來巨大的壓力。

        3 W火焰鍋爐機組深度調(diào)峰優(yōu)化措施

        3.1 調(diào)峰前做好準備工作

        (1)根據(jù)SCR入口煙溫及機組計劃負荷情況,提前確定鍋爐吹灰方式,機組負荷300 MW時,脫硝入口煙溫在330℃~350℃之間。

        (2)制粉系統(tǒng)定檢及計劃性檢修工作應提前1 d安排,在非調(diào)峰期間完成計劃檢修及試運,確保計劃參與調(diào)峰的制粉系統(tǒng)無缺陷運行。

        (3)中班至少對B/E磨對應的原煤倉(單邊,非低卡煤側(cè))進行降倉,若調(diào)峰負荷低于220 MW則增加1個煤倉(單邊,非低卡煤側(cè)),晚班21:00(根據(jù)計劃負荷及負荷預測計劃調(diào)峰3 h前)檢查對應原煤倉位在褲衩下4 m,否則增大該側(cè)給煤機煤量盡快降倉,到位后通知燃運提前加高揮發(fā)粉煙煤(視調(diào)峰時長,按25 t/h進行計算),確保調(diào)峰期間高揮發(fā)粉煙煤可用夠用。

        (4)檢查火檢及火焰電視的運行情況,發(fā)現(xiàn)故障或結(jié)焦聯(lián)系檢修處理,確?;饳z正常。

        3.2 深度調(diào)峰期間鍋爐穩(wěn)燃措施

        深度調(diào)峰期間鍋爐燃燒穩(wěn)定,各部熱負荷均勻,基本能保證爐水循環(huán)及汽包水位穩(wěn)定、屏過受熱面管壁金屬在正常范圍,而保證爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定的關(guān)鍵在于強化煤粉氣流的著火過程。深度調(diào)峰過程中,爐膛容積熱負荷基本固定,要想煤粉快速著火,就要設法降低煤粉氣流的著火熱,影響煤粉氣流著火熱的主要因素有:煤中的揮發(fā)粉、灰粉、水份、煤粉細度、一次風溫、風量和風速。

        煤的揮發(fā)粉是判別煤粉著火特性的主要指標,揮發(fā)粉高分煤,著火溫度低,所需著火熱少,火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?,燃燒速度也快;灰粉在燃燒過程中不僅不能放熱而且會吸熱,使爐膛溫度下降,煤粉氣流著火推遲;水份多的煤著火熱需要的就多;煤粉越細,進行燃燒反應的面積就越大,加熱升溫快,單位時間內(nèi)煤粉吸熱量越多,著火越快,并且煤粉越細,燃燒越完全;提高一次風溫可減少煤粉氣流的著火熱,從而加快著火;一次風量越大所需著火熱越多,但過小會使煤粉氣流著火初期缺氧限制燃燒的發(fā)展;一次風速過高,流經(jīng)著火區(qū)的容積流量大,煤粉氣流著火熱增加,著火推遲,一次風速過低時旋流燃燒器對高溫煙氣的卷吸能力減弱。通過合理的燃燒器結(jié)構(gòu)設計及組織燃燒器投運組合,組織好爐內(nèi)高溫煙氣的合理流動,使更多的高溫煙氣回流到煤粉氣流著火區(qū),增大煤粉氣流與高溫煙氣的接觸周界,以增強煤粉氣流與高溫煙氣之間的對流換熱,是改善煤粉氣流著火的重要措施。

        具體措施主要有以下幾個方面:

        (1)入爐煤質(zhì):入爐煤揮發(fā)粉≥20%、水份≤10%、熱值18.0 MJ/kg~22.0 MJ/kg,灰粉≤35%。

        (2)煤粉細度:R90≤5%,磨煤機分離器上擋板開度約20%。

        (3)粉管風速:一次風壓5.5 kPa~7 kPa,粉管風速18 m/s~22 m/s,分離器壓力2.8 kPa~4 kPa。

        (4)煤粉濃度:乏氣擋板開度≥50%,磨煤機料位≥400 Pa。

        (5)爐膛溫度:爐膛溫度≥1 150℃,爐膛出口溫度≥720℃且左右側(cè)偏差≤40℃。

        (6)總風量及二次風配風:爐膛出口氧量按低限控制,但總風量應大于等于30%,保持A、C、SOFA二次風擋板全關(guān),F(xiàn)擋板開度10%~20%之間,爐膛與二次風箱壓差0.4 kPa~0.5 kPa之間,B/E擋板暫保持50%開度。

        (7)制粉系統(tǒng)及燃燒器組合運行方式:若制粉系統(tǒng)無檢修工作,機組負荷≥170 MW時暫時保持4套制粉系統(tǒng)運行,保留A/B/D/E或B/C/E/F制粉系統(tǒng)運行,有利于火嘴組合,非必要時投運燃燒器之間最多切除3支燃燒器。

        (8)發(fā)現(xiàn)鍋爐燃燒不穩(wěn)果斷投油穩(wěn)燃。

        3.3 深度調(diào)峰期間具體實施步驟

        (1)機組降至300 MW,汽壓按滑壓合格曲線低限控制,現(xiàn)場檢查燃燒情況及爐膛測溫≥1 200℃,退出AGC后設置降負荷速率3 MW/min~5 MW/min開始降低機組負荷。

        (2)通知燃運將燃油壓力提高至0.6 MPa~0.7 MPa,確保投油后穩(wěn)燃效果。

        (3)采用4臺磨煤機運行方式,盡量保持B/E制粉系統(tǒng)運行,每套制粉系統(tǒng)投運燃燒器數(shù)量≥4個,制粉系統(tǒng)分離器上擋板開度調(diào)整至20%,乏氣擋板開度≥50%。

        (4)鍋爐氧量控制在3.0%~4.5%范圍內(nèi),在脫硝入口煙溫能滿足的情況下,盡量控制3.0%~3.8%,氧量過高,易造成鍋爐滅火(油槍出力較低,穩(wěn)燃效果相對較差)。

        (5)二次風箱差壓控制在0.4 kPa~0.5 kPa。燃燒較好區(qū)域風量可適當增大,燃燒較差區(qū)域風量可適當減少。燃燒器相對集中的區(qū)域F風開度應適當增大,單獨燃燒器區(qū)域F風應適當減小(最小不開度不應<10%)。

        (6)SCR入口煙溫低于330℃,停運省煤器聲波吹灰。

        (7)爐膛壓力設定值由-55 Pa改為-22 Pa,減少爐底漏風。

        (8)機組負荷低于300 MW,并繼續(xù)向目標負荷下降過程中,操作要緩慢,操作幅度要小,發(fā)現(xiàn)煤粉燃燒器火檢強度減弱、工業(yè)電視火焰強度變差及爐膛負壓波動大,要立即投油(先投入燃燒較差側(cè),后投其它區(qū)域),確保燃燒穩(wěn)定。

        (9)負荷降至300 MW以下,投入空預器連續(xù)吹灰。

        (10)停運燃燒器前,應考慮燃燒器的分布情況、該燃燒器所處區(qū)域熱負荷強度,確保燃燒器停運后不會影響燃燒穩(wěn)定;否則,該區(qū)域應先投油,后停運燃燒器。

        (11)負荷降至260 MW,盡量保持爐膛熱負荷均勻(工業(yè)電視亮度基本一致,爐膛出口溫度平衡,汽包水位無明顯偏差,火檢正常),投運燃燒器相對固定。

        (12)切除6支燃燒器后,盡量通過關(guān)小容量風擋板、降低一次風壓的方法逐步降低機組負荷,容量風操作幅度每次不應>5%,一次風壓下降每次不應>0.2 kPa,且不允許連續(xù)操作,保證分離器壓力≥2.8 kPa,粉管風速≥18 m/s。

        (13)密切監(jiān)視爐膛出口溫度及燃燒器火檢強度,確保爐膛出口溫度不低于720℃,火檢強度良好,否則應停止降低熱負荷,查明原因調(diào)整至720℃以上后方可繼續(xù)降低熱負荷。

        (14)負荷下降過程中,準備好運行燃燒器的油槍,隨時準備投入。

        (15)接近目標負荷時,暫停減燃料,待負荷到位后再進行微調(diào),負荷到位后檢查鍋爐燃燒穩(wěn)定,安排巡檢對爐膛進行測溫,并做好深度調(diào)峰各參數(shù)統(tǒng)計。

        4 W火焰鍋爐深度調(diào)峰優(yōu)化措施取得的成果

        深度調(diào)峰措施的優(yōu)化研究是一個不斷總結(jié)提高的過程,自2018年以來機組調(diào)峰能力不斷增強,由最初的46%額定負荷降至28%,穩(wěn)燃油耗逐年下降,由0.3 t/萬kW·h降至0.008 t/萬kW·h,運行參數(shù)基本穩(wěn)定,設備安全可靠,未發(fā)生過設備損壞及鍋爐滅火等異常事件。

        5 結(jié)束語

        W火焰鍋爐本身具有較好的穩(wěn)燃特性,但仍需采取有效的措施確保深度調(diào)峰期間安全穩(wěn)定,在提高經(jīng)濟性能方面采取的措施有限,因為火電機組深度調(diào)峰本身就是犧牲部分經(jīng)濟性為新能源讓出通道。本文提出的優(yōu)化措施,能在確保安全穩(wěn)定的前提下最大程度的提升機組調(diào)峰能力,降低穩(wěn)燃油耗,促進新能源電能消納,具有良好的社會效益。

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