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        1000MW超超臨界燃煤鍋爐爐內(nèi)還原性氣氛優(yōu)化試驗(yàn)研究

        2022-12-07 03:18:42江蘇常熟發(fā)電有限公司李英俊
        電力設(shè)備管理 2022年21期

        江蘇常熟發(fā)電有限公司 李英俊

        某廠#1機(jī)組鍋爐在停爐檢修期間,發(fā)現(xiàn)水冷壁區(qū)域存在嚴(yán)重的高溫腐蝕問題。影響爐內(nèi)水冷壁外部腐蝕的最主要因素,是水冷壁附近的煙氣成分和管壁溫度,煙氣還原性氣氛比氧化性氣氛更具腐蝕性,為此對該鍋爐進(jìn)行爐內(nèi)還原性氣氛優(yōu)化試驗(yàn)研究與分析,改善該區(qū)域的還原性氣氛,提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

        該廠#1鍋爐為哈爾濱鍋爐廠制造的1000MW超超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐。鍋爐采用П型布置、雙爐膛、一次中間再熱,爐膛為內(nèi)螺紋管垂直上升膜式水冷壁。鍋爐燃燒系統(tǒng)采用改進(jìn)型低NOxPM(Pollution Minimum)主燃燒器和MACT(Mi_tsuibishi Advanced Combustion Technology)型低NOx分級(jí)送風(fēng)燃燒系統(tǒng),采用CUF墻式切圓燃燒大風(fēng)箱結(jié)構(gòu),共設(shè)六層濃淡一次風(fēng)口、三層油風(fēng)室、十層輔助風(fēng)室、一層燃盡風(fēng)室,在燃燒器上部還設(shè)置兩層AA風(fēng)。

        1 試驗(yàn)準(zhǔn)備與結(jié)果分析

        1.1 運(yùn)行現(xiàn)狀與分析

        試驗(yàn)準(zhǔn)備:針對鍋爐燃燒器頂部OFA風(fēng)風(fēng)門與AA風(fēng)風(fēng)門之間區(qū)域(高度約70m)存在的高溫腐蝕問題,在該區(qū)域加裝煙氣取樣測點(diǎn),測點(diǎn)開設(shè)在爐膛水冷壁前后墻中間位置,同時(shí)測點(diǎn)還包括該層的4個(gè)觀火孔;從爐膛內(nèi)壁面直接抽取煙氣進(jìn)行采樣分析,分析內(nèi)容包括該測點(diǎn)的O2、CO和NOx等。燃燒試驗(yàn)先對鍋爐的運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行測試,再進(jìn)行運(yùn)行氧量的優(yōu)化,然后分別對AA風(fēng)、輔助風(fēng)進(jìn)行相關(guān)調(diào)整,最后做總體配風(fēng)試驗(yàn)。

        先做1000MW電負(fù)荷下的運(yùn)行現(xiàn)狀工況試驗(yàn)(T-1),運(yùn)行磨組為六臺(tái)磨,試驗(yàn)煤質(zhì)保持基 本 一 致(Car55.38%、Har3.53%、Oar5.69%、Nar1.09%、Sar0.54%、Mar19.55%、Aar14.18%、Vdaf38.41%、Qnet,ar19972.64kJ/kg),運(yùn)行表盤氧量為2.51%,習(xí)慣配風(fēng)方式,運(yùn)行狀況穩(wěn)定,對應(yīng)鍋爐熱效率為93.55%,鍋爐A/B兩側(cè)NOx排放濃度為288/261(mg/m3)。在試驗(yàn)期間,對爐膛OFA風(fēng)層與AA風(fēng)層之間區(qū)域爐膛內(nèi)壁面進(jìn)行還原性氣氛測量,爐前測點(diǎn)和#5角CO濃度較高,均在10000ppm以上,且#5角含氧量較低。結(jié)合現(xiàn)場檢視和試驗(yàn)結(jié)果,爐前區(qū)域和#5角區(qū)域?yàn)樽顕?yán)重的高溫腐蝕區(qū)域。

        1.2 相關(guān)試驗(yàn)

        運(yùn)行氧量優(yōu)化試驗(yàn)。將表盤運(yùn)行氧量從2.51%(T-1)提高到2.76%(T-2),鍋爐熱效率分別為93.55%、93.41%,即鍋爐熱效率有所降低。從爐內(nèi)還原性氣氛測量數(shù)據(jù)來看,提高運(yùn)行氧量后爐內(nèi)還原性氛圍有所緩解。因此在當(dāng)前煤質(zhì)和1000MW電負(fù)荷工況下,宜將表盤顯示氧量平均值控制在2.8%左右;變AA風(fēng)試驗(yàn)。試驗(yàn)工況序號(hào)為T-2、T-3,負(fù)荷為1000MW,保持運(yùn)行氧量和其他條件基本一致,將兩層AA風(fēng)門開度從75%(T-2)調(diào)整至50%(T-3)。試驗(yàn)結(jié)果表明,鍋爐熱效率變化不大,NOx排放濃度有所增大。通過關(guān)小AA風(fēng)門、增大下層燃燒器區(qū)域的二次風(fēng)風(fēng)量,有利于煤粉顆粒和可燃?xì)怏w的燃盡,可弱化爐內(nèi)還原性氛圍。在滿負(fù)荷條件下,宜將AA風(fēng)風(fēng)門保持50%開度。

        變油輔助風(fēng)(油-AB/CD/EF)試驗(yàn)。試驗(yàn)工況序號(hào)為T-3、T-4,負(fù)荷為1000MW,維持蒸汽參數(shù)及磨煤機(jī)工況穩(wěn)定。保持運(yùn)行氧量和其他運(yùn)行狀況不變,將油輔助風(fēng)門開度從50%(T-3)調(diào)整至80%(T-4),T-3、T-4變油輔助風(fēng)試驗(yàn)工況配風(fēng)方式相應(yīng)開度(%)分別為:AB-L50/50、油 -AB50/80、AB-U30/30、CD-L20/20、油 -CD50/80、CD-U20/20、EF-L20/20、油-EF50/80、EF-U20/20。試驗(yàn)結(jié)果表明,鍋爐熱效率分別為93.44%、93.41%,NOx排放濃度有所增大。將油輔助風(fēng)開度開大,還原性氛圍增強(qiáng),原因是由于油輔助風(fēng)風(fēng)門開大影響了二次風(fēng)風(fēng)門的剛性,使?fàn)t內(nèi)燃燒惡化。在試驗(yàn)煤質(zhì)條件下,滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)油輔助風(fēng)保持50%開度即可。

        1.3 變輔助風(fēng)2(BC/DE/F-輔)試驗(yàn)

        試驗(yàn)工況序號(hào)為T-3、T-5、T-6,負(fù)荷均為1000MW,保持運(yùn)行氧量和其他運(yùn)行參數(shù)基本一致,將輔助風(fēng)2門開度(BC-輔、DE-輔、F-輔)從30%(T-6)調(diào)整至50%(T-3)、80%(T-5),試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著輔助風(fēng)2風(fēng)門開度增加,鍋爐熱效率分別為93.44%、93.38%和93.41%,NOx排放濃度有所增大。增大輔助風(fēng)2的風(fēng)門開度,爐內(nèi)還原性氛圍增強(qiáng),爐內(nèi)燃燒狀況惡化。在輔助風(fēng)2開度為30%時(shí),各測點(diǎn)過量空氣系數(shù)a在近乎1.0及以上,其中爐前區(qū)域的過量空氣系數(shù)a達(dá)到1.16,CO濃度有較明顯降低(與輔助風(fēng)2開度為80%的工況相比較),其原因與減小輔助風(fēng)2開度減小,提高了二次風(fēng)剛性,增強(qiáng)爐內(nèi)切圓穩(wěn)定性。

        1.4 變輔助風(fēng)1(AB/CD/EF-U/L)試驗(yàn)

        試驗(yàn)工況序號(hào)為T-6、T-7,保持運(yùn)行氧量和其他運(yùn)行狀況基本一致,將輔助風(fēng)1(AB/CD/EF-U/L)門開度從30%(T-6),調(diào)整至60%(T-7),具體開度參見表1。試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著輔助風(fēng)1風(fēng)門開度的開大,鍋爐熱效率變化不大,NOx排放濃度有所增大。

        表1 變輔助風(fēng)2試驗(yàn)工況配風(fēng)方式

        增大輔助風(fēng)1的風(fēng)門開度,CO濃度明顯增大,除爐后測點(diǎn)的濃度稍低于0.5%外,其他各測點(diǎn)均在0.65%以上,同時(shí)過量空氣系數(shù)a有明顯降低,#1、#4、#5和#8角的氧量值降低到0%,說明爐內(nèi)還原性氛圍增強(qiáng),可能導(dǎo)致該區(qū)域的H2S濃度大幅增大,高溫腐蝕將惡化。其原因是由于輔助風(fēng)1風(fēng)門開度開大導(dǎo)致二次風(fēng)剛性變差,影響了爐內(nèi)煙氣流場的穩(wěn)定性。在當(dāng)前試驗(yàn)煤質(zhì)下,負(fù)荷為1000MW時(shí)將輔助風(fēng)1置于30%開度。

        1.5 整體二次風(fēng)配風(fēng)試驗(yàn)

        整體配風(fēng)試驗(yàn)工況包括T-8~T-11,保持運(yùn)行氧量一致,負(fù)荷均為1000MW,4個(gè)試驗(yàn)工況配風(fēng)方式分別為均布配風(fēng)、全自動(dòng)配風(fēng)、束腰配風(fēng)和正塔配風(fēng),具體配風(fēng)方式參見表2。

        表2 整體二次風(fēng)配風(fēng)風(fēng)門開度

        從試驗(yàn)結(jié)果看,正塔配風(fēng)方式(T-11)鍋爐熱效率最高、束腰配風(fēng)方式(T-10)次之、全自動(dòng)配風(fēng)方式(T-9)再次之,均布配風(fēng)方式(T-8)鍋爐熱效率最低;從NOx排放濃度看,束腰配風(fēng)方式(T-10)最高、均布配風(fēng)方式(T-8)次之、全自動(dòng)配風(fēng)方式(T-9)再次之,正塔配風(fēng)方式(T-11)最低。

        從爐內(nèi)還原性氛圍測量結(jié)果來看,以全自動(dòng)配風(fēng)方式(T-9)時(shí),過量空氣系數(shù)a在1.0以上,同時(shí)CO濃度均在0.5%以下,能有效控制H2S的產(chǎn)生,從而有利于抑制高溫腐蝕的發(fā)生,其爐內(nèi)還原性氛圍狀況較好。因此在當(dāng)前試驗(yàn)煤質(zhì)下,負(fù)荷為1000MW時(shí),從改善爐內(nèi)還原性氛圍來看,采用全自動(dòng)配風(fēng)方式較好;從提高鍋爐熱效率和降低NOx排放濃度來看,保持正塔配風(fēng)方式較好。

        2 結(jié)論與展望

        提高運(yùn)行氧量,有利于改善爐內(nèi)還原性氣氛,在1000MW負(fù)荷下,表盤運(yùn)行氧量宜控制在2.8%左右;在滿負(fù)荷下,減小AA風(fēng)門,同時(shí)控制油輔助風(fēng)、輔助風(fēng)2、輔助風(fēng)1的開度,以保持二次風(fēng)剛性,穩(wěn)定爐內(nèi)切圓,有利于改善爐內(nèi)還原性氣氛;在滿負(fù)荷下,正塔配風(fēng)方式時(shí)鍋爐熱效率最高,正塔配風(fēng)方式時(shí)NOx排放濃度較低,全自動(dòng)配風(fēng)方式時(shí)爐內(nèi)還原性氛圍狀況最好;為提高機(jī)組運(yùn)行的安全性,應(yīng)考慮在高溫腐蝕嚴(yán)重的區(qū)域加裝在線測點(diǎn),實(shí)時(shí)檢測該區(qū)域的煙氣成分,為運(yùn)行提供參考。

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