鄭 磊,董清梅,吳銘軒

(哈爾濱鍋爐廠有限責任公司,哈爾濱150000)

0 引 言

自2021年國家推出2030年實現(xiàn)碳達峰、2060年實現(xiàn)碳中和的“雙碳目標”以來,中國能源結構轉型步伐加快,新能源行業(yè)發(fā)展迅猛,風能、太陽能的裝機比例不斷增大,鑒于風能、太陽能特殊的能源稟賦,其間歇性和不穩(wěn)定性需要大量的可調節(jié)能源進行削峰填谷。因此,作為電力行業(yè)壓倉石和穩(wěn)定器的火電,進行低負荷、靈活性深度調峰改造,越來越迫切和必須[1-2]。電站鍋爐超低負荷深度調峰改造是一個系統(tǒng)工程,涉及多個鍋爐相關專業(yè)問題,包括隨著鍋爐負荷的降低,燃燒器的穩(wěn)燃問題、鍋爐水動力安全及穩(wěn)定性問題、鍋爐全負荷脫硝問題、空氣預熱器安全運行問題以及鍋爐積灰問題[3]。此次鍋爐的超低排放改造,針對以上問題進行鍋爐結構上的優(yōu)化改造,主要對與汽水管道以及爐內受熱面相關的改造進行分析,以實現(xiàn)鍋爐的安全穩(wěn)定運行。

1 增加鍋爐循環(huán)泵系統(tǒng)

對于超超臨界鍋爐,超低負荷運行處于亞臨界區(qū)、超高壓區(qū)以至高壓區(qū)。在亞臨界區(qū),對下爐膛高熱負荷區(qū)水冷壁,要防止膜態(tài)沸騰的產生,也要控制上爐膛高干度區(qū)壁溫的升高幅度。在啟動和低負荷區(qū)(小于等于最低直流負荷),由于壓力的降低,使汽水密度差增大,容易產生較大的熱偏差和流動的不穩(wěn)定。當增加鍋爐啟動再循環(huán)泵后,即使在小于低直流負荷運行時,由于泵的壓頭能保證水冷壁系統(tǒng)的正向流動,不會產生水動力的不穩(wěn)定。因此,當鍋爐需要長期在低負荷情況下運行時,增加啟動循環(huán)泵系統(tǒng),能夠使鍋爐水動力更加穩(wěn)定,水冷壁熱偏差降低,對鍋爐的安全運行能夠起到很好的效果[4]。

循環(huán)泵及其管路布置走向,以超超臨界鍋爐為例,鍋爐啟動循環(huán)泵系統(tǒng)的一般汽水流程為,鍋爐循環(huán)水從貯水箱引出,經由循環(huán)泵,導入省煤器入口管道,并增加循環(huán)泵最小流量管、過冷管以及循環(huán)泵暖管、疏水管道等。相關管路的設計布置過程中,需要注意保證循環(huán)泵入口留有一定的汽蝕余量,防止循環(huán)泵發(fā)生汽蝕;注意循環(huán)泵出口的揚程,防止管路長度超過循環(huán)泵揚程。因循環(huán)泵入出口管道規(guī)格較大,在應力分析計算時,需要與之相接的給水管道進行聯(lián)算,以保證整個管系應力分析計算的準確性。

2 保證寬負荷脫硝技術措施

在(超)低負荷工況下,脫硝裝置入口煙氣溫度可能會低于300 ℃,此時,為保證脫硝反應器的脫硝效果,需要提高脫硝反應器入口的煙氣溫度,使其溫度高于300 ℃,為達到以上溫度,滿足環(huán)保要求,需對鍋爐進行寬負荷脫硝改造,其中涉及鍋爐受熱面及管道的改造方法:省煤器分級、煙氣旁路、省煤器水旁路。以上方法都是為提高脫硝反應器的入口溫度,電廠可根據(jù)自身實際情況,選擇一種方案進行改造,或者同時選擇多個方案進行改造。運行時,進行聯(lián)合調溫,調溫幅度越大,效果越好。

2.1 省煤器分級布置

將省煤器分為上、下兩級,SCR反應器布置在上、下級省煤器之間,如圖1所示,通過匹配上、下省煤器的受熱面使反應器區(qū)煙氣溫度滿足寬負荷脫硝要求[5]。

圖1 省煤器分級布置方案

該方案兼顧了提溫效果和安全可靠性,不需額外控制調節(jié),不影響鍋爐效率,故低負荷條件下經濟性較好。但該方案一旦確認后,調溫效果是恒定的,在運行過程中無法進行調節(jié),其靈活性有待改進。

省煤器分級布置時需要注意,確定鍋爐尾部脫硝煙道是雙煙道還是單煙道布置。通常,350 MW超臨界及以下的鍋爐,爐寬較窄,一般采用脫硝煙道單煙道布置;而600 MW超超臨界以及百萬超超臨界鍋爐,爐寬較寬,一般采用雙煙道布置。當采用雙煙道布置時,低溫省煤器入、出口集箱分成左右兩個,膨脹中心在每根集箱的中心點,與給水管道的膨脹中心點不一致,存在很大的膨脹差,需要對給水管道的布置走向進行優(yōu)化,以吸收管路膨脹差。在低溫省煤器受熱面布置時,需要注意吹灰器與吊掛裝置錯開布置,間隔一定距離,防止吹灰器吹損吊掛裝置[6]。

2.2 煙氣旁路方案

設置旁路煙道將省煤器上游的煙氣引入到省煤器出口(即SCR脫硝反應器入口),以提高低負荷下SCR脫硝反應器入口煙氣溫度的一種旁路煙道系統(tǒng),結構如圖2所示。鍋爐在低負荷運行時,從省煤器上游抽取煙氣,通過煙氣旁路在省煤器出口處與主路煙氣混合,從而提高SCR脫硝反應器的入口煙氣溫度。該方案旁路煙道上設有煙氣調溫擋板,在運行時,可通過煙氣調溫擋板來調節(jié)煙氣流量,從而調節(jié)脫硝反應器入口的煙溫,靈活性較高[7]。

圖2 煙氣旁路方案

煙氣旁路需要在尾部煙道后墻水冷壁上設置抽煙口,抽煙口處的包墻受熱面采用管子拉稀彎制,讓出管間縫隙以便煙氣通過,并注意在迎煙面的管子上布置防磨瓦,防止管子被煙氣吹損。

2.3 省煤器水旁路

該系統(tǒng)是采用旁路管道將省煤器入口一部分水旁路到省煤器出口的一種旁路系統(tǒng),通過減少省煤器工質的吸熱量來提高省煤器出口煙氣溫度。在省煤器入口給水管路上設置省煤器水旁路管道及電動閘閥,水旁路管道自原鍋爐給水操縱臺前的給水管路上引出,省煤器出口連接管道匯入,如圖3所示。在主路給水管道止回閥下游加裝具有中停功能的電動閘閥。當SCR脫硝反應器入口煙氣溫度低時,打開省煤器水旁路管道上的閘閥,同時減小主給水管道上新增的電動閘閥的開度,將一部分給水旁路到省煤器后。通過此管路減少流經省煤器的水流量和省煤器的吸熱量,達到在鍋爐低負荷時提高省煤器出口煙溫的目的[8]。

圖3 省煤器水旁路方案

省煤器水旁路管在布置過程中,注意將給水管道與省煤器出口管道布置在鍋爐同一側,以減少省煤器水旁路管的行程,因而在管路進行應力分析計算時,要考慮該管路與給水管道進行聯(lián)算,以提高應力分析計算的準確性。

3 結 語

通過對鍋爐受熱面及汽水管道的靈活性改造,以及其他系統(tǒng)的改造優(yōu)化,鍋爐的最低不投油穩(wěn)燃可達到15%BMCR(鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量),極大地提高了燃煤電廠對電網的調峰能力。在鍋爐負荷頻繁大幅變化的運行工況下,鍋爐受熱面膨脹自如無阻擋,鍋爐運行安全穩(wěn)定。鍋爐超低負荷優(yōu)化改造方案達到相應效果,為構建清潔低碳、安全高效的能源體系提供了保障。