660 MW二次再熱П型鍋爐啟動調(diào)試技術(shù)研究

王林，賀繼旺，楊博，高景輝，趙志丹，王紅雨，孟穎琪

(西安熱工研究院有限公司，西安 710054)

660 MW二次再熱П型鍋爐啟動調(diào)試技術(shù)研究

王林，賀繼旺，楊博，高景輝，趙志丹，王紅雨，孟穎琪

(西安熱工研究院有限公司，西安 710054)

二次再熱技術(shù)以其較高的經(jīng)濟性正得到越來越廣泛的應(yīng)用，我國目前尚無二次再熱機組工程投產(chǎn)的實例，相關(guān)啟動運行經(jīng)驗較為缺乏。以國內(nèi)第1臺660 MW等級超超臨界二次再熱鍋爐為研究對象，介紹了機組鍋爐的主要特點，并從冷態(tài)通風(fēng)試驗、新型吹管工藝、低負荷穩(wěn)燃、燃燒初調(diào)整等方面闡述了二次再熱鍋爐關(guān)鍵調(diào)試技術(shù)。針對機組試運行期間出現(xiàn)的燃燒器、風(fēng)機、控制邏輯等問題給出了解決辦法。經(jīng)過調(diào)整優(yōu)化，機組運行穩(wěn)定、性能可靠，各項參數(shù)均達到了投產(chǎn)要求。

二次再熱；超超臨界；660 WM機組；П型鍋爐；啟動調(diào)試

0 引言

《全面實施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》出臺后，對火電機組的綜合效能提出了更高的要求[1]，推廣應(yīng)用清潔高效的燃煤發(fā)電技術(shù)是火電產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的主要方向[2]。研究表明，增加再熱次數(shù)、提高蒸汽參數(shù)，能夠有效提高機組效率[3]，減少氮氧化物等燃燒污染物的排放[4]，故大容量高參數(shù)的二次再熱機組將是我國未來8～10年火電技術(shù)發(fā)展的主導(dǎo)方向[5]。華能安源發(fā)電有限責(zé)任公司“上大壓小”新建工程是江西省和華能集團“十二五”規(guī)劃建設(shè)的重點項目，是我國首次設(shè)計、首次制造、首次施工、首次運行的660 MW等級二次再熱機組，采用了當(dāng)前火電機組最高的汽溫汽壓參數(shù)，也代表了我國目前同類型機組最好的發(fā)電技術(shù)水平。該工程#1機組已于2015年6月27日順利完成168 h滿負荷試運行，成為中國首臺成功投產(chǎn)的超超臨界二次再熱機組。相比常規(guī)的一次再熱機組，二次再熱機組在鍋爐側(cè)增加了一套二次再熱器，在相同蒸汽壓力和溫度條件下，二次再熱機組的熱效率比一次再熱機組提高約2%，對應(yīng)二氧化碳減排約3.6%，節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢明顯。由于增加了二級再熱器，機組熱力系統(tǒng)布置的復(fù)雜程度增加[6]，再熱汽溫的調(diào)控也變得更加困難[7]，新技術(shù)的應(yīng)用給機組調(diào)試工作帶來了新情況和新問題。目前，行業(yè)內(nèi)有關(guān)大容量高參數(shù)超超臨界鍋爐的啟動經(jīng)驗較為缺乏[8]，而對應(yīng)用了二次再熱技術(shù)的超超臨界鍋爐，國內(nèi)尚無工程投產(chǎn)的實例，關(guān)鍵啟動調(diào)試技術(shù)缺少文獻探討。本文依托華能安源發(fā)電有限責(zé)任公司“上大壓小”新建工程，提出了一整套適用于超超臨界二次再熱П型鍋爐的啟動調(diào)試措施，并針對機組試運行期間出現(xiàn)的問題給出了解決辦法，實際應(yīng)用效果良好，相關(guān)經(jīng)驗可為后續(xù)二次再熱機組的啟動運行提供參考。

1 鍋爐概況

1.1主要設(shè)計參數(shù)

該機組鍋爐采用了哈爾濱鍋爐廠制造的HG-1938/32.45/605/623/623-YM1型660 MW等級二次再熱、超超臨界、變壓運行直流鍋爐，為單爐膛、切圓燃燒、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。采用帶啟動循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動分離系統(tǒng)，過熱蒸汽調(diào)溫方式以控制煤水比為主，同時設(shè)置二級四點噴水減溫器；再熱蒸汽調(diào)溫方式主要采用尾部豎井分隔煙道調(diào)溫擋板和煙氣再循環(huán)，燃燒器的擺動也對再熱蒸汽溫度有一定的調(diào)節(jié)作用，在高、低壓再熱器連接管道上還設(shè)置有事故噴水減溫器。煙氣再循環(huán)抽煙口選取在空氣預(yù)熱器前。鍋爐整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)工況下，鍋爐設(shè)計燃料消耗量為298.10 t/h，總風(fēng)量為3 151.1 t/h，主要技術(shù)參數(shù)見表1(表中：TRL為額定工況)。

1.2技術(shù)特點

(1)啟動系統(tǒng)。鍋爐啟動系統(tǒng)為帶再循環(huán)泵的系統(tǒng)(如圖2所示)，2只立式內(nèi)置式汽水分離器布置于鍋爐的后部上方，由后豎井后包墻管上集箱引出的鍋爐頂棚包墻系統(tǒng)的全部工質(zhì)，均通過4根連接管送入2個汽水分離器。在啟動階段，分離出的水通過水連通管與一只立式分離器貯水箱相連，而分離出來的蒸汽則送往水平低溫過熱器的下集箱。分離器貯水箱中的水經(jīng)疏水管排入再循環(huán)泵的入口管道，作為再循環(huán)工質(zhì)與給水混合后流經(jīng)省煤器-水冷壁系統(tǒng)，進行工質(zhì)回收。啟動前的水沖洗階段水質(zhì)不合格時，污水外排，在鍋爐啟動期間的汽水膨脹階段、度過汽水膨脹階段的最低壓力運行時期以及鍋爐最低直流負荷運行前，由貯水箱底部引出的疏水均通過貯水箱水位調(diào)節(jié)閥送入冷凝器回收，或通過爐水循環(huán)泵送入給水管道進入水冷壁進行再循環(huán)。

圖1 鍋爐整體布置

項目BMCR工況TRL工況主蒸汽流量/(t·h-1)1938．001881．52主蒸汽出口壓力/MPa32．4532．36主蒸汽出口溫度/℃605605高壓再熱蒸汽流量/(t·h-1)1695．071642．42高壓再熱蒸汽進口壓力/MPa11．7111．33高壓再熱蒸汽出口壓力/MPa11．3410．97高壓再熱蒸汽進口溫度/℃432．8430．3高壓再熱蒸汽出口溫度/℃623623低壓再熱蒸汽流量/(t·h-1)1443．491392．25低壓再熱蒸汽進口壓力/MPa3．7433．597低壓再熱蒸汽出口壓力/MPa3．5533．413低壓再熱蒸汽進口溫度/℃444．1443．4低壓再熱蒸汽出口溫度/℃623623給水壓力/MPa35．9535．68給水溫度/℃331．4329．0分離器壓力/MPa33．9533．78

圖2 啟動系統(tǒng)

采用成熟的帶再循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)，啟動分離器系統(tǒng)為內(nèi)置式。鍋爐負荷小于30%BMCR時，分離器起汽水分離作用，分離出的蒸汽進入過熱器，水則通過連接管進入貯水箱，貯水箱中的水由水位控制閥控制，排入擴容器或與給水混合后進行再循環(huán)，以保證水冷壁的最小流量為30%BMCR流量。鍋爐在30%BMCR負荷以上運行時，分離器呈干態(tài)運行。啟動分離器為立式筒體，共2個，布置在鍋爐前部的上方。貯水箱共1個，也為立式筒體。通過水位控制閥的控制，貯水箱內(nèi)保持一定的水位，為分離器提供穩(wěn)定的工作條件。

(2)過熱器系統(tǒng)。過熱器采用三級布置，即分隔屏過熱器(一級)→屏式過熱器(二級)→末級過熱器(三級)。再熱器系統(tǒng)分為高壓再熱器系統(tǒng)和低壓再熱器系統(tǒng)，高、低壓再熱器均為二級，即低溫再熱器(一級)→高溫再熱器(二級)。再熱器為純對流受熱面，高壓高溫再熱器和低壓高溫再熱器布置在中煙溫區(qū)的水平煙道，高壓低溫再熱器和低壓低溫再熱器分別布置于尾部豎井的前后煙道，利用尾部調(diào)節(jié)擋板和煙氣再循環(huán)對二次再熱汽溫進行組合調(diào)節(jié)[9]。

過熱器采用煤水比作為汽溫主要調(diào)節(jié)手段，兩級噴水減溫作為細調(diào)節(jié)手段，噴水減溫每級左、右2點布置，以消除各級過熱器的左右吸熱和汽溫偏差。高、低壓再熱器調(diào)溫以煙氣擋板和煙氣再循環(huán)調(diào)溫為主，燃燒器擺動調(diào)溫為輔，同時在高、低壓再熱器入口管道上布置有事故噴水裝置。

(3)燃燒系統(tǒng)。燃燒器采用全擺動墻式切圓燃燒大風(fēng)箱結(jié)構(gòu)。共設(shè)6層濃淡一次風(fēng)口、3層油風(fēng)室、10層輔助風(fēng)室和1層燃盡風(fēng)室。整個燃燒器與水冷壁采取固定連接方式，并隨水冷壁一起向下膨脹。燃燒器共24組，布置于四面墻上，形成一個大切圓。燃燒器共6層煤粉噴口，每層與1臺磨煤機相配，主燃燒器采用低NOx的煤粉燃燒器，每只煤粉噴嘴中間設(shè)有隔板，以增強煤粉的射流剛性。主燃燒器的上方為燃盡風(fēng)(OFA)噴嘴，在距上層煤粉噴嘴上方有4只附加OFA噴嘴，角式布置，作用是補充燃料后期燃燒所需要的空氣，既有垂直分級燃燒又有水平分級燃燒，可降低爐內(nèi)溫度水平，抑制NOx的生成。燃盡風(fēng)與低氮燃燒器一起構(gòu)成低NOx燃燒系統(tǒng)。

圖3 吹管臨時系統(tǒng)

鍋爐采用一套等離子點火裝置，在最下層燃燒器裝設(shè)有等離子點火系統(tǒng)。鍋爐同時設(shè)置燃油點火系統(tǒng)，燃燒器裝有12個空氣霧化式油槍，用于鍋爐點火穩(wěn)燃和低負荷穩(wěn)燃，每只油槍均配有高能點火裝置。

2 關(guān)鍵啟動調(diào)試技術(shù)

2.1冷態(tài)通風(fēng)試驗

該機組鍋爐配有6臺MPS中速磨煤機(5運1備)，每臺磨煤機出口引出4根煤粉管道，在靠近鍋爐本體的區(qū)域，單根煤粉管道利用“Y”型接頭一分為二，最終1臺磨煤機對應(yīng)2層8臺直流煤粉燃燒器。試驗中對二次風(fēng)量、磨煤機出口一次風(fēng)量進行了冷態(tài)標(biāo)定，獲得了相應(yīng)的風(fēng)量修正系數(shù)。由于該機組設(shè)計過于緊湊，部分管路的直管段長度達不到風(fēng)量標(biāo)定規(guī)范的要求，因此采用了“出口標(biāo)定入口”等做法。一次風(fēng)量的調(diào)平采用等截面圓環(huán)法，利用一次風(fēng)管上的節(jié)流縮孔調(diào)整各管風(fēng)量均衡。調(diào)整后，A～F磨煤機出口4支風(fēng)管風(fēng)量最大偏差分別為-1.36%，1.39%，0.86%，-2.84%，2.36%，-1.66%，均在±5.00%的范圍內(nèi)，各磨煤機出口風(fēng)量基本配平。

冷態(tài)空氣動力場試驗中對一次風(fēng)、二次風(fēng)噴口風(fēng)速以及貼壁風(fēng)速進行了測量，測量結(jié)果見表2[10]。從試驗結(jié)果可以看出，4組燃燒器一、二次風(fēng)噴口風(fēng)速和各面水冷壁處貼壁風(fēng)速分布均勻，表明#6鍋爐一次風(fēng)、二次風(fēng)射流組織合理，無偏斜和刷墻現(xiàn)象。

表2 風(fēng)速測量結(jié)果 m/s

2.2三段蒸汽吹管

因該機組鍋爐增加了一級再熱器，使得系統(tǒng)復(fù)雜程度增加，管道阻力和汽溫汽壓調(diào)節(jié)難度增大，蒸汽吹管條件與常規(guī)一次再熱機組有顯著差異。結(jié)合二次再熱鍋爐的技術(shù)特點，經(jīng)過研究討論，該機組鍋爐在“一段吹管、兩段吹管”的基礎(chǔ)上，運用了“三段式降壓法”蒸汽吹管工藝。

第1階段對過熱器系統(tǒng)、主蒸汽管道進行吹洗；第2階段依次對過熱器系統(tǒng)、主蒸汽管道、一次再熱冷段管道、一次再熱蒸汽系統(tǒng)、一次再熱熱段蒸汽管道進行吹洗；第3階段依次對熱器系統(tǒng)、主蒸汽管道、一次再熱冷段蒸汽管道、一次再熱蒸汽系統(tǒng)、一次再熱熱段蒸汽管道、二次再熱冷段蒸汽管道、二次再熱蒸汽系統(tǒng)、二次再熱熱段蒸汽管道進行吹洗。吹管的臨時系統(tǒng)布置如圖3所示。

根據(jù)計算結(jié)果確定：過熱器系統(tǒng)及其管路吹洗過程中，啟動分離器壓力為7.0～7.5 MPa時開臨時吹管門(以下簡稱臨吹門)1，2，啟動分離器壓力為

5.0～5.5 MPa時關(guān)臨吹門1，2；過熱器、一次再熱器系統(tǒng)及其管道吹洗過程中，啟動分離器壓力為7.5～8.0 MPa時開臨吹門1，2，啟動分離器壓力為5.5～6.0 MPa時關(guān)臨吹門1，2；過熱器、一次再熱器、二次再熱器系統(tǒng)及其管路吹洗過程中，啟動分離器壓力為8.0～8.5 MPa時開臨吹門1，2，啟動分離器壓力為6.1～6.5 MPa時關(guān)臨吹門1，2。蒸汽吹洗過程中應(yīng)控制過熱器、再熱器、水冷壁不超溫。3個吹管階段的壓降取值見表3。

表3 不同吹管階段壓降取值

實際吹管打靶結(jié)果表明：靶板上斑痕數(shù)分別為5點、3點，斑痕粒徑均小于0.8 mm，吹洗質(zhì)量優(yōu)良，完全達到了國家相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求。

2.3低負荷穩(wěn)燃

采用協(xié)調(diào)方式，將#1機組負荷由660 MW逐步降至330 MW，在此基礎(chǔ)上開展了低負荷穩(wěn)燃試驗，持續(xù)時間為4 h，隨后負荷逐步升至660 MW。試驗過程中升降負荷速率為8～15 MW/min，主蒸汽、再熱蒸汽溫度及其減溫水流量正常，各段受熱面進、出口煙溫偏差均較小，鍋爐各參數(shù)達到或接近設(shè)計值，爐內(nèi)燃燒正常、穩(wěn)定。但在低負荷穩(wěn)燃試驗的負荷升降過程中，一級過熱器和三級過熱器出現(xiàn)了明顯的壁溫超溫現(xiàn)象。負荷穩(wěn)定時，三級過熱器部分管屏也易出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。

2.4燃燒初調(diào)整

(1)過量空氣系數(shù)(氧量)的調(diào)整。由于燃煤揮發(fā)分較高，在高負荷階段將氧量維持在3.0%～3.5%的設(shè)計值時，就地觀察爐膛火焰呈金黃色，說明燃燒情況較好；爐底無大渣，尾部煙道也未出現(xiàn)二次燃燒。但由于過熱器、再熱器溫度達不到設(shè)計值，故采取了提高過量空氣系數(shù)的措施，將氧量提高到3.7%左右，過熱器、再熱器溫度有所提高，管壁無超溫，各運行參數(shù)達到或接近設(shè)計值。

(2)燃燒器風(fēng)速風(fēng)率的調(diào)整。低負荷時，由于B制粉系統(tǒng)采用了等離子點火裝置，故對一次風(fēng)速有一定要求：風(fēng)速過高，燃燒不穩(wěn)定，磨煤機易振動；風(fēng)速太低，則會導(dǎo)致等離子裝置超溫并結(jié)焦。經(jīng)綜合考慮，采取了適當(dāng)提高B磨煤機風(fēng)量、提高周界風(fēng)比例、提高分離器轉(zhuǎn)速并適當(dāng)降低B磨煤機加載力的措施。調(diào)整后B磨煤機運行正常，等離子點火裝置前后壁溫在合理范圍內(nèi)。

(3)煤粉細度的調(diào)整。在整套啟動初期，根據(jù)廠家經(jīng)驗值，將分離器轉(zhuǎn)速控制在90 r/min左右，觀察爐內(nèi)火焰呈金黃色，說明燃燒狀況良好。在整套試運行期間，發(fā)現(xiàn)過熱器、再熱器汽溫偏低，煤粉取樣分析結(jié)果顯示煤粉細度R90為12%。將分離器轉(zhuǎn)速降至70 r/min，R90維持在15%～20%，將過熱器、再熱器汽溫進行了小幅提升。

3 試運行期間遇到的問題及處理方案

在整套試運行過程中曾出現(xiàn)燃燒器擺角銷子斷裂造成燃燒器下擺的現(xiàn)象，雖然調(diào)成水平后不再操作，后續(xù)也未曾斷裂，但對于鍋爐來說，缺少了一種調(diào)節(jié)汽溫的手段。建議廠家對銷子直徑進行檢查，確認是否滿足要求。整套試運行期間還發(fā)生過爐煙再循環(huán)風(fēng)機過流現(xiàn)象，雖然當(dāng)時手動處理后電流穩(wěn)定在額定電流以下，但根本問題沒有解決，爐煙風(fēng)機入口煙溫對風(fēng)機出力的影響太大，所以靠自動限制變頻器指令上限解決不了問題，限制太高，還是會發(fā)生過流現(xiàn)象，限制太低，高負荷下爐煙風(fēng)機的作用不明顯。建議根據(jù)入口溫度設(shè)定一個動態(tài)的指令上限，或在入口溫度低于一定值后切除自動。這一切都需要在后續(xù)的運行中摸索溫度與出力的關(guān)系曲線，給熱工人員提供一個依據(jù)。另外，在運行中一定要注意造成爐煙風(fēng)機入口溫度降低的情況，如高壓加熱器切除、機組快速減負荷(RB)保護動作等。

4 結(jié)論

二次再熱技術(shù)以其較高的經(jīng)濟性正受到越來越多的關(guān)注。目前我國投產(chǎn)的二次再熱機組數(shù)量較少，在設(shè)備設(shè)計與運行操作方面都缺乏經(jīng)驗，新機組啟動調(diào)試難免存在新情況、新問題。本文以國內(nèi)首臺二次再熱鍋爐為研究對象，運用了一系列適用于二次再熱鍋爐的調(diào)試措施，并對試運行過程中的各項問題給出了可行的解決辦法。調(diào)整后該鍋爐主要技術(shù)指標(biāo)均達到或接近設(shè)計值，機組運行穩(wěn)定、可靠，順利通過168 h滿負荷試運行。相關(guān)啟動運行經(jīng)驗可為后續(xù)二次再熱機組的運行提供參考。

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TM 621.27

A

1674-1951(2017)10-0001-05

2017-06-12；

2017-10-10

(本文責(zé)編：劉芳)

王林(1989—)，男，山東青島人，工程師，工學(xué)碩士，從事大型火電機組的啟動調(diào)試工作(E-mail:335390839@qq.com)。