300MW鍋爐再熱氣溫低的原因及改造策略研究

吳旭

摘 要：本次研究主要針對300MW鍋爐運(yùn)行過程中再熱汽溫較低的問題，分析了其中的原因，然后結(jié)合實(shí)際情況，定了相應(yīng)的改造策略，通過改造后性能實(shí)驗(yàn)可以看出，改造方案具有很好的適用性，再熱氣溫得到了顯著提升，與此同時，發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)效益也顯著得到提高。

關(guān)鍵詞：300MW鍋爐 再熱氣溫低 原因 改造對策

中圖分類號：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082（2018）12-0-02

發(fā)電行業(yè)是國家經(jīng)濟(jì)命脈行業(yè)，關(guān)系到國計(jì)民生，在整個國民經(jīng)濟(jì)中扮演著十分重要的角色。最近幾年，隨著電力企業(yè)不斷深化改革，國家推行節(jié)能減排政策，國內(nèi)300MW的機(jī)組鍋爐燃燒器大部分都進(jìn)行了低氮改造，但通過技術(shù)改造之后，普遍存在再熱蒸汽溫度較低的問題，使得鍋爐運(yùn)行狀態(tài)低下，嚴(yán)重影響到燃料利用效率。在鍋爐機(jī)組運(yùn)行過程中，鍋爐再熱蒸汽溫度偏低，尤其是在低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，再熱蒸汽溫度偏低，是很多發(fā)電廠機(jī)組普遍存在的問題。針對這方面問題，有大量文獻(xiàn)進(jìn)行了研究，并提出了各自的解決方案，取得了一定的成效。但鍋爐再熱汽溫偏低的問題一直沒有得到全面解決。在鍋爐機(jī)組運(yùn)行過程中，如果再熱蒸汽溫度較低的問題一直得不到妥善處理，不僅會直接影響到整個機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，而且還會進(jìn)一步增加汽輪機(jī)的排汽濕度。在這樣的環(huán)境下長期運(yùn)行，還會降低末級葉輪片的使用壽命，影響到整個機(jī)組的安全運(yùn)行。

一、設(shè)備運(yùn)行概況

本次研究所選擇的300MW機(jī)組鍋爐，為東方鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的亞臨界中間再熱燃煤自然循環(huán)汽包鍋爐，該鍋爐配備了300MW級的汽輪發(fā)電機(jī)組。該機(jī)組從上世紀(jì)90年代初期投入生產(chǎn)以來，鍋爐整體運(yùn)行情況較為良好，但隨著運(yùn)行時間的增長，運(yùn)行性能呈現(xiàn)下降趨勢。在鍋爐運(yùn)行過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)再熱汽溫偏低的問題，再熱蒸汽溫度不能達(dá)到額定參數(shù)，這種問題在鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下更為明顯，對機(jī)組的整體運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生了嚴(yán)重影響，需要對其進(jìn)行進(jìn)一步改造。該鍋爐為亞臨界，中間再熱自然循環(huán)，平衡通風(fēng)，燃煤汽包鍋爐。制粉系統(tǒng)為冷一次風(fēng)直吹式，燃燒設(shè)備為四角布置，切向燃燒，百葉窗式水平濃淡直流擺動式燃燒器，空氣風(fēng)粉氣流，從爐膛四角噴射入爐膛內(nèi)，噴口中心線與爐膛中心兩個假想切圓相切，配置了六臺HP803中速磨煤機(jī)，再熱器系統(tǒng)劃分為三個級別，分別為壁式再熱器、中溫再熱器、高溫再熱器。其中中溫再熱器和高溫再熱器之間并沒有設(shè)置混合集箱。中溫再熱器蛇形管穿過頂棚之后，每屏分成兩屏進(jìn)入鍋爐內(nèi)，鍋爐內(nèi)部成為高溫散熱蛇形管道。為了有效減少高溫再熱器和中溫再熱器之間的熱力偏差，兩者之間的管道進(jìn)行了管圈內(nèi)外交叉。鍋爐的整個運(yùn)行參數(shù)，如表1所示。

在主汽系統(tǒng)內(nèi)部共設(shè)置有三級噴水降溫裝置，再熱器汽溫調(diào)節(jié)主要以煙氣調(diào)節(jié)為主，蒸汽調(diào)節(jié)為輔，煙氣調(diào)節(jié)主要依靠擺動式燃燒器改變噴口角度來實(shí)現(xiàn)對鍋爐內(nèi)部火焰中心高度和吸熱量進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，然后再借助蒸汽調(diào)節(jié)系統(tǒng)對再熱汽溫進(jìn)行輔助調(diào)節(jié)。2015年1月到8月，通過對該鍋爐的運(yùn)行情況進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，再熱器出口溫度平均值僅為503.4度，比設(shè)計(jì)參數(shù)值要低。再熱蒸汽溫度下降，一方面能夠顯著影響到鍋爐正常的運(yùn)行，增加燃煤投入量，另一方面還會增加氣體的濕度，含有大量水分的蒸汽，不斷沖擊汽輪葉片，導(dǎo)致汽輪葉片出現(xiàn)磨損、腐蝕，降低汽輪機(jī)組的內(nèi)在運(yùn)行效率。

二、300MW鍋爐再熱蒸汽汽溫較低的原因分析

1.鍋爐內(nèi)部熱偏差不能全面消除

在鍋爐內(nèi)部燃燒調(diào)整過程中，由于鍋爐內(nèi)部熱偏差較大，通過提高火焰中心高度，提高鍋爐內(nèi)膛出口溫度時，分隔屏過熱器及高溫再熱器出口壁溫度超過設(shè)計(jì)范圍，從而導(dǎo)致再熱蒸汽氣溫偏低。在技術(shù)改造過程中，通過嘗試增大SOFA反切角度，加強(qiáng)反切風(fēng)動量矩，并不能完全消除高溫再熱器的出口溫度和鍋爐爐膛溫差較大的問題。如果進(jìn)一步增大下兩層SOFA反切角度，會使得鍋爐爐膛內(nèi)風(fēng)箱壓差下降到0.35MPa以下，會導(dǎo)致整個鍋爐的燃料燃燒不穩(wěn)定。在鍋爐運(yùn)行過程中，通過增加或減少某一角主燃燒區(qū)的通風(fēng)量措施，也很難消除兩者之間的熱偏差問題。

2.水冷壁吸熱量過高，爐膛出口煙溫度下降

通過對低氮燃燒器進(jìn)行技術(shù)改造之后，過熱器減溫水量以及各段的煙溫明顯下降，由此可以判斷，對流吸熱份額呈現(xiàn)下降趨勢。通過進(jìn)行技術(shù)改造之后，雖然主燃區(qū)域的熱量呈現(xiàn)下降趨勢，但同時主燃區(qū)域的二次風(fēng)量會減少，所以在該區(qū)域內(nèi)的爐膛溫度不會出現(xiàn)過大變化。技術(shù)改造之后，在降低了二次風(fēng)量的同時，二次風(fēng)噴口外壁與二次風(fēng)箱間隙偏大，漏風(fēng)概率大大增強(qiáng)，使得二次風(fēng)噴口的風(fēng)速下降，造成二次風(fēng)動量減小，進(jìn)而使得二次風(fēng)切圓直徑偏大，二次風(fēng)區(qū)域的燃燒范圍更加接近水冷壁的壁面，使得水冷壁的熱量進(jìn)一步增加，從而影響到爐膛出口煙氣溫度，最終導(dǎo)致再熱器蒸汽氣溫下降。

3.300MW鍋爐再熱氣溫低改造策略

通過對鍋爐進(jìn)行摸底，燃燒調(diào)整試驗(yàn)，掌握了鍋爐再熱汽溫低的原因，針對原因僅僅通過調(diào)整鍋爐運(yùn)行，難以有效緩解再熱蒸汽溫度過低的問題，需要對整個燃燒器進(jìn)行優(yōu)化改造。首先對燃燒器上部的二次風(fēng)可調(diào)水平擺角進(jìn)行調(diào)整改造，拆除原有的EE2、EE3層共八只二次風(fēng)噴口，更換全新的工作部件，同時增設(shè)手動水平，切角擺動設(shè)備，并保留原有的垂直擺動結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)水平方向左右20℃范圍的擺動，使垂直方向的擺動不受影響，通過增加裝置，能夠有效減弱主燃燒區(qū)旋轉(zhuǎn)動量矩，減少爐膛上部煙氣旋轉(zhuǎn)的殘余量；其次，局部封堵SOFA噴口及主燃燒區(qū)域的二次風(fēng)噴口。通過對各層SOFA噴口及主燒區(qū)域的二次風(fēng)噴口進(jìn)行局部封堵，能夠有效減小二次風(fēng)噴口總面積，提高二次風(fēng)風(fēng)速和動量，增強(qiáng)二次風(fēng)對一次風(fēng)的卷吸控制能力，達(dá)到提高運(yùn)行穩(wěn)定，減輕或消除殘?jiān)?，降低爐膛出口兩側(cè)煙溫偏差，減少飛灰可燃物的目的。

4.改造效果

在改造之前，利用兩種磨煤機(jī)的運(yùn)行方式，對鍋爐的原始工況運(yùn)行情況進(jìn)行了摸底試驗(yàn)，并對燃燒效果進(jìn)行了調(diào)整，改造結(jié)束后，按照同樣標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行摸底試驗(yàn)，然后再進(jìn)行兩種磨煤機(jī)運(yùn)行方式的燃燒調(diào)整試驗(yàn)，試驗(yàn)工況下鍋爐運(yùn)行參數(shù)如表2所示。結(jié)合表2數(shù)據(jù)可以看出，改造之后，低負(fù)荷狀態(tài)下，再熱蒸汽溫度比改造前分別提高了22℃（C、D、E磨煤機(jī)運(yùn)行方式）和14℃（A、B、C磨煤機(jī)運(yùn)行方式）。改造之后，脫硝裝置入口，氮氧化物質(zhì)量濃度比改造前，各種工況條件下均有所下降，末級再熱器最高，壁溫相差變小，通過日常運(yùn)行和觀察人員反映，改造之后，爐膛結(jié)渣情況也得到明顯改善。

結(jié)語

改造之后，低負(fù)荷狀態(tài)下，再熱蒸汽溫度比改造前分別提高了22℃（C、D、E磨煤機(jī)運(yùn)行方式）和14℃（A、B、C磨煤機(jī)運(yùn)行方式）。同時在優(yōu)化后低負(fù)荷運(yùn)行狀況下，C、D、E磨煤機(jī)運(yùn)行方式再熱蒸汽溫度能夠持續(xù)維持在532℃，但與額定設(shè)計(jì)的540度溫度存在8℃的差距，建議在今后技術(shù)改造過程進(jìn)行未燃帶的核算復(fù)核。

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