1000MW二次再熱機(jī)組低負(fù)荷段二次再熱汽溫研究

李 冬，趙詩泉

(國電泰州發(fā)電有限公司,江蘇 泰州 225300)

0 引言

汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)是火電廠的一個(gè)重要參數(shù)，其數(shù)值大小直接影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全性。二次再熱機(jī)組設(shè)計(jì)要求在65%～100%BMCR工況下，二次再熱蒸汽溫度均能達(dá)到設(shè)計(jì)值。而泰州公司1000MW超超臨界二次再熱直流塔式爐在低負(fù)荷工況時(shí)，二次再熱蒸汽溫度存在達(dá)不到設(shè)計(jì)值的問題。經(jīng)驗(yàn)表明二次再熱蒸汽溫度每下降10℃，煤耗將上升0.4g/kWh，直接影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。在實(shí)際運(yùn)行中，造成二次再熱蒸汽溫度偏低的原因很多，必須對(duì)影響二次再熱蒸汽溫度的各個(gè)方面進(jìn)行分析總結(jié)，提出有效的調(diào)整方向，保證二次再熱汽溫的寬負(fù)荷穩(wěn)定性[1-4]。

泰州公司1000MW超超臨界壓力二次再熱鍋爐型號(hào)為SG-2710/33.03-M7050，為單爐膛塔式布置、二次中間再熱、四角切向燃燒、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣形式，配備100%高壓旁路系統(tǒng)[5]。省煤器受熱面位于鍋爐上部第一煙道出口處，前煙道、后煙道各布置一部分，兩者并聯(lián)。水冷系統(tǒng)由膜式壁構(gòu)成，采用下部螺旋管圈、上部垂直管圈的形式。水冷壁垂直管上部引入到前后左右四個(gè)出口集箱，再經(jīng)4個(gè)水冷壁出口分配器導(dǎo)入6臺(tái)汽水分離器。爐膛上部沿著煙氣流動(dòng)方向依次分別布置有低溫過熱器、高溫再熱器低溫段、高溫過熱器、高溫再熱器高溫段、低溫再熱器、省煤器。過熱器系統(tǒng)分為兩級(jí)，第一級(jí)為懸吊管、隔墻和低溫過熱器，第二級(jí)為高溫過熱器。低溫過熱器布置在爐膛出口斷前面，高溫過熱器布置在高溫再熱器冷段和熱段之間，兩者均為順流布置。一、二次再熱器系統(tǒng)均分為低溫再熱器和高溫再熱器兩級(jí)受熱面，高溫再熱器為順流布置，低溫再熱器為逆流布置，再熱器布置上采用了組合式高溫受熱面的布置方案，將部分再熱器提前，提高再熱器吸收輻射熱量的能力，并將兩次高再受熱面并列布置，以達(dá)到不降低二次高溫再熱器換熱溫壓的目的。

1 二次再熱汽溫寬負(fù)荷穩(wěn)定性的影響因素及對(duì)策

影響二次再熱汽溫的因素很多，具體包括受熱面吸熱不足、管壁汽溫偏差大、受熱面材料壁溫超限等。低負(fù)荷下受熱面材料壁溫裕度較大，二次再熱汽溫偏低的主因是受熱面吸熱不足，同時(shí)管壁溫度偏差也制約了汽溫的提高[6-10]。

1.1 受熱面吸熱不足

運(yùn)行數(shù)據(jù)表明低負(fù)荷段下二次再熱受熱面溫升低于設(shè)計(jì)值，爐膛和低過吸熱過多、溫升大，主要因?yàn)榈拓?fù)荷段下爐膛煙氣量不足導(dǎo)致對(duì)流吸熱偏低和爐膛下部受熱面吸熱過多。

1.1.1 低負(fù)荷煙氣量相對(duì)不足

鍋爐設(shè)計(jì)煤種為神華煤，其高熱值的特性導(dǎo)致在低負(fù)荷段時(shí)鍋爐燃料量偏少，雖然全水不低但煙氣量仍偏小。為提高低負(fù)荷段煙氣流量，可適量摻燒低熱值高水分的煤種，為保證鍋爐BMCR工況的設(shè)計(jì)值出力，考慮到磨煤機(jī)實(shí)際出力情況，加倉方式為A、B、C下三層煤倉選擇神混2、大友、平5等高熱值、中低灰分煤種，E、F兩層煤倉摻配印尼、菲律賓等低熱值、高揮發(fā)分及高水分煤種，D層加倉上靈活安排，神混2、大友、平5、印尼煤種，可查閱相關(guān)參數(shù)。實(shí)際運(yùn)行情況表明，700MW負(fù)荷下?lián)綗∧崦嚎商岣叨卧贌崞麥?～10℃，負(fù)荷越低效果越明顯，若解決磨煤機(jī)磨制印尼煤的安全問題，印尼煤摻燒量最大可達(dá)40%～60%，有效提高再熱汽溫。

1.1.2 下層受熱面吸熱過多

從機(jī)組調(diào)整前期750MW工況下鍋爐的主要運(yùn)行數(shù)據(jù)可以看出，實(shí)際運(yùn)行工況下的低溫過熱器的吸熱量大于設(shè)計(jì)值，其后的受熱面溫升均低于設(shè)計(jì)值。為了解決汽溫偏低的問題，需要減少爐膛吸熱和低過吸熱，增加再熱受熱面的吸熱。

由于二次再熱高溫受熱面級(jí)數(shù)多，傳熱溫壓是最關(guān)鍵的因素，對(duì)高煙溫區(qū)的受熱面調(diào)整將對(duì)再熱汽溫更加敏感。為提高再熱汽溫，可采取以下方法：減少爐膛吸熱；減少屏過吸熱；增加低再高再吸熱，效果相對(duì)較弱；煙氣再循環(huán)，能夠?qū)t膛的熱量帶到下游熱面，其效果雖比較明顯，但整個(gè)系統(tǒng)改動(dòng)較為復(fù)雜，并且再循環(huán)風(fēng)機(jī)的可用率也難以保障。

通過煤種分析可知，配煤摻燒后入爐煤平均灰熔點(diǎn)大，結(jié)焦傾向不嚴(yán)重。而爐膛及低過區(qū)域是以輻射換熱為主的換熱面，一定程度的結(jié)焦有利于增加受熱面沾污系數(shù)，從而減少爐膛及低過受熱面吸熱量。為了增加受熱面沾污系數(shù)，我們將現(xiàn)有的吹灰方式進(jìn)行了較大幅度的縮減。水冷壁短吹總共有八層(由下向上分別A-B-C-D-E-F-G層)，原A-G層水冷壁受熱面吹灰頻次由每班一至兩層半數(shù)改為上三層每天一至兩層半數(shù)，下五層保證每周吹一次，同時(shí)對(duì)低過區(qū)域不再明確嚴(yán)格的吹灰頻次，根據(jù)工況、觀火結(jié)焦情況及溫升情況決定是否進(jìn)行低過吹灰。

日常運(yùn)行中通過吹灰頻次縮減來提高受熱面的沾污系數(shù)，應(yīng)加強(qiáng)關(guān)注爐膛結(jié)焦情況。從技術(shù)改造方面，可以通過水冷壁噴涂隔熱涂層增加水冷壁的沾污系數(shù)。噴涂隔熱涂層可能對(duì)爐膛結(jié)焦有一定的影響，關(guān)于爐膛的結(jié)焦問題就目前所燃用的煤質(zhì)，其灰熔點(diǎn)、灰分的堿酸比都表明結(jié)焦傾向不嚴(yán)重，適當(dāng)?shù)拿娣e應(yīng)不會(huì)產(chǎn)生結(jié)焦而影響鍋爐正常運(yùn)行。相關(guān)技術(shù)是針對(duì)調(diào)整水冷壁熱傳導(dǎo)量而設(shè)計(jì)的專用隔熱涂層。它共有 2 層結(jié)構(gòu)：第一層是采用 NiCrAl 合金作為提高工作層與基體結(jié)合強(qiáng)度的過渡層，外工作層為具有良好隔熱效果的特制Al2O3基混合陶瓷涂層。涂層總厚度為1mm，該涂層具有良好的隔熱效果，涂層壽命大于 1 個(gè)大修周期。

由于自身的膜式結(jié)構(gòu)，水冷壁的受熱面已經(jīng)無法變動(dòng)。低過位于爐膛出口，是輻射換熱為主的換熱面，適當(dāng)減少低過區(qū)域的部分管屏的管數(shù)，可提高進(jìn)入下游受熱面的煙氣溫度，提升下游換熱面的傳熱溫壓，達(dá)到提高二次再熱汽溫的作用。上海鍋爐廠大唐東營電廠在建項(xiàng)目根據(jù)吸熱量變化和煤質(zhì)特性，對(duì)鍋爐尺寸進(jìn)行了調(diào)整，爐膛截面尺寸由21480×21480mm調(diào)整為20760×20760mm，減少爐膛的吸熱量，增加爐膛出口再熱器的吸熱量，提高再熱蒸汽溫度。此外，還可以適當(dāng)優(yōu)化過熱器與再熱器的面積分配比例，減少低溫過熱器的受熱面，提高高溫再熱器受熱面的換熱溫壓。

1.1.3 二次再熱機(jī)組再熱汽吸熱比例過大

對(duì)于二次再熱機(jī)組，主蒸汽吸熱比例下降，再熱蒸汽(含一次再熱蒸汽和二次再熱蒸汽)吸熱比例上升，二次再熱機(jī)組鍋爐主蒸汽的吸熱比例由通常的82.0%降至71.5%左右。為改善二次再熱機(jī)組再熱汽溫，減少再熱汽吸熱比例，可以增加一次冷再、二次冷再對(duì)外供熱量，減少再熱蒸汽流量[11]。

1.2 管屏溫差

低負(fù)荷下，二次再熱蒸汽出口溫度經(jīng)常出現(xiàn)較大的汽溫偏差。汽溫偏差的產(chǎn)生主要由于爐內(nèi)煙氣分布不均及受熱面介質(zhì)流分配不均，后者不可改變，以下主要針對(duì)煙氣流場(chǎng)進(jìn)行分析。

1.2.1 燃燒器風(fēng)門改造

鍋爐采用對(duì)沖同心正反切圓燃燒方式，其中B、D、F三層燃燒器配置了偏置二次風(fēng)，達(dá)到啟旋作用保證旋流的充分性和穩(wěn)定性。上層燃盡風(fēng)分為BAGP、UAGP兩層，采用反向切圓分散布置。大量實(shí)踐證明燃盡風(fēng)反切一定角度，可以使進(jìn)入燃燒器上部區(qū)域氣流的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度得到減弱乃至消除，提高爐膛上部截面煙氣充滿度。

鍋爐低負(fù)荷工況下，為保證一定的二次風(fēng)壓及燃燒穩(wěn)定性，包含啟旋風(fēng)燃燒器在內(nèi)的整個(gè)二次風(fēng)門開度相應(yīng)縮小。此時(shí)水冷壁前后左右墻出口汽溫偏差最大可達(dá)35℃，分析原因是由于B、D、F三層起旋效果偏弱，導(dǎo)致爐膛內(nèi)切圓偏小。為增加啟旋力度，將A至F層所有油層輔助風(fēng)門的直吹式噴口改為三層噴口(上層和下層改為正切22°的啟旋噴口)，增加各負(fù)荷工況下爐膛內(nèi)火焰的旋流強(qiáng)度，具體改動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。實(shí)踐表明，在風(fēng)燃燒器改動(dòng)后，相同負(fù)荷工況下，整個(gè)水冷壁壁溫及過、再熱汽溫偏差均有較大改善。

圖1 燃燒器油層二次風(fēng)噴口改造前后示意圖

1.2.2 配風(fēng)調(diào)整

長期運(yùn)行調(diào)整表明，鍋爐的配風(fēng)方式對(duì)管屏溫差影響明顯，尤其是啟旋風(fēng)門的配風(fēng)調(diào)整。燃燒器風(fēng)門改造后750MW穩(wěn)定負(fù)荷鍋爐側(cè)相關(guān)參數(shù)筆者詳細(xì)做了統(tǒng)計(jì)。二次再熱出口1～4號(hào)管汽溫分別610.26℃、611.74℃、601.21℃、601.47℃，平均溫度為606.17℃，最大偏差為10.53℃，左側(cè)A、C汽溫管明顯高于右側(cè)D、B汽溫管，爐膛煙氣分布呈現(xiàn)左后墻明顯大于右后墻。通過對(duì)B、D、F層啟旋風(fēng)門逐漸摸索發(fā)現(xiàn)開大爐膛啟旋風(fēng)風(fēng)門，增大切圓半徑可以減小二次再熱汽溫偏差，按照由下而上的方向逐漸增大啟旋力度，增加上層切圓直徑有利于提高二次再熱B管溫度，大大減小管壁汽溫偏差，啟旋風(fēng)開度嘗試期間二次再熱汽溫的變化趨勢(shì)明顯。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)維持F層開度60%～75%，D層開度55%～65%，B層開度45%～60%情況下汽溫偏差較小。若上層切圓過大會(huì)影響CO含量，可能導(dǎo)致低過出口汽溫偏差大、壁溫超溫，若下層切圓過小可能導(dǎo)致火焰偏斜，水冷壁局部超溫、出口汽溫偏差大。根據(jù)日常調(diào)整數(shù)據(jù)可得出以下配風(fēng)經(jīng)驗(yàn)：低負(fù)荷段為維持一定的二次風(fēng)壓、原煙氣NOx含量，整個(gè)爐膛啟旋力度是欠缺的；合理的啟旋力度可以提高爐膛火焰的充滿度，減低管壁溫差；上層燃盡風(fēng)的反切作用在低負(fù)荷階段必要性不大，可以將燃盡風(fēng)BAGP1、2改為正切，增大啟旋效果；低負(fù)荷下有意的壓縮下層配風(fēng)開度，增大上層風(fēng)量有助于提高二次再熱汽溫，抬高火焰中心，提高上層煙氣充滿度。

2 結(jié)語

合理摻燒高水份煤種可有效提高低負(fù)荷段二次再熱汽溫。通過吹灰調(diào)整，低過沾污情況合適情況下，機(jī)組650MW以上二次再熱汽溫能達(dá)到605℃。對(duì)于泰州1000MW二次再熱塔式爐，低溫過熱器管屏的強(qiáng)吸熱特性以及低負(fù)荷段二次配風(fēng)欠旋都指明了調(diào)整的方向和手段，在借鑒經(jīng)驗(yàn)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況作出適當(dāng)調(diào)整。