超臨界燃煤機(jī)組吹灰系統(tǒng)節(jié)能改造實(shí)踐

周 朋，劉 偉

（山西兆光發(fā)電有限責(zé)任公司，山西霍州 031400）

山西兆光電廠2×600 MW燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組鍋爐，為超臨界參數(shù)變壓直流爐，屬于單爐膛、一次再熱、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，采用四角切圓燃燒技術(shù)。鍋爐額定蒸發(fā)量2027 t／h，主蒸汽額定壓力25.4 MPa，主、再熱蒸汽溫度571℃。

600 MW機(jī)組水平煙道設(shè)計(jì)為脈沖吹灰槍，在停機(jī)檢修過程發(fā)現(xiàn)，水平煙道的受熱面積灰嚴(yán)重，說明脈沖吹灰器效果不佳，受熱器清潔度不高，影響了受熱面的換熱狀況，過熱器減溫水量持續(xù)偏大，降低了鍋爐效率。同時(shí)，脈沖吹灰器使用的乙炔氣體是危險(xiǎn)品，增加了現(xiàn)場安全隱患。運(yùn)行中的爐膛折焰角區(qū)域，由于積灰，運(yùn)行中會(huì)塌灰，容易引起爐內(nèi)負(fù)壓波動(dòng)，影響機(jī)組的安全運(yùn)行。

控制系統(tǒng)存在的問題是PLC邏輯程序設(shè)計(jì)存在缺陷，經(jīng)常出現(xiàn)由于反饋故障等發(fā)生程序卡死現(xiàn)象；與DCS之間通過CM模件進(jìn)行通訊，掃描時(shí)間長，導(dǎo)致DCS畫面數(shù)據(jù)更新慢，操作遲緩；CM通訊模件穩(wěn)定性差，經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)或停運(yùn)故障，影響運(yùn)行人員監(jiān)控，且硬件更換成本高。

兆光電廠二期2×600 MW機(jī)組于2018年實(shí)施了吹灰系統(tǒng)節(jié)能改造。3號(hào)機(jī)系統(tǒng)于2018年5月底投入運(yùn)行，4號(hào)機(jī)系統(tǒng)于2018年6月初投入運(yùn)行。

1 設(shè)備概況

兆光電廠二期2×600 MW機(jī)組每臺(tái)鍋爐吹灰器分為兩部分：一部分為蒸汽吹灰器，分別為爐膛短桿吹灰器96臺(tái)（上?？巳R德，型號(hào)V04），爐膛長桿吹灰器4臺(tái)（青島瑞萊德，型號(hào) RLD／LSB-11／T9.5M），空預(yù)吹灰器4臺(tái)（上海克萊德，型號(hào)PSAT）；另一部分為脈沖吹灰器54臺(tái)（北京嘉德興業(yè)科技有限公司，型號(hào)JD智能脈沖吹灰器）。

蒸汽吹灰器汽源為后屏過熱器出口蒸汽，蒸汽經(jīng)過吹灰減壓站后，滿足鍋爐本體吹灰要求，也能保證空預(yù)吹灰所需的蒸汽過熱度。整體減壓站由PLC控制。鍋爐后屏出口蒸汽參數(shù)：壓力25.4 MPa，溫度516℃；經(jīng)減壓閥后蒸汽參數(shù)：壓力1.5 MPa，溫度408℃；空預(yù)吹灰器輔助蒸汽參數(shù)：壓力1.0 MPa，溫度300℃。

吹灰系統(tǒng)每臺(tái)爐由1套西門子S7 200 PLC進(jìn)行控制，控制柜內(nèi)設(shè)有上位系統(tǒng)，進(jìn)行組態(tài)邏輯和畫面監(jiān)控，并進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)定。與DCS系統(tǒng)通過CM通訊模件將數(shù)據(jù)上傳，在DCS畫畫組態(tài)監(jiān)控畫面。

2 改造內(nèi)容

2.1 改造具備的條件

負(fù)荷階段（50%～100%）BMCR熱再出口壓力溫度都能滿足吹灰的條件，但是一般吹灰在70%～80%負(fù)荷之間進(jìn)行，所以在汽源的品質(zhì)要求上完全沒有問題（見表1）。

不同負(fù)荷時(shí)，蒸汽壓力只有后屏汽源壓力的20%左右，與吹灰蒸汽的壓差約2 MPa；同時(shí)，低再出口蒸汽的比焓與后屏過蒸汽比焓不相上下，理論上能夠達(dá)到同等的清灰效果。但是，壓降的減少可顯著改善閥門工作條件，減少泄漏概率，并且可提高運(yùn)行可靠性，降低能耗（見表2）。

表1 不同負(fù)荷下低再進(jìn)出口壓力、溫度參數(shù)

表2 后屏過熱蒸汽與低再出口蒸汽參數(shù)對(duì)比

2.2 吹灰汽源系統(tǒng)

吹灰蒸汽由目前后屏過熱器出口蒸汽（壓力25.88 MPa、溫度523℃）改為低再出口蒸汽（壓力4.55 MPa、溫度485℃），在低再出口聯(lián)箱上機(jī)械開孔，焊接加強(qiáng)管座，為防止吹灰蒸汽超溫，增加再熱蒸汽吹灰減溫水系統(tǒng)，再熱蒸汽經(jīng)減溫器（單獨(dú)系統(tǒng)，減溫水取自過熱器減溫水）減溫，原吹灰器來汽系統(tǒng)作為備用系統(tǒng)（見圖1）。

2.2.1 減溫器系統(tǒng)

節(jié)流減壓孔板計(jì)算邊界條件列于表3。設(shè)計(jì)圖見圖2。實(shí)物圖見圖3。

節(jié)流減壓孔板計(jì)算公式：

計(jì)算得出：孔板孔徑為3～4 mm，取3.6 mm；孔板厚度30～35 mm。

表3 節(jié)流減壓孔板計(jì)算邊界條件

圖2 減溫器節(jié)流減壓孔板結(jié)構(gòu)示意

2.2.2 水平煙道脈沖吹灰器

拆除水平煙道18臺(tái)脈沖吹灰器系統(tǒng)，改造為長桿吹灰器系統(tǒng)，同時(shí)增設(shè)疏水系統(tǒng)、支吊架等相關(guān)吹灰系統(tǒng)改造設(shè)備，疏水系統(tǒng)接至大氣擴(kuò)容器疏水箱，分別見圖4、圖5。

圖3 減溫器節(jié)流減壓孔板實(shí)物照片

圖5 水平煙道吹灰器布置示意（左右對(duì)稱）

2.2.3 吹灰控制系統(tǒng)

取消目前爐膛吹灰器PLC控制器及上位機(jī)系統(tǒng)，取消CM通訊模件，新增DCS擴(kuò)鍵I／O子站于DCS07控制，新增控制柜背面安裝繼電器組，用于更換的18根長桿吹灰器的控制，保留現(xiàn)有脈沖吹灰繼電器柜，將原接入PLC的電纜通過柜間電纜接入DCS擴(kuò)展I／O子站，基于現(xiàn)有的邏輯程序進(jìn)行DCS邏輯組態(tài)，將改造后所有畫面（包括脈沖吹灰和現(xiàn)有蒸汽吹灰邏輯畫面）在DCS中進(jìn)行組態(tài)，實(shí)現(xiàn)DCS對(duì)所有吹灰設(shè)備的整體獨(dú)立順控和單臺(tái)操作的功能。DCS畫面滿足包括參數(shù)設(shè)定、順控啟停、畫面監(jiān)控等，即將現(xiàn)有PLC上位系統(tǒng)所有的功能進(jìn)行完整的移植，并在此基礎(chǔ)上對(duì)改造部分進(jìn)行修改完善，并進(jìn)行調(diào)試，用于吹灰工藝系統(tǒng)的壓力、溫度測點(diǎn)、執(zhí)行器等，通過電纜接入擴(kuò)展子站，在DCS中編輯連鎖、閉環(huán)控制程序進(jìn)行監(jiān)控。

其他脈沖吹灰器不改造，維持目前運(yùn)行方式。

2.2.4 吹灰設(shè)備控制

（1）在低再出口聯(lián)箱上機(jī)械開孔，保證焊口的機(jī)械強(qiáng)度，焊接加強(qiáng)管座；再熱蒸汽經(jīng)減壓站后接入原吹灰器減壓站安全閥前；

（2）吹灰減壓站壓力設(shè)為2.0 MPa，吹灰減溫站調(diào)整門后溫度設(shè)為400℃，疏水站溫度設(shè)為280℃，當(dāng)減壓站壓力大于3.5 MPa時(shí)，聯(lián)鎖關(guān)閉減溫水電動(dòng)門（長桿吹灰器吹灰過程中超壓，長桿吹灰器直接退出槍管，聯(lián)鎖關(guān)閉減溫水電動(dòng)門）；

（3）吹灰器汽源調(diào)閥后設(shè)為2.0 MPa，吹灰器就地汽源設(shè)為1.5 MPa；

（4）新增吹灰汽源與原設(shè)計(jì)汽源采用手動(dòng)方式進(jìn)行切換汽源。閥門具體開啟順序?yàn)椋簻p溫水手動(dòng)門—減溫水電動(dòng)門—減溫水調(diào)門—蒸汽手動(dòng)門—蒸汽電動(dòng)門—蒸汽調(diào)門—疏水門；關(guān)閉順序：蒸汽電動(dòng)門—蒸汽調(diào)門—減溫水調(diào)門—減溫水電動(dòng)門—打開疏水門。

3 吹灰系統(tǒng)改造創(chuàng)新點(diǎn)

（1）吹灰汽源由高品質(zhì)過熱蒸汽改為低再熱蒸汽，節(jié)能效果明顯。

（2）簡化吹灰系統(tǒng)，優(yōu)化吹灰效果。二單元吹灰器系統(tǒng)高溫區(qū)域水平煙道全部采用脈沖吹灰，由于高溫工況下，灰分粘度偏高，使用聲波及脈沖吹灰對(duì)附著在高溫受熱面上的積灰清除能力差，而蒸汽吹灰效果明顯。改為蒸汽吹灰后，利用1套汽源對(duì)爐膛短吹、水平煙道長吹和空預(yù)吹灰進(jìn)行吹灰，系統(tǒng)得到簡化。

（3）利用節(jié)流孔板和減溫水調(diào)門同時(shí)控制，確保吹灰減溫水系統(tǒng)安全穩(wěn)定投入。由于低再出口蒸汽減壓后，溫度超過450℃，超過了吹灰系統(tǒng)主要管材20 G的使用溫度允許上限。此次改造使用過熱器減溫水進(jìn)行降溫，系統(tǒng)的安全穩(wěn)定投入直接影響吹灰系統(tǒng)的改造效果。通過準(zhǔn)確計(jì)算，利用節(jié)流孔板和減溫水調(diào)門同時(shí)控制，可以有效確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 改造后系統(tǒng)性能指標(biāo)分析

4.1 水平煙道長吹吹灰的效果

根據(jù)不同負(fù)荷下數(shù)據(jù)，水平煙道長吹后，單側(cè)后屏過熱器焓增相比于吹灰前上升10 MW左右，單側(cè)高溫過熱器焓增相對(duì)于吹灰前上升6 MW左右，過熱器減溫水總量下降15 t／h。說明水平煙道長吹吹灰效果明顯，保證了受熱面的清潔，減少了供電煤耗。

長吹對(duì)過熱器的影響列于表4至表6。

表4 不同負(fù)荷下水平煙道長吹吹灰前后對(duì)過熱器的影響

表5 445 MW和410 MW負(fù)荷下水平煙道長吹吹灰前后后屏過熱器焓增

表6 445 MW和410 MW負(fù)荷下水平煙道長吹吹灰前后過熱器減溫水量

4.1.2 長吹對(duì)再熱器的影響

不同負(fù)荷水平煙道長吹吹灰對(duì)再熱器的影響效果列于表7，其高溫再熱器焓增見表8，出入口溫度列于表9。

表7 不同負(fù)荷下水平煙道長吹吹灰前后對(duì)再熱器的影響

表8 不同負(fù)荷下水平煙道長吹吹灰前后高溫再熱器焓增

表9 不同負(fù)荷吹灰前后高溫再熱器出入口溫度對(duì)比

4.2 吹灰對(duì)排煙溫度的影響

不同負(fù)荷下整體吹灰后，脫硝入口溫度和排煙溫度有不同程度降低，總體排煙溫度下降1～4℃，見表10。

表10 不同負(fù)荷下吹灰前后脫硝入口和排煙口溫度的變化

5 改造后經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

兩臺(tái)鍋爐費(fèi)用估算約332萬元，兩臺(tái)爐每年平均供電煤耗降低0.46 g／（kW·h），兩臺(tái)爐每年總體節(jié)省182.81萬元（每年運(yùn)行270 d，每天吹一次灰）。

5.1 脈沖吹灰的節(jié)能

原始單臺(tái)爐54個(gè)脈沖吹灰槍，每次吹灰需要4.5瓶乙炔氣體，乙炔氣體每瓶62元，現(xiàn)將水平煙道18臺(tái)脈沖吹灰改為蒸汽長吹；兩臺(tái)爐每年節(jié)省乙炔5.022萬元（每年運(yùn)行270 d，每天吹1次灰）。

5.2 排煙溫度、減溫水節(jié)能

（1）不同負(fù)荷下排煙溫度平均下降1～4℃左右；

（2）不同負(fù)荷下過熱器減溫水平均下降15 t／h左右。

5.3 低溫再熱蒸汽節(jié)能

吹灰汽源改造后，采用屏過出口汽源（壓力：25.88 MPa，溫度523℃）和低再出口汽源（壓力：4.55 MPa，溫度485℃）。吹灰時(shí)，環(huán)境溫度按T0＝20℃，標(biāo)準(zhǔn)電價(jià)按0.332元；

環(huán)境溫度按T0＝20℃計(jì)算，飽和水熵S0＝0.2965 kJ／（kg·K）， 查得飽和水焓H0＝ 84.01 kJ／kg；

原設(shè)計(jì)吹灰汽源取至后屏過熱器，出口壓力按P1＝25.88 MPa、溫度T＝523℃計(jì)算，查得蒸汽焓值約為H1＝3236.99 kJ／kg，熵值約為S1＝6.0421 kJ／（kg·K）；

低再出口汽源壓力按P1＝4.55 MPa、溫度T＝485℃計(jì)算，查得蒸汽焓值約為H1＝3404.87 kJ／kg， 熵值約為S1＝6.9810 kJ／（kg·K）；

利用公式E1＝H1-H0-T0（S1-S0）分別計(jì)算屏過出口蒸汽和低再出口蒸汽的能；

然后利用公式Q1＝（E1-E2）／3600； 可得每千克蒸汽節(jié)省的折算電量為0.0298（kW·h）。

6 結(jié) 語

經(jīng)過長時(shí)間的調(diào)研、考察、計(jì)算，順利將吹灰蒸汽系統(tǒng)改造成功，3號(hào)機(jī)系統(tǒng)于2018年5月底投入運(yùn)行，4號(hào)機(jī)系統(tǒng)于2018年6月初投入運(yùn)行，兩臺(tái)爐吹灰器投入運(yùn)行的半年左右時(shí)間中，設(shè)備運(yùn)行安全穩(wěn)定，吹灰效果經(jīng)濟(jì)高效，為同類型機(jī)組吹灰系統(tǒng)節(jié)能改造提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。