淺析1000 MW超超臨界間接空冷機(jī)組設(shè)計特點

陳允馳

(山東能源內(nèi)蒙古盛魯電力有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000)

盛魯電廠2×1000 MW超超臨界間接空冷機(jī)組是山東能源集團(tuán)的首座百萬千瓦機(jī)組電廠，是伊克昭至臨沂±800 kV特高壓直流輸電工程的配套電源之一，于2017年5月開工建設(shè)。文中對本項目鍋爐側(cè)和汽機(jī)側(cè)設(shè)備的幾項主要設(shè)計特點進(jìn)行分析，可為同類型機(jī)組的設(shè)計和改造工作提供參考。

1 鍋爐側(cè)設(shè)計特點

該項目鍋爐為上海鍋爐廠制造的超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行П型直流爐，采用單爐膛、雙切圓燃燒方式，一次中間再熱、平衡通風(fēng)、緊身封閉布置、固態(tài)排渣、全懸吊結(jié)構(gòu)，制粉系統(tǒng)配備6臺中速磨煤機(jī)。鍋爐主要參數(shù)如表1所示。

表1 鍋爐主要參數(shù)

1.1 等離子點火與微油點火技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用

隨著火力發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展和單機(jī)容量的不斷增大，鍋爐的大油槍點火技術(shù)逐漸被先進(jìn)的等離子點火技術(shù)和微油點火技術(shù)取代。采用等離子點火技術(shù)和微油點火技術(shù)，既可以節(jié)省燃油量，節(jié)約成本，又可以在機(jī)組啟動初期便投入電除塵設(shè)備運(yùn)行，凈化煙氣，具有良好的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。

目前，在百萬千瓦機(jī)組的實際應(yīng)用中，普遍采用在最下層燃燒器布置等離子點火設(shè)備或者微油點火設(shè)備。本項目為縮短冷態(tài)啟動時間，適應(yīng)機(jī)組深度調(diào)峰、低負(fù)荷穩(wěn)燃的需求，提高機(jī)組運(yùn)行可靠性，聯(lián)合應(yīng)用了這兩種點火技術(shù)，在A層燃燒器布置了等離子點火設(shè)備，在B層燃燒器布置了微油點火設(shè)備。

等離子點火技術(shù)利用直流電，陰極與陽極接觸后，在反向離開的過程中引弧，在強(qiáng)磁場控制下，獲得空氣等離子體，溫度可達(dá)數(shù)千℃，進(jìn)入燃燒室的煤粉在高溫作用下迅速析出揮發(fā)分燃燒，火焰經(jīng)過逐級放大后，噴入爐膛穩(wěn)定燃燒。微油點火技術(shù)利用壓縮空氣沖擊燃油，燃油爆裂成微小液滴，形成霧化效果，霧化的油滴被高能點火槍點燃，穩(wěn)定燃燒，進(jìn)入燃燒室的濃相煤粉迅速被高溫油火焰點燃，隨后與淡相煤粉混合，形成火焰噴入爐膛燃燒。兩種技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，具有以下優(yōu)點。

a.豐富鍋爐冷態(tài)啟動方式

在不投用大油槍的啟動前提下，相比于僅有單層節(jié)油點火技術(shù)的機(jī)組來說，本項目具有豐富靈活的點火啟動方式?？梢葬槍Ξ?dāng)前儲存煤種，優(yōu)化選擇點火方式，確保點火一次成功。在A或B磨煤機(jī)中某1臺由于缺陷維護(hù)，無法在機(jī)組啟動時配合點火的情況下，可以優(yōu)先選擇另外1臺點火啟爐，以免影響按時并網(wǎng)。

b.縮短機(jī)組冷態(tài)啟動時間

在采用節(jié)油點火技術(shù)啟動時，由于鍋爐負(fù)荷低，排煙溫度較低，熱一次風(fēng)溫升溫速度慢。在機(jī)組并網(wǎng)前需要啟動第2臺磨煤機(jī)以增大鍋爐出力，而往往此時的一次風(fēng)溫不能滿足第2臺磨煤機(jī)的啟動要求，不得不在當(dāng)前負(fù)荷繼續(xù)暖爐，增加了冷態(tài)啟動時間。在兩層燃燒器布置點火裝置，較好地解決了該問題，可以提前將第2臺磨煤機(jī)啟動，在鍋爐升溫升壓過程中點燃兩層燃燒器，有利于熱負(fù)荷的均勻分配和燃盡率提高，能夠快速提升爐膛溫度水平。

c.提高鍋爐煤種適應(yīng)能力

等離子點火技術(shù)的出力受電氣設(shè)備容量和自身的點火原理限制，其對于煙煤具有良好的點燃效果，但對于揮發(fā)分較低的無煙煤和高水分褐煤，其點火效果不如微油點火技術(shù)，由于油的熱值高，微油點火技術(shù)的煤種適應(yīng)性優(yōu)于等離子點火技術(shù)。

d.提高低負(fù)荷穩(wěn)燃靈活性

2種點火技術(shù)冗余配置，當(dāng)某一層點火裝置由于設(shè)備消缺退出備用時，仍然保留有穩(wěn)燃措施，可以維持低負(fù)荷運(yùn)行。當(dāng)A磨煤機(jī)處于備用狀態(tài)，機(jī)組需要降負(fù)荷至最小出力運(yùn)行時，不必特意啟動A磨煤機(jī)運(yùn)行來增加穩(wěn)燃措施。在事故處理時，也增加了鍋爐燃燒側(cè)調(diào)節(jié)手段。

1.2 兩側(cè)熱一次風(fēng)主管道布置點火暖風(fēng)器

鍋爐正常運(yùn)行時，A、B一次風(fēng)機(jī)出口冷一次風(fēng)經(jīng)過空氣預(yù)熱器加熱后，通過A、B兩側(cè)熱一次風(fēng)主管道送往磨煤機(jī)前的熱一次風(fēng)母管，母管上分出6路支管，分別供給6臺磨煤機(jī)。

在鍋爐冷態(tài)啟動期間，由于沒有高溫?zé)煔饧訜幔諝忸A(yù)熱器出口的一次風(fēng)溫度幾乎與環(huán)境溫度相等，不能滿足制粉系統(tǒng)預(yù)暖、干燥出力要求和等離子、微油點火要求，同時為了提高冷爐期間的煤粉燃盡率，各廠通常在配有等離子或者微油點火裝置的磨煤機(jī)入口熱一次風(fēng)管路上布置點火暖風(fēng)器，利用輔助蒸汽加熱進(jìn)入磨煤機(jī)的一次風(fēng)。

該廠的2個點火暖風(fēng)器分別以旁路方式布置在熱一次風(fēng)母管前的A、B兩側(cè)熱一次風(fēng)主管道上，具有以下優(yōu)點。

a.提高爐膛整體溫度水平

相比于僅在某臺磨入口布置暖風(fēng)器的設(shè)計，采用上述布置方式，在鍋爐冷態(tài)啟動時投入暖風(fēng)器，便可以提高熱一次風(fēng)母管整體溫度。此時可以對上層未投運(yùn)磨煤機(jī)進(jìn)行通風(fēng)，熱風(fēng)通過上層各燃燒器噴口進(jìn)入爐膛，達(dá)到提高爐膛上部溫度水平、提高煤粉燃盡率、提高鍋爐效率的目的。

b.提高鍋爐啟動靈活性

為了降低廠用電率，節(jié)約運(yùn)行成本，越來越多的電廠在鍋爐啟動時，采用單側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的啟動方式。相比于僅在某一側(cè)熱一次風(fēng)主管路布置暖風(fēng)器的設(shè)計，上述方案在實際應(yīng)用中更具有靈活性，不必局限于首先啟動布置暖風(fēng)器側(cè)風(fēng)機(jī)的限制，兩側(cè)暖風(fēng)器體現(xiàn)出了互為備用的作用。

2 汽機(jī)側(cè)設(shè)計特點

該項目汽機(jī)為超超臨界、一次中間再熱、四缸四排汽、單軸、雙背壓、間接空冷、凝汽式汽輪機(jī)，設(shè)有9級非調(diào)整回?zé)岢槠Ｆ麢C(jī)主要參數(shù)如表2所示。

表2 汽機(jī)主要參數(shù)

2.1 閉式冷卻水利用干濕聯(lián)合冷卻塔冷卻

機(jī)組的閉式冷卻水冷卻方式采用干濕聯(lián)合冷卻塔系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要設(shè)備包括3座干式冷卻塔和2座濕式冷卻塔，系統(tǒng)簡圖如圖1所示。

干式冷卻塔在工作過程中，塔頂?shù)娘L(fēng)機(jī)抽吸塔下部空氣向上流動，通過強(qiáng)迫對流換熱帶走翅片管內(nèi)閉式水熱量。濕式冷卻塔在工作過程中，噴淋水噴灑在管束外表面，形成一層均勻水膜，水膜蒸發(fā)時，吸收汽化潛熱，帶走管內(nèi)工質(zhì)的熱量，同時塔頂?shù)娘L(fēng)機(jī)抽吸塔下部空氣向上流動，對噴淋水進(jìn)行冷卻，冷卻后的噴淋水再次噴淋水池，冷空氣繼續(xù)上行，與水蒸氣發(fā)生傳熱和傳質(zhì)，熱空氣最終通過塔頂排出。該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點。

a.降低水耗

該方案與傳統(tǒng)的機(jī)力通風(fēng)濕式塔系統(tǒng)相比，極大地降低了水耗。機(jī)力通風(fēng)濕式塔的開式水直接與空氣接觸，在塔內(nèi)噴淋水量約為3000 t/h，水耗較大，每年可達(dá)5×105t，干濕聯(lián)合冷卻塔僅在夏季工況下啟動噴淋水泵運(yùn)行，每年水耗約4×104t，對于缺水的西北地區(qū)具有重要意義。

b.具有靈活的運(yùn)行方式

從局部看，3座干式塔為并聯(lián)布置關(guān)系，2座濕式塔也為并聯(lián)布置關(guān)系。從整體上看，3座干式塔與2座濕式塔為串聯(lián)布置關(guān)系。閉式水回水首先分別進(jìn)入干式塔冷卻，干式塔出水在母管匯集后再分別進(jìn)入2座濕式塔，在濕式塔前設(shè)有旁路門。機(jī)組實際運(yùn)行時，可根據(jù)出水溫度和環(huán)境溫度，停運(yùn)部分干式塔或濕式塔，以節(jié)約風(fēng)機(jī)電耗。

2.2 臨機(jī)加熱系統(tǒng)

圖2在2臺機(jī)組的二級抽汽管道之間設(shè)置1條公用母管，將2臺機(jī)組的二級抽汽相連，分別在2側(cè)機(jī)組設(shè)置電動隔絕門和氣動調(diào)節(jié)門，系統(tǒng)簡圖如圖2所示。采用該種方案，當(dāng)1臺機(jī)組正常運(yùn)行，另外1臺機(jī)組啟動時，可以利用運(yùn)行機(jī)組的2級抽汽加熱待啟動機(jī)組的給水，具有以下優(yōu)點。

a.節(jié)約燃料

汽機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行時，二級抽汽溫度約為380 ℃，鍋爐冷態(tài)上水溫度約為110 ℃，熱態(tài)清洗溫度約為190 ℃。在鍋爐完成冷態(tài)清洗后，可以開啟臨機(jī)加熱管道調(diào)節(jié)門，給2號高加供汽，緩慢加熱鍋爐上水溫度，直至汽水分離器溫度達(dá)到190 ℃或者臨機(jī)加熱管道調(diào)節(jié)門全開，完成冷態(tài)清洗和熱態(tài)清洗的平滑過渡，防止受熱面產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。同時，利用臨機(jī)的高溫蒸汽加熱本機(jī)給水，對鍋爐進(jìn)行熱態(tài)清洗，可以推遲鍋爐點火時機(jī)，節(jié)約燃料成本。

b.縮短機(jī)組啟動時間

在鍋爐完成熱態(tài)沖洗，升溫升壓階段，本機(jī)除2號高加外，其他各級加熱器仍處于無熱汽加熱狀態(tài)，此時可以保持臨機(jī)加熱系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行，加熱鍋爐給水，提高省煤器入口水溫，提高鍋爐汽水側(cè)整體溫度水平，縮短升溫升壓所需時間。

3 結(jié)論

a.等離子和微油點火技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用于同一臺鍋爐，可以豐富鍋爐冷態(tài)啟動方式，縮短啟動時間，增強(qiáng)鍋爐對煤種變化的適應(yīng)性，提高低負(fù)荷穩(wěn)燃的靈活性。

b.在A、B兩側(cè)熱一次風(fēng)主管道布置點火暖風(fēng)器，可以提高冷爐啟動時爐膛整體溫度水平，減小爐膛沿高度方向溫度偏差，提高鍋爐啟動靈活性。

c.在閉式冷卻水系統(tǒng)中應(yīng)用干濕聯(lián)合冷卻塔，具有靈活的調(diào)節(jié)手段和多種運(yùn)行方式，極大地降低了水耗。

d.利用臨機(jī)2級抽汽加熱本機(jī)給水，在機(jī)組啟動期間可以推遲鍋爐點火時間，節(jié)約燃料，縮短啟動時間。