俄制超臨界機組低溫再熱器入口汽溫偏差大原因分析

劉洪海, 張 磊

(1. 天津國華盤山發(fā)電有限責任公司，天津 301999；2. 上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究院有限責任公司，上海 200240)

隨著我國電力改革的進一步深化，如何不斷降低發(fā)電成本、提高企業(yè)效益、提高機組運行的可靠性與經(jīng)濟性已成為發(fā)電企業(yè)目前面臨的重大課題，而機組節(jié)能降耗是這個課題中的一個主要環(huán)節(jié)。為適應新的形勢，確保電廠技術(shù)領(lǐng)先、機組效率高、資源消耗少、經(jīng)濟效益好，進一步提高競爭力，應積極創(chuàng)造條件，采用先進、成熟的技術(shù)對經(jīng)濟性及安全性較差的落后設(shè)備進行技術(shù)改造，努力挖掘內(nèi)部潛力，提高機組的可靠性和經(jīng)濟性，降低成本，并進一步適應電網(wǎng)深度調(diào)峰的要求，促進發(fā)電廠技術(shù)裝備水平的提高，減輕對環(huán)境的污染[1]。

面對國家對火力發(fā)電企業(yè)越來越嚴苛的節(jié)能減排要求，現(xiàn)役燃煤機組必須進行相關(guān)的節(jié)能降耗工作，以提高機組運行效率，降低發(fā)電成本，提高經(jīng)濟效益和社會效益。

某電廠俄制超臨界機組由于受當時技術(shù)水平的限制，機組整體經(jīng)濟水平較低，機組設(shè)備制造加工水平低，投產(chǎn)初期安全性能基礎(chǔ)較差。從投產(chǎn)至今，在500 MW穩(wěn)定負荷工況下，低溫再熱器入口與一流道兩側(cè)受熱面的蒸汽溫度存在10～20 K偏差；同時，為了控制壁溫，部分流道再熱器事故減溫水量增大，給運行人員控制汽溫造成困難，長時間運行會影響機組經(jīng)濟性。同時，再熱器超溫，運行人員會加大對水冷壁吹灰的頻次，影響機組經(jīng)濟性及安全性。

1 鍋爐運行現(xiàn)狀

鍋爐為俄制ПП-1650-25-545КТ(П-76型)超臨界壓力、直流、一次中間再熱、平衡通風、固態(tài)排渣煤粉爐。鍋爐設(shè)計為室內(nèi)布置，單爐膛全懸吊結(jié)構(gòu)，左右兩側(cè)各有一個豎直煙道，鍋爐整體呈T形結(jié)構(gòu)[2]。

再熱器系統(tǒng)分低溫再熱器和高溫再熱器二級布置，分別布置在鍋爐左右兩側(cè)豎直煙道和水平煙道中。再熱蒸汽管路由4條各自可調(diào)的管道構(gòu)成。自高壓缸由2條管道將再熱蒸汽送向鍋爐，在鍋爐處分成4個流道，每個流道在汽-汽熱交換器中又分為2個小流道，見圖1。

圖1 再熱器流道管路布置示意圖

再熱器蒸汽依次通過汽-汽熱交換器中再熱蒸汽對流受熱面КBП-I和КBП-Ⅱ。在КBП-I和КBП-Ⅱ之間設(shè)有事故噴水裝置。在鍋爐出口端，流道成對合并，最后由2條再熱蒸汽管道將再熱蒸汽送往汽輪機中壓缸。

現(xiàn)鍋爐低溫再熱器出口(高溫再熱器減溫前溫度)兩側(cè)汽溫偏差均達到10 K以上。造成低溫再熱器出口兩側(cè)汽溫出現(xiàn)較大偏差的原因[3]有兩方面：

(1) 低溫再熱器入口之前兩側(cè)管道本身結(jié)構(gòu)導致的蒸汽流量分配偏差。

(2) 低溫再熱器本身受熱面煙氣側(cè)吸熱偏差。

2 煙氣側(cè)分析

在電廠分布式控制系統(tǒng)(DCS)采集到低溫再熱器不同管屏的出口壁溫數(shù)據(jù)，結(jié)合高溫再熱器入口溫度、入口壓力、出口壓力，計算出各個流道的屏間熱偏差系數(shù)。管排沿從南至北的方向依次編號1～56，機組負荷分別為350 MW、400 MW、450 MW屏間熱偏差系數(shù)見圖2。

圖2 低溫再熱器沿寬度方向的熱偏差系數(shù)

由圖2可以看出：低溫再熱器兩側(cè)吸熱量較少、中部吸熱量較大，可推測出兩側(cè)煙氣溫度低，煙氣流速也相對較低，中部煙氣溫度和煙氣流速都相對較高。負荷越高，管屏間吸熱偏差相對越小。

2016年10月，在500 MW穩(wěn)定負荷，對低溫再熱器入口煙氣溫度分布進行測量，左右兩側(cè)墻前后低溫再熱器入口煙氣溫度基本相等。因此，目前低溫再熱器出口氣溫偏差(前后溫度偏差為10～20 K)及再熱器事故減溫水量較高的主要原因不是煙氣側(cè)偏差。

3 蒸汽側(cè)分析

蒸汽側(cè)對低溫再熱器出口溫度的影響主要表現(xiàn)在流量偏差方面，在吸熱量相同時，流量大的管道蒸汽溫度增加量較小。由于在同一流道低溫再熱器的兩側(cè)未安裝流量計，所以無法直接測量出流道兩側(cè)的蒸汽流量，需要對特定點進行溫度測量來計算流量。

低溫再熱器入口溫度是由經(jīng)過汽-汽熱交換器溫度較高的蒸汽與未經(jīng)過汽-汽熱交換器溫度較低的旁路蒸汽混合而得，汽-汽熱交換器的旁路管道中有一個倒F形分布的管道分配結(jié)構(gòu)(見圖3)。

圖3 F形管道分布結(jié)構(gòu)

根據(jù)倒F形結(jié)構(gòu)靜壓分布的規(guī)律[4]，倒F形結(jié)構(gòu)在末端流量最大，會造成分配管流量分配不均，低溫再熱器入口前(旁路與主路蒸汽混合后)兩邊就存在溫度偏差。

3.1 流量分配安裝測點試驗

試驗須要測量再熱蒸汽經(jīng)過汽-汽熱交換器加熱后的主管路溫度，以及未經(jīng)汽-汽熱交換器加熱的旁路溫度，低溫再熱器進、出口的蒸汽溫度，具體試驗方案如下：

(1) 在a、b、c、d、e、f、h、j處以及汽-汽熱交換器的過熱蒸汽進、出口加裝溫度測點(見圖4)。

(2) 選取不同穩(wěn)定負荷段進行試驗。

(3) 選取不同低溫再熱器入口旁路閥開度進行試驗。

(4) 在1-1流道、1-2流道、2-1流道、2-2流道中任選一路或者兩路做試驗，在保持機組穩(wěn)定運行下記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

(5) 根據(jù)表格試驗工況進行試驗，每個工況穩(wěn)定10 min后記錄數(shù)據(jù)。

圖4 再熱汽系統(tǒng)流程圖

3.2 流量分配安裝測點試驗結(jié)果

表1(流程1)、表2(流程2)分別為不同負荷以及不同旁路閥開度下的試驗結(jié)果。

表1 不同負荷試驗數(shù)據(jù)記錄表

表2 不同旁路閥開度試驗數(shù)據(jù)記錄表

3.3 流量分配計算的理論模型

試驗結(jié)果選取了350 MW、400 MW、450 MW三個穩(wěn)定負荷進行測量。根據(jù)表1記錄溫度數(shù)據(jù)和DCS讀出的壓力進行計算。再熱蒸汽流量也可以從DCS中直接讀出。

根據(jù)質(zhì)量守恒定律以及能量守恒定律可得：

qm,a+qm,b+qm,c+qm,d=qm,g

(1)

qm,a×ha+qm,c×hc=(qm,a+qm,c)×he

(2)

qm,b×hb+qm,d×hd=(qm,b+qm,d)×hf

(3)

式中：qm,a、qm,b、qm,c、qm,d、qm,g分別表示a、b、c、d、g處工質(zhì)質(zhì)量流量，t/h；ha、hb、hc、hd、he分別表示a、b、c、d、e處工質(zhì)的比焓，kJ/kg。

工質(zhì)進出低溫再熱器前即進入汽-汽熱交換器進行換熱，進出汽-汽熱交換器后分成兩路分別與過熱蒸汽換熱。兩路工質(zhì)出口溫度基本相同，考慮到這兩路管道結(jié)構(gòu)基本呈對稱分布，可推測出這兩路中的工質(zhì)質(zhì)量流量也基本相同，即

qm,a=qm,b

(4)

根據(jù)式(1)～(4)可計算出a、b、c、d四處的質(zhì)量流量，并計算質(zhì)量流量偏差，結(jié)果見表3～5。

表3 不同負荷下低溫再熱器各流道質(zhì)量流量偏差計算結(jié)果

表4 不同閥門開度低溫再熱器2-1流道流量偏差計算結(jié)果

表5 滿負荷下低溫再熱器各流道流量偏差計算結(jié)果

3.4 流量分配的計算結(jié)果

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)整體情況，低溫再熱器入口溫度偏差為2～6 K。根據(jù)流量計算結(jié)果，旁路產(chǎn)生的流量相對偏差在7%～18%，旁路與主路混合后的流量相對偏差在3%～4%。當旁路閥度較小時，旁路流量偏差大，但旁路蒸汽流量占總流量的比例小，當旁路閥門開度較大時，旁路流量偏差小，但旁路蒸汽流量占總流量的比例大，混合后的兩路蒸汽相對偏差基本保持在3%～4%。假設(shè)低溫再熱器同一流道兩側(cè)受熱面吸熱相同，該流量偏差會造成低溫再熱器出口處繼續(xù)擴大5～6 K的溫度偏差。蒸汽側(cè)的流量偏差總共會造成低溫再熱器出口有7～12 K的溫度偏差。同一流道低溫再熱器出口溫度偏差在10～17 K，另外3～5 K的溫度偏差是由煙氣側(cè)造成的。所以，低溫再熱器同一流道兩側(cè)出口汽溫偏差主要是由入口旁路的蒸汽側(cè)的流量偏差引起的。

4 研究結(jié)果

根據(jù)壁溫測量試驗，以及試驗中的表盤記錄數(shù)據(jù)，得出如下結(jié)果：

(1) 低溫再熱器由于入口處旁路的倒F形結(jié)構(gòu)，造成旁路產(chǎn)生了7%～18%的流量相對偏差，該流量偏差導致低溫再熱器入口處產(chǎn)生2～6 K的溫度偏差。旁路與主路混合后的流量相對偏差在3%～4%，假設(shè)低溫再熱器同一流道兩側(cè)受熱面吸熱相同，該流量偏差會造成低溫再熱器出口處繼續(xù)擴大了5～6 K的溫度偏差。蒸汽側(cè)的流量偏差總共會造成低溫再熱器出口存在7～12 K的溫度偏差。

(2) 水平煙道中部煙氣相對于邊側(cè)煙氣溫度高、流速快，造成水平煙道靠近中部的受熱面吸熱量高于邊側(cè)的受熱面吸熱量，引起低溫再熱器出口兩側(cè)汽溫偏差繼續(xù)擴大了3～5 K。

5 結(jié)語

通過對低溫再熱器系統(tǒng)布置、運行參數(shù)進行分析，結(jié)合現(xiàn)場試驗和模擬計算，在煙氣側(cè)和蒸汽側(cè)分別對俄制超臨界機組低溫再熱器入口汽溫偏差原因進行分析。最終結(jié)合鍋爐現(xiàn)場實際情況確定加裝調(diào)節(jié)蝶閥，改變兩側(cè)蒸汽流量分配，解決低溫再熱器入口汽溫偏差和超溫問題，減少再熱器減溫水投用，降低鍋爐吹灰頻率，提高了該機組的經(jīng)濟性和安全性。