二次再熱塔式鍋爐主汽溫和再熱汽溫優(yōu)化調整

李洪泉，馬 記，張 巖

（華電萊州發(fā)電有限公司，山東 萊州 261400）

0 引言

二次再熱發(fā)電技術是世界火力發(fā)電先進技術。二次再熱不但可使機組獲得較高的燃煤經(jīng)濟性，而且具有較低的環(huán)保排放優(yōu)勢，成為火力發(fā)電技術發(fā)展的方向和趨勢。

提高蒸汽參數(shù)，達到鍋爐蒸汽參數(shù)的設計值，可最大限度地提高機組的效率。二次再熱超超臨界燃煤機組，比一次再熱機組多了一級再熱器［1-2］，鍋爐內部的受熱面布置更加緊湊，需要重新分配燃燒釋放的熱量，爐膛內部結構越復雜，二次再熱機組的主汽溫、一次再熱汽溫、二次再熱汽溫的調節(jié)越困難，且主蒸汽、一次再熱蒸汽與二次再熱蒸汽間的強耦合性［3］，進一步提高了主汽溫和再熱汽溫的調節(jié)難度。

某電廠鍋爐為超超臨界參數(shù)、變壓直流爐、切圓燃燒方式、固態(tài)排渣、單爐膛、二次再熱、平衡通風、半露天布置、全鋼構架、全懸吊結構塔式鍋爐，鍋爐型號為 SG-2717／33.42-M7052。 50%BMCR（鍋爐最大出力）以上主蒸汽溫度設計值605℃，再熱蒸汽溫度設計值623℃。鍋爐投產(chǎn)后主汽溫、一次再熱汽溫、二次再熱汽溫較低，當負荷在600~800 MW時，主汽溫只能達到585~595℃，再熱汽溫差距更大，只有580~590℃左右，隨著負荷的升高，鍋爐蓄熱能力增強，負荷在800~1 000 MW時，主汽溫為590~595℃，再熱汽溫在585~595℃左右，仍與設計值存在較大差距，為提高機組燃燒經(jīng)濟性，結合鍋爐的設計方式，采用多種方法對主汽溫和再熱汽溫進行優(yōu)化調整。

1 超超臨界二次再熱塔式爐汽溫調節(jié)原理

1.1 二次再熱塔式鍋爐的調溫方式

圖1為塔式鍋爐爐膛受熱面的布置方式示意圖，從下到上依次為低溫過熱器、一二次高溫再熱器冷段、高溫過熱器、一二次高溫再熱器熱段、一二次低溫再熱器、省煤器，在爐膛頂部一二次低溫再熱器及省煤器區(qū)域，布置了能將爐膛前后分開的分隔屏。二次再熱塔式鍋爐在調節(jié)汽溫時除了采用事故噴水減溫外，還可通過調節(jié)燃燒器擺角和調節(jié)尾部煙道煙氣擋板的方式。

當入爐煤質發(fā)生劇烈變化，或燃燒情況發(fā)生較大變化導致主汽溫和再熱汽溫嚴重波動偏離額定值時，就會影響機組運行的經(jīng)濟性和安全性，此時可短時投入再熱器事故和微量噴水，維持機組安全穩(wěn)定運行。事故噴水設置在一、二次再熱器的入口，用于保證再熱器第二級微量噴水有裕度。微量噴水設置在再熱器的出口，保證再熱器出口汽溫在安全范圍內。減溫水噴入后，直接進入汽輪機高、中低壓缸，增加了做功的蒸汽流量，即增大了高、中低壓缸的做功能力，在負荷不變時，降低了超高壓缸的做功能力，這相當于一部分參數(shù)較低的再熱蒸汽代替了參數(shù)較高的主蒸汽作功，使做功效率下降，機組的熱經(jīng)濟性降低［4］，因此減溫水僅作為事故緊急工況下的汽溫調節(jié)手段。此外，低負荷時提高鍋爐過量空氣系數(shù)或燃燒器擺角上下擺動［5］，可以同時提高或同時降低一次再熱、二次再熱汽溫，達到同步調節(jié)兩級再熱器出口蒸汽溫度的效果。調節(jié)尾部煙道煙氣擋板的開度，可以調整進入一次再熱器和二次再熱器的煙氣流量，進而調整一次再熱器和二次再熱器的對流吸熱量，達到異步調節(jié)一二級再熱器出口蒸汽溫度的效果，一定程度上可以防止因負荷、煤質等發(fā)生變化時引起某一級再熱器受熱面超溫。

1.2 主汽溫和再熱汽溫低的原因分析

對鍋爐運行參數(shù)分析，造成主汽溫、再熱汽溫低的原因為：1）熱量分配不均，BRL（額定）工況下爐膛出口煙溫設計值為1 261℃，而實際爐膛出口煙溫遠遠低于設計水平，其主要原因為水冷壁吸熱量偏多，導致過熱器和再熱器吸熱量不足，在鍋爐輸入的總熱量一定的情況下，水冷壁吸熱量偏多，過熱器和再熱器吸熱量自然就會減少，這是鍋爐主汽溫和再熱汽溫偏低的主要原因；2）低溫過熱器個別管壁溫度高，由于鍋爐燃燒過程復雜，爐膛出口煙溫不均，造成低溫過熱器個別管壁溫度偏高，受低溫過熱器個別管壁溫度高制約，最終影響主、再熱汽溫的提升。

圖1 二次再熱塔式鍋爐爐膛受熱面布置

2 主汽溫和再熱汽溫優(yōu)化調整

2.1 燃盡風擺角調整

為提高主汽溫和再熱汽溫，首先應解決低溫過熱器個別管壁超溫現(xiàn)象，對BAGP（下層燃盡風）、UAGP（上層燃盡風）水平角度和上下擺角進行了反復調整，水平角度調整后如表1所示。燃盡風水平角度調整后，爐膛出口煙溫均勻性明顯改善，煙氣四角切圓偏差降低，燃燒區(qū)域煙氣旋轉特性更好。

經(jīng)過反復試驗調整，燃盡風上下擺角調整到中間位置有利于爐內動力場均衡，即當燃盡風上下擺角在水平位置時爐膛出口煙汽溫度場比較均勻，燃燒區(qū)域煙溫偏差較小，調整后爐膛左墻、右墻主汽溫溫差由原來的10~15℃降至5~8℃。低溫過熱器個別管壁溫度偏高的現(xiàn)象有了明顯降低，高溫過熱器出口主汽溫的均勻性得到明顯改善。燃盡風擺角優(yōu)化后，低溫過熱器個別管壁溫度偏高的現(xiàn)象有了明顯降低，爐膛出口煙溫均勻性明顯改善，為進一步調整主汽溫和再熱汽溫奠定了基礎條件。

表1 優(yōu)化后燃盡風水平角度 （°）

2.2 鍋爐吹灰方式優(yōu)化

當前的主要問題是主汽溫和再熱汽溫偏低，因此，應盡量減少水冷壁區(qū)域受熱面吹灰次數(shù)，增加過熱器和再熱器區(qū)域吹灰次數(shù)，即減少水冷壁吸熱量，增加過熱器和再熱器吸熱量，從而提高主汽溫和再熱汽溫。

此外，為提高再熱汽溫，進一步提高爐膛火焰中心，可以通過減少低溫過熱器受熱面區(qū)域的吹灰頻次和吹灰數(shù)量，減少低溫過熱器的熱輻射吸熱量，同時提高再熱器區(qū)域的吹灰頻次和吹灰數(shù)量，保持再熱器區(qū)域受熱面干凈、清潔，增加再熱器的吸熱，從而提高再熱汽溫。

2.3 燃燒器擺角調整

改變燃燒器上下擺角角度是調節(jié)主汽溫和再熱汽溫的主要方法。相同負荷且燃燒同種煤種的情況下，分別進行了兩種工況下的燃燒器擺角試驗。

工況1：負荷700 MW，ABCEF 5套制粉系統(tǒng)運行，燃用煤種 （不連溝煤種+華泰煤種）低位熱值20.30 MJ／kg，三層燃燒器擺角由70%提高至90%，主汽溫和再熱汽溫變化趨勢如圖2所示。

工況2：負荷700MW，ACDEF 5套制粉系統(tǒng)運行，燃用煤種（華泰煤種）低位熱值20.51MJ／kg，三層燃燒器擺角由70%下擺至50%，主汽溫和再熱汽溫及過熱器一、二級減溫水量分別如圖3、表2所示。

工況1試驗結果說明當燃燒器擺角提高時，主汽溫和再熱汽溫均有所提高；工況2進行了燃燒器擺角下擺試驗，主汽溫和再熱汽溫雖變化不明顯，但過熱器各級減溫水流量均下降。上述兩組試驗證明，燃燒器擺角對調整主汽溫和再熱汽溫效果明顯，因此，在低溫過熱器壁溫允許的范圍內，提高燃燒器擺角有利于提高主汽溫和再熱汽溫。

圖2 主汽溫和再熱汽溫隨燃燒器擺角變化趨勢（工況1）

圖3 主汽溫和再熱汽溫隨燃燒器擺角變化趨勢（工況2）

表2 過熱器減溫水流量隨擺角變化 t／h

2.4 燃料量分配調整

改變各層燃燒器燃料分配，增加上部燃燒器燃料量，減少下部燃燒器燃料量，進行了一組試驗。

負荷700 MW，BCDEF五套制粉系統(tǒng)運行，總燃料量273 t／h，負荷及總燃料量維持不變，通過增加上層D磨的出力觀察主汽溫和再熱汽溫的變化情況。試驗前后各層燃燒器燃料量分配情況如表3所示，主汽溫和再熱汽溫的變化趨勢如圖4所示。

表3 試驗前后燃料量分配 t／h

圖4 主汽溫和再熱汽溫隨燃料量分配變化趨勢

采用同樣方法，增加E層燃燒器燃料量，主汽溫和再熱汽溫的變化與圖4基本相同，通過試驗證明，增加上部燃料量對提高主汽溫和再熱汽溫效果明顯。

2.5 爐膛出口氧量調整

爐膛出口氧量不僅影響爐膛內燃料的燃燒情況、燃燒產(chǎn)物的種類，而且還影響鍋爐效率。改變爐膛出口氧量，進行了一組試驗，觀察主汽溫和再熱汽溫的變化情況。

負荷700 MW，ABCDE 5套制粉系統(tǒng)運行，爐膛出口氧量3.7%，將爐膛出口氧量增加至4.0%，試驗前后主汽溫和再熱汽溫的變化情況如圖5所示。

過度提高爐膛出口氧量，不僅會增加風機出力，而且會增加鍋爐排煙熱損失；但是，適當提高爐膛出口氧量（0.1%～0.3%），能夠增大煙氣量，有利于提高再熱器受熱面的對流換熱比例，從而提高主汽溫和再熱汽溫。

圖5 主汽溫和再熱汽溫隨爐膛出口氧量的變化趨勢

2.6 二次風配風調整

燃燒器二次風門配風方式有均等配風和束腰型配風，束腰型配風具有能使火焰中心上移、提高主汽溫和再熱汽溫、降低煙氣NOx含量、提高鍋爐燃燒穩(wěn)定性的優(yōu)點，因此，通過改變二次風門開度，進行了一組試驗，觀察主汽溫和再熱汽溫的變化。

負荷700 MW，BCDEF5套制粉系統(tǒng)運行，燃燒器二次風門束腰型配風方式代替均等配風方式，試驗前后二次風門開度如表4所示，主汽溫和再熱汽溫的變化趨勢如圖6所示。

表4 二次風門調整前后開度 %

圖6 主汽溫和再熱汽溫隨配風方式改變的變化趨勢

采用同樣方法，對ACDEF制粉運行的工況進行二次風配風調整試驗，主汽溫和再熱汽溫的變化趨勢與圖6類似，試驗結果表明，在負荷不變的工況下，兩種配風方式進行對比，試驗表明，在負荷及燃燒工況相同的條件下，“束腰型”配風對主汽溫和再熱汽溫的影響均優(yōu)于“均等型”配風。

3 結語

針對某二次再熱塔式鍋爐投運后主汽溫和再熱汽溫低的問題，分析了塔式鍋爐主汽溫、再熱汽溫低的原因。通過試驗得出燃盡風上下擺角調整到水平位置，低溫過熱器個別管壁溫度偏高的現(xiàn)象有了明顯降低，爐膛出口煙溫均勻性明顯改善；減少水冷壁區(qū)域受熱面吹灰次數(shù)，增加過熱器和再熱器區(qū)域吹灰次數(shù)，即減少水冷壁吸熱量，增加過熱器和再熱器吸熱量，從而提高主汽溫和再熱汽溫。提高燃燒器擺角利于提高主汽溫和再熱汽溫；增加上部燃料量對提高主汽溫和再熱汽溫效果明顯；適當提高爐膛出口氧量（0.1%～0.3%），能夠增大煙氣量，有利于提高再熱器區(qū)域對流換熱比例，從而提高主汽溫和再熱汽溫。在其他參數(shù)不變的工況下，“束腰型”配風對主汽溫和再熱汽溫的影響均優(yōu)于“均等型”配風。通過以上方法的反復優(yōu)化調整，當負荷為500~800 MW時，主蒸汽溫度能夠達到設計值605℃，再熱汽溫提高至594~613℃，主汽溫和再熱汽溫均有了明顯的提升。通過各種調整手段總結摸索經(jīng)驗，為超超臨界二次再熱機組主汽溫和再熱汽溫的優(yōu)化調整提供參考。