600 MW機組鍋爐啟動高效節(jié)油技術(shù)研究

李志強,鄭 飛，高繼錄,陳曉利,王樹輝

(1.國家電投東北電力有限公司,遼寧 沈陽 110181;2.中電投東北能源科技有限公司,遼寧 沈陽 110179；3.朝陽燕山湖發(fā)電有限公司,遼寧 朝陽 122000)

近年來，火電機組調(diào)峰啟停次數(shù)增加，燃燒用油已成為火力發(fā)電廠重要運行成本之一，因此，節(jié)約鍋爐啟動耗油已成為電廠節(jié)能降耗的重要途徑之一[1-4]。某火電廠2×600 MW機組鍋爐啟動采用少油點火系統(tǒng)，主要包括前、后墻最下層的少油點火燃燒器和風道燃燒器。每臺爐的風道燃燒器共有4支小油槍，布置在A、B空預器出口熱一次風道豎直轉(zhuǎn)水平彎頭部位，冷爐啟磨時將加熱的熱風提供給最底層燃燒器對應(yīng)的F磨和G磨，用于干燥和輸送燃燒所需的煤粉。由于風道燃燒器的油槍存在設(shè)計問題，并且其所處彎頭部位氣流擾動較大，機組投產(chǎn)以來該燃燒器一直存在著點火過程中不著火、燃燒不穩(wěn)定需反復點火以及油槍出力難以控制等問題。每次機組冷態(tài)啟動，從鍋爐點火到投運磨煤機的時間較長，導致每次機組啟動均不能按計劃時間并網(wǎng)。機組冷態(tài)啟動一次耗油35～40 t，浪費大量燃油。同時由于風道燃燒器油槍在風道內(nèi)襯的燃燒室較小，熱負荷過于集中，造成燃燒室出口處熱一次風道和金屬補償器過熱鼓脹變形嚴重，具有一定安全隱患。

1 機組概況

鍋爐為超臨界參數(shù)、一次中間再熱、單爐膛平衡通風、∏型布置、前后墻對沖旋流燃燒方式、全鋼構(gòu)架懸吊結(jié)構(gòu)、緊身封閉、固態(tài)排渣煤粉爐[5-6]，型號為HG-1930/25.4-HM2。鍋爐主要性能參數(shù)見表1。

表1 鍋爐主要性能參數(shù)

設(shè)計和校核煤種均是內(nèi)蒙古白音華露天礦業(yè)股份有限公司生產(chǎn)的褐煤，采用7臺MPS225HP-II型中速磨煤機正壓直吹制粉系統(tǒng)，35只低NOx軸向旋流燃燒器采用前后墻布置、對沖燃燒。每臺磨煤機對應(yīng)布置于前墻或后墻同一層的低NOx燃燒器，前墻4層、后墻3層，每層布置5只燃燒器。在煤粉燃燒器的前、后、兩側(cè)墻各布置1層燃盡風，前后墻每層有5個風口，兩側(cè)墻每層有3個風口。鍋爐以最大連續(xù)出力工況(BMCR)為設(shè)計參數(shù)，任何6臺磨煤機運行時，鍋爐能長期帶BMCR負荷運行。

鍋爐采用少油點火方式，最下層F、G磨的燃燒器為少油點火燃燒器，配10支少油量氣化油槍，在鍋爐點火和穩(wěn)燃期間，該燃燒器具有少油點火和穩(wěn)燃功能，從而達到安全節(jié)油的目的。

鍋爐爐膛采用平衡通風系統(tǒng)。選用2臺入口靜葉可調(diào)軸流式引風機、2臺動葉可調(diào)軸流式送風機、2臺動葉可調(diào)軸流式一次風機、2臺三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預熱器，并采用大風箱為燃燒器供風[7]。

2 技術(shù)路線選擇及改造方案

2.1 技術(shù)路線選擇

根據(jù)目前風道燃燒器存在的問題，分析比較了3種解決方案，方案1是重新設(shè)計油槍及燃燒室，風道燃燒器整體移位至合理位置，改造相應(yīng)油、電管線；方案2是在熱一次風道的適當位置新增風道電加熱器，取代原風道燃油加熱器；方案3是引入鄰爐的熱一次風為制粉系統(tǒng)提供啟動初期的熱量，代替原風道燃燒器系統(tǒng)。

改造方案1存在的主要問題是風道加熱器的位置選擇困難，較現(xiàn)有位置的流場改善不大。燃油管路長且復雜，消防隱患大。

改造方案2需要新增2臺電加熱器，單臺功率為3363 kW，體積龐大，難以布置。無論是否投入運行，該電加熱器都會使系統(tǒng)阻力增大，并使得一次風機電流增大，廠用電率升高。

本文最終選擇改造方案3來解決鍋爐啟動期間一次風加熱問題，即采用鄰爐熱一次風代替風道油燃燒器加熱啟動鍋爐一次風，原系統(tǒng)保留作為備用。該方案可靠性高，系統(tǒng)操作簡便，且在2臺機組均為低負荷的運行條件下，鄰爐熱一次風聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)可以作為深度節(jié)能降耗的備用系統(tǒng)。

2.2 改造方案

本文采用鄰爐熱一次風代替風道油燃燒器加熱啟動鍋爐一次風，原系統(tǒng)保留作為備用。聯(lián)絡(luò)風道設(shè)計為斷面尺寸1600 mm×1400 mm(內(nèi)徑)、壁厚4 mm、材質(zhì)選用Q345。將1號鍋爐B側(cè)和2號鍋爐A側(cè)熱一次風道在靠近爐前部位聯(lián)通起來。聯(lián)絡(luò)風道靠近每臺鍋爐熱一次風取風口處設(shè)置1臺氣動插板隔絕風門，風道中間靠近1號插板隔絕風門處設(shè)置電動調(diào)節(jié)擋板門，3臺風門均安裝在鍋爐廠房內(nèi)，風道上安裝2套金屬波紋補償器和2套柔性織物補償器。風道外包200 mm厚硅酸鋁板保溫層，0.5 mm厚彩鋼板作為保溫外護板。聯(lián)絡(luò)風道用管架支撐，由柴油發(fā)電機室北和煤倉間南之間的空地穿過，鄰爐熱一次風聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)見圖1。

臨爐熱風系統(tǒng)工藝流程見圖2，由圖2可知，熱風從1號爐B側(cè)熱一次風母管引出，需經(jīng)過不對稱分流三通①、聯(lián)絡(luò)風道(總長60.5 m)②、隔絕插板門(2臺)③、調(diào)節(jié)擋板門(1臺)④、金屬波紋補償器(2臺)⑤、織物補償器(2臺)⑥、大小頭(2套)⑦、不對稱合流三通⑧、異形管⑨、爐前母管(總長43 m)⑩、C-E磨三通(支管無流動，3只)及不對稱合流三通，最終與2號爐B側(cè)熱一次風混合進入F磨或G磨。

控制系統(tǒng)增加以下內(nèi)容：互送一次熱風量通過調(diào)整電動調(diào)節(jié)擋板的開度實現(xiàn)；2套氣動隔絕插板門的開關(guān)控制；聯(lián)絡(luò)風道兩端熱風的溫度、中部熱風的壓力監(jiān)測。以上功能在1號機組DCS中進行組態(tài)。

3 改造效果分析

系統(tǒng)改造完成后，機組第1次啟動期間即順利投入使用，效果良好。

1號機組冷啟動，2號機組正常運行，熱風由2號爐A側(cè)熱一次風道向1號爐B側(cè)熱一次風道輸送。系統(tǒng)的運行操作順序：1號爐啟動磨煤機(F、G)做好啟動前的準備工作——>打開2號側(cè)氣動隔絕插板門(2號插板)——>打開1號爐側(cè)氣動隔絕插板門(1號插板)——>根據(jù)2號爐煙風系統(tǒng)參數(shù)和1號爐制粉系統(tǒng)參數(shù)，調(diào)節(jié)互送熱風擋板門開度。

由熱風互送系統(tǒng)的首次投入使用情況，從啟動磨煤機微油系統(tǒng)點火開始，至啟動磨煤機投煤運行，僅用1 h。較之前使用風道油燃燒器加熱熱風的運行方式，投煤時間提前了6 h，節(jié)約燃油18 t，同時使機組并網(wǎng)發(fā)電時間大幅度提前。按照2臺機組每年冷態(tài)啟動6次計算，年節(jié)約燃油費用約100萬元，增加發(fā)電量1000萬kWh，靜態(tài)投資回收期不足2年，經(jīng)濟效益顯著。

鄰爐熱風加熱可以解決啟動問題，但運行中如果控制不當，在隔離門打開或調(diào)節(jié)門調(diào)節(jié)連通的過程中可能會出現(xiàn)正常運行鍋爐一次風壓的大幅波動，從而影響正常運行鍋爐的安全性,連通操作風險還來自于運行值班人員的操作熟練程度[8]。

1號機組冷啟動，2號機組正常運行時的相關(guān)參數(shù)見圖3。由圖3可知，1號爐啟動期間，2號爐的一次風壓(圖中黃色線)、一次風機電流(圖中紫色線)等運行參數(shù)穩(wěn)定，實現(xiàn)了在運行機組無擾動條件下給啟動鍋爐輸送熱風，滿足啟動節(jié)油需求。

圖4給出了2號爐啟動運行參數(shù)。由圖4可知，在2號爐啟動期間，1號爐的一次風壓(圖中黃色線)、一次風機電流(圖中紫色線)等運行參數(shù)穩(wěn)定，實現(xiàn)了在運行機組無擾動條件下給啟動鍋爐輸送熱風，滿足啟動節(jié)油需求。

4 結(jié)束語

本文針對某600 MW火電機組存在的風道燃燒器可用性差、機組啟動油耗過高等技術(shù)問題，對比分析了3種解決方案，提出了最優(yōu)的技術(shù)路線和改造方案，并分析了改造后的節(jié)能效果。