某超臨界660MW機(jī)組直流鍋爐深度調(diào)峰實踐

朱建平

（新能集團(tuán)有限責(zé)任公司烏魯木齊電力建設(shè)調(diào)試所，新疆 烏魯木齊 830000）

國家發(fā)展改革委、國家能源局在2016年正式發(fā)布文件，推進(jìn)了火電機(jī)組靈活性改造試點在全國多個省份16個點的建設(shè)，旨在促進(jìn)我國火電生產(chǎn)的更高靈活性的運(yùn)行，提升調(diào)峰電網(wǎng)消納新能源的能力。本地區(qū)政府也通過出臺輔助調(diào)峰服務(wù)市場運(yùn)營管理辦法、深度調(diào)峰機(jī)組補(bǔ)貼等活動，來鼓勵燃煤機(jī)組參與開展深度調(diào)峰中，從而推進(jìn)深度調(diào)峰機(jī)組的全面建設(shè)。燃煤機(jī)組在參與深度調(diào)峰過程中，它們需要考慮熱電耦合、鍋爐安全運(yùn)行等技術(shù)方面的問題。本文通過介紹某超臨界600MW機(jī)組直流鍋爐，研究了開展鍋爐深度調(diào)峰的實踐過程。

1 鍋爐概況

某超臨界660MW機(jī)組中的生產(chǎn)鍋爐為超臨界參數(shù)變壓直流爐DG1900/25.4-Ⅱ1，由東方鍋爐廠生產(chǎn)，采用全吊懸式、單爐膛、固態(tài)排渣的Π型結(jié)構(gòu)，燃用為煙煤，無灰基揮發(fā)份為39%，收到基低位發(fā)熱量為21300kJ/kg。配置5臺中速ZGM113G磨煤機(jī)，布置3層式一共24臺HT-NR3旋流燃燒器，前后對沖燃燒。在額定負(fù)荷工況，鍋爐熱效率為94.04%，最低可穩(wěn)燃負(fù)荷是35%的額定負(fù)荷。

2 鍋爐深度調(diào)峰技術(shù)

鍋爐燃燒采用的煤質(zhì)的揮發(fā)分較高，著火容易，通過調(diào)整，能夠降低鍋爐最低不投油穩(wěn)燃負(fù)荷，以此作為主要突破口，能夠提高鍋爐深度調(diào)峰能力。

2.1 燃燒器穩(wěn)燃結(jié)構(gòu)

爐內(nèi)煤粉著火時的熱量主要由旋流燃燒器卷吸的高溫?zé)煔馓峁鲝?qiáng)度既與與煤粉著火的穩(wěn)定呈正相關(guān)，也與燃燒器外二次風(fēng)旋流葉片角度的大小呈正相關(guān)。因此，應(yīng)當(dāng)控制好HT-NR3旋流燃燒器外二次風(fēng)旋流葉片角度，以此增強(qiáng)旋流及煤粉著火穩(wěn)定性，保障鍋低負(fù)荷期間能夠穩(wěn)定燃燒，提高調(diào)峰的范圍。以二維粒子成像測速（PIV）方式來測定該系統(tǒng)在外二次風(fēng)旋流的不同強(qiáng)度下，其燃燒器出口流場及噴口火花示蹤情況。

圖1 45%葉片開度下燃燒器噴口流場

圖2 55%葉片開度下燃燒器噴口流場

圖3 65%葉片開度下燃燒器噴口流場

圖4 45%、55%、65%葉片開度時燃燒器噴口的火花示蹤

圖1、2、3分別為45%、55%、65%葉片開度的HT-NR3型旋流燃燒器時，其噴口流場分布，圖4則為噴口火花示蹤狀況。葉片開度為45%時，會在一次風(fēng)兩側(cè)形成渦流，能夠更好地促進(jìn)煤粉、風(fēng)力及高溫?zé)煔獾幕旌?，增?qiáng)讓煤粉能夠在100°的噴口火焰角中，包裹在煙氣中，獲得良好的燃燒效果。葉片開度為55%時，則可以見到旋渦進(jìn)一步增大，其混合引燃能力也更強(qiáng)，獲得了120°的噴口火焰展示角，有利于穩(wěn)定燃燒。葉片開度為65%時，則沒有旋渦，接近180°的擴(kuò)展角讓風(fēng)粉與外二次風(fēng)分離開來，以開放式氣流將煤粉推著沿壁面運(yùn)動，不充分的燃燒會加劇浪費(fèi)，加大最低燃燒負(fù)荷。因此，將葉片開度設(shè)計在50%～55%比較合理，也能增大HT-NR3旋流燃燒器的燃燒充分性。

2.2 鍋爐風(fēng)、粉調(diào)整

本調(diào)整試驗通過改變一次風(fēng)速、煤粉細(xì)度、運(yùn)行氧量、配風(fēng)方式、磨煤機(jī)投運(yùn)方式、磨煤機(jī)出口風(fēng)粉溫度等條件，來探究最適應(yīng)本鍋爐，能夠保障更低負(fù)荷穩(wěn)定燃燒的風(fēng)、粉條件，從而提高深度調(diào)峰能力。其觀測指標(biāo)主要是鍋爐的各方面運(yùn)行參數(shù)的變化，包括爐膛內(nèi)的負(fù)壓、溫度，燃燒器噴口處的溫度、距離、火焰強(qiáng)度等，從而評估被影響條件下，鍋爐的低負(fù)荷燃燒狀況。該試驗基礎(chǔ)條件為35%額定負(fù)荷，利用A、B雙臺磨煤機(jī)，如表1為調(diào)整的運(yùn)行參數(shù)。

表1 鍋爐風(fēng)、粉在35%額度負(fù)荷的調(diào)整前后參數(shù)

從表1參數(shù)可知，本次調(diào)整的參數(shù)包括降低一次風(fēng)速的偏差、煤粉細(xì)度、燃盡風(fēng)擋板開度，適當(dāng)控制一次風(fēng)速、運(yùn)行氧量，還適當(dāng)提升了磨煤機(jī)出口的風(fēng)粉溫度。在實施這些技術(shù)措施后，檢測前后的被影響指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)爐膛負(fù)壓沒有大幅度波動，總體燃燒比較穩(wěn)定；投運(yùn)層燃燒器的噴口溫度則有很大提升，從1290℃變化成1320℃，其火檢閃爍頻率也從1次/min下降到0.5次/min，可以直觀地看到火孔的著火點提前了；屏式過熱器底的煙氣溫度測定值從880℃降到860℃，火焰中心溫度的這個降幅能夠提升鍋爐在低負(fù)荷下的燃燒穩(wěn)定性。在參數(shù)調(diào)整前后，這些被影響指標(biāo)的變化，反映出鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃能力的提升，有利于推進(jìn)鍋爐開展深度調(diào)峰。

2.3 鍋爐水動力特性分析

水動力即在鍋爐運(yùn)行過程中，水的蒸發(fā)、流動等活動的所需動力，它的穩(wěn)定性對超臨界直流鍋爐的深度調(diào)峰工況安全性有重要意義。若水動力特性差，則會導(dǎo)致低負(fù)荷的管中水流量分配不均，讓并聯(lián)、串聯(lián)管的流量都無規(guī)律地增減，給管束冷卻帶來不利影響。波動的蒸發(fā)點也會加劇金屬在水流蒸發(fā)的疲勞性，減少設(shè)備正常運(yùn)行的時間。而且，不穩(wěn)定的鍋爐水動力特性，也會使得鍋爐管束出口有不同的狀態(tài)及參數(shù)，如單相水、汽水混合、飽和蒸汽等，加劇了管子因過熱爆管損壞問題。根據(jù)風(fēng)、粉調(diào)整試驗，可以發(fā)現(xiàn)，35%額定負(fù)荷下，鍋爐能夠保持自身的穩(wěn)定運(yùn)行，且在水冷壁受熱面的溫度也在材料可承受范圍內(nèi)容，如圖5為對其中各點溫度進(jìn)行測試后得到的溫度分布圖。

圖5 鍋爐水冷壁在35%額定負(fù)荷下的壁溫分布情況

水冷壁壁溫整體比較均勻，只在后墻、右墻等測點的溫度稍高，分析因磨煤機(jī)投運(yùn)與水冷壁的后部、右部等接觸更緊密有關(guān)。結(jié)合鍋爐構(gòu)造及其運(yùn)行參數(shù)，把水冷壁視作流量回路、壓力節(jié)點、連接管構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以質(zhì)量、動量、能量的守恒原則計算水動力，可以得到超臨界鍋爐水冷壁的數(shù)學(xué)計量模型，以此求解非線性流量、壓降平衡可以得到：鍋爐承受25%額定負(fù)荷時，能夠在經(jīng)歷熱繞動后回復(fù)穩(wěn)定，且此時以2臺磨煤機(jī)投運(yùn)并把水流量降到410t/h，能夠保障鍋爐運(yùn)行安全。即在一次風(fēng)速23m/s、運(yùn)行氧量6.5%、磨煤機(jī)出口風(fēng)粉溫度83.9℃、2臺磨煤機(jī)投運(yùn)、水流量為410t/h的條件下，鍋爐能夠適應(yīng)25%額定負(fù)荷，可開展深度調(diào)峰。

3 結(jié)語

本文主要研究了對某超臨界600MW機(jī)組直流鍋爐進(jìn)行深度調(diào)峰時，若不通過改變設(shè)備構(gòu)造及裝置構(gòu)成，只從風(fēng)、粉調(diào)整、穩(wěn)燃結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)定、水動力特性參數(shù)設(shè)計等方面進(jìn)行安全約束，是否能將原鍋爐的最低不投油穩(wěn)定運(yùn)行35%額定負(fù)荷，降至25%額定負(fù)荷，從而保障鍋爐能夠安全開展深度調(diào)峰實踐活動。參數(shù)調(diào)整的優(yōu)化最終結(jié)果也反映出這樣的結(jié)果，將葉片開度設(shè)計在50%～55%能夠增大HT-NR3旋流燃燒器的燃燒充分性，并進(jìn)行風(fēng)、粉參數(shù)調(diào)整，再加上數(shù)學(xué)計量模型計算，能夠以2臺磨煤機(jī)投運(yùn)并把水流量降到410t/h，保障鍋爐運(yùn)行安全及其對25%額定負(fù)荷的適應(yīng)，從而開展深度調(diào)峰。