某600MW燃煤機(jī)組鍋爐再熱汽溫偏差精準(zhǔn)調(diào)整技術(shù)研究

中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力建設(shè)第三工程有限公司 張 雷

某600MW 燃煤機(jī)組鍋爐為上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的SG-2136.5/17.55-M 型亞臨界中間一次再熱控制循環(huán)汽包爐，鍋爐型式為一次再熱、單爐膛、四角對(duì)沖正反切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π 型爐。鍋爐設(shè)計(jì)煤種為神府東勝煙煤。燃燒器呈四角切圓布置，每角布置有十四層噴口，六層一次風(fēng)噴口，八層二次風(fēng)噴口，間隔布置。

該機(jī)組長(zhǎng)期存在A/B 兩側(cè)再熱汽溫偏差過大的問題，導(dǎo)致再熱器減溫水量長(zhǎng)期處于較高水平。本文以某600MW 機(jī)組為對(duì)象，開展燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，通過配風(fēng)調(diào)整的手段精準(zhǔn)調(diào)整再熱汽溫偏差，提升鍋爐機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性、安全性。

1 試驗(yàn)內(nèi)容

1.1 機(jī)組摸底試驗(yàn)

為全面了解鍋爐運(yùn)行狀態(tài)，鍋爐摸底試驗(yàn)主要在600MW、500MW、350MW 和245MW 典型負(fù)荷工況點(diǎn)、習(xí)慣磨組合運(yùn)行方式下進(jìn)行，試驗(yàn)期間實(shí)際測(cè)量了SCR 入口和空預(yù)器出口NOx 濃度、氧量、CO 含量以及煙氣溫度等數(shù)據(jù)，并對(duì)灰渣可燃物含量進(jìn)行化驗(yàn)，計(jì)算鍋爐熱效率。

1.2 再熱器出口汽溫偏差調(diào)整試驗(yàn)

試驗(yàn)期間，進(jìn)行了大量的配風(fēng)調(diào)整試驗(yàn)，觀察不同的配風(fēng)方式對(duì)鍋爐末再出口汽溫偏差的影響。調(diào)節(jié)的方式及內(nèi)容主要包括：燃盡風(fēng)就地水平擺角（整體及單角）調(diào)整；輔助風(fēng)單層及單角風(fēng)門開度調(diào)整；燃料風(fēng)開度調(diào)整；整體配風(fēng)方式調(diào)整。

通過上述調(diào)整，可有效降低再熱器A/B 兩側(cè)吸熱量偏差，進(jìn)而降低末再出口汽溫偏差。其中，調(diào)節(jié)燃盡風(fēng)就地水平擺角對(duì)調(diào)節(jié)末再出口汽溫偏差最為有效。

1.3 輔助風(fēng)調(diào)整試驗(yàn)

在600MW 負(fù)荷和500MW 負(fù)荷，進(jìn)行了變輔助風(fēng)層風(fēng)門開度的試驗(yàn)，測(cè)試不同配風(fēng)方式下的再熱汽溫偏差、再熱器減溫水偏差及鍋爐熱效率。

1.4 熱一次風(fēng)母管壓力控制曲線優(yōu)化試驗(yàn)

在當(dāng)前的邏輯控制下，熱一次風(fēng)母管壓力隨負(fù)荷變化，高中低負(fù)荷下的熱一次風(fēng)母管壓力變化區(qū)間不大。試驗(yàn)中，對(duì)350MW 和600MW 兩個(gè)典型負(fù)荷下的熱一次風(fēng)壓力進(jìn)行了優(yōu)化和調(diào)整。

2 測(cè)試方法

2.1 溫度測(cè)量

溫度測(cè)量點(diǎn)為SCR 入口及空預(yù)器出口位置，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的等截面網(wǎng)格法首先進(jìn)行標(biāo)定，再選取足夠數(shù)量的代表點(diǎn)進(jìn)行溫度測(cè)量，每個(gè)煙溫測(cè)點(diǎn)布置I 級(jí)精度K 型鎧裝熱電偶并經(jīng)無線變送器無線連接至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采樣周期2秒，每分鐘系統(tǒng)自動(dòng)記錄一次該時(shí)間段內(nèi)的平均值。

2.2 煙氣成分測(cè)量

煙氣測(cè)量點(diǎn)為SCR 入口及空預(yù)器出口位置，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的等截面網(wǎng)格法首先進(jìn)行標(biāo)定，再選取足夠數(shù)量的代表點(diǎn)進(jìn)行煙氣成分測(cè)量。測(cè)量方法使用高質(zhì)量無縫管將煙道內(nèi)煙氣抽出后經(jīng)過干燥、去灰、冷卻等預(yù)處理后，導(dǎo)至煙氣分析儀（德圖）進(jìn)行測(cè)量工做，其系統(tǒng)分析圖如圖1所示。

圖1 煙氣取樣分析系統(tǒng)

2.3 運(yùn)行參數(shù)記錄

試驗(yàn)期間，采用機(jī)組配套的DCS 系統(tǒng)采集與記錄相關(guān)的鍋爐及空預(yù)器運(yùn)行參數(shù)，每分鐘記錄一次。

3 數(shù)據(jù)處理

SCR 入口和空預(yù)器出口煙溫以出口截面的各點(diǎn)算術(shù)平均值計(jì)；整個(gè)試驗(yàn)期間的溫度、煙氣成分分析等數(shù)據(jù)以時(shí)間步長(zhǎng)上記錄的數(shù)據(jù)算術(shù)平均值計(jì)；空預(yù)器入口風(fēng)溫以一、二次風(fēng)溫用一、二次風(fēng)量加權(quán)平均計(jì)算；鍋爐的飛灰和爐渣比例按照90:10計(jì)算；鍋爐熱效率計(jì)算按ASME PTC 4.1反平衡法計(jì)算；鍋爐熱效率考慮空預(yù)器進(jìn)口空氣溫度和煤質(zhì)偏差修正。

4 試驗(yàn)結(jié)果

4.1 鍋爐摸底試驗(yàn)結(jié)果

摸底試驗(yàn)主要結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表1 常用負(fù)荷下的鍋爐摸底結(jié)果匯總

根據(jù)摸底試驗(yàn)結(jié)果，在600MW～245 MW 的不同負(fù)荷工況下，鍋爐機(jī)組普遍存在A 側(cè)再熱器吸熱量明顯高于B 側(cè)再熱器吸熱量的現(xiàn)象；中高負(fù)荷（500MW 以上），運(yùn)行人員通過調(diào)節(jié)A/B 側(cè)再熱器減溫水量控制末再出口A/B 側(cè)汽溫偏差，使得A 側(cè)減溫水量明顯高于B 側(cè)；在低負(fù)荷（400MW 以下），因鍋爐整體熱負(fù)荷偏低，末再出口汽溫未達(dá)到或接近設(shè)計(jì)值535℃時(shí)，此時(shí)無再熱器減溫水，末再A側(cè)出口汽溫較B 側(cè)出口汽溫低5℃以上；根據(jù)煙氣測(cè)試結(jié)果，在600MW～350MW 的不同負(fù)荷工況下，鍋爐內(nèi)煤粉燃燒充分，SCR 入口CO 濃度基本為0，飛灰及大渣可燃物含量在1%左右（T-01除外），爐內(nèi)燃燒狀況較好，鍋爐熱效率在93.67%～94.28%之間；在245MW 負(fù)荷下，因采用大氧量運(yùn)行，排煙熱損失較高，鍋爐熱效率為92.13%。

4.2 再熱器出口汽溫偏差調(diào)整試驗(yàn)結(jié)果

調(diào)整后的典型負(fù)荷工況下的鍋爐運(yùn)行參數(shù)及煙氣測(cè)試如表2所示。

表2 末再出口汽溫偏差調(diào)整后的典型工況測(cè)試

燃盡風(fēng)就地水平擺角調(diào)整后，在600MW～245 MW 的典型負(fù)荷下，末再出口汽溫偏差減小，再熱器減溫水偏差基本消除，鍋爐運(yùn)行的安全性得到提升。

4.3 輔助風(fēng)調(diào)整試驗(yàn)結(jié)果

在600MW 負(fù)荷和500MW 負(fù)荷，進(jìn)行了變輔助風(fēng)層風(fēng)門開度的試驗(yàn)。不同配風(fēng)方式下的再熱汽溫偏差、再熱器減溫水偏差及鍋爐熱效率測(cè)試結(jié)果如表3所示。

根據(jù)表3測(cè)試結(jié)果：在600MW 附近負(fù)荷，通過改變輔助風(fēng)配風(fēng)方式，不能明顯改善再熱器兩側(cè)汽溫偏差和減溫水量偏差，并且對(duì)鍋爐熱效率影響不大；在600MW 負(fù)荷，開大輔助風(fēng)層風(fēng)門開度，主燃燒區(qū)域進(jìn)風(fēng)量增加，火焰中心略有下移，再熱器減溫水降低約7t/h，飛灰及爐渣可燃物含量有所降低，鍋爐熱效率變化不大，SCR 入口NOx 濃度增加約25mg/m3；在500MW 負(fù)荷，開大輔助風(fēng)層風(fēng)門開度，主燃燒區(qū)域進(jìn)風(fēng)量增加，火焰中心略有下移，再熱器減溫水降低約4t/h，飛灰及爐渣可燃物含量有所降低，鍋爐熱效率提升0.13個(gè)百分點(diǎn)，SCR 入口NOx 濃度變化不大。

表3 變輔助風(fēng)層風(fēng)門開度試驗(yàn)工況匯總

4.4 熱一次風(fēng)母管壓力控制曲線優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

鍋爐機(jī)組當(dāng)前的熱一次風(fēng)母管壓力控制曲線如表4所示。

表4 原熱一次風(fēng)母管壓力控制曲線

在當(dāng)前的邏輯控制下，熱一次風(fēng)母管壓力隨負(fù)荷變化，高中低負(fù)荷下的熱一次風(fēng)母管壓力變化區(qū)間不大，運(yùn)行人員習(xí)慣于對(duì)熱一次風(fēng)母管壓力手動(dòng)設(shè)置-0.6kPa 的偏置，保證各臺(tái)磨煤機(jī)入口一次風(fēng)壓力。試驗(yàn)中，對(duì)350MW 和600MW 兩個(gè)典型負(fù)荷下的熱一次風(fēng)壓力進(jìn)行了優(yōu)化和調(diào)整。結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

如表5所示，350MW 四磨運(yùn)行和600MW 五磨運(yùn)行時(shí)，在磨煤機(jī)熱風(fēng)門投自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，降低熱一次風(fēng)母管壓力0.2kPa，各磨入口一次風(fēng)量基本保持不變，熱風(fēng)調(diào)門開大，一次風(fēng)節(jié)流損失減小，一次風(fēng)機(jī)電流降低。在日常運(yùn)行負(fù)荷（350MW～660MW）下，通過設(shè)定壓力偏置-0.8kPa 基本能夠滿足磨煤機(jī)實(shí)際運(yùn)行的磨入口壓力，保證磨入口風(fēng)量。而對(duì)于深度調(diào)峰時(shí)的240MW 負(fù)荷，6號(hào)鍋爐出于安全考慮仍采用四磨運(yùn)行，此時(shí)鍋爐運(yùn)行存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。運(yùn)行主要參數(shù)記錄如表6所示。

表5 熱一次風(fēng)母管壓力優(yōu)化調(diào)整工況

從表6可以看出，240MW 負(fù)荷時(shí)，BCDE 磨運(yùn)行，單臺(tái)磨平均煤量?jī)H28.40t/h，運(yùn)行人員仍根據(jù)習(xí)慣運(yùn)行方式對(duì)熱一次風(fēng)母管壓力設(shè)置偏置-0.5kPa，此時(shí)運(yùn)行磨的熱風(fēng)門開度基本在10%～15%之間，熱一次風(fēng)母管壓力節(jié)流損失較大，一次風(fēng)機(jī)存在高壓頭低流量的失速風(fēng)險(xiǎn)。

表6 240MW 負(fù)荷運(yùn)行參數(shù)記錄

建議評(píng)估深度調(diào)峰負(fù)荷（如240MW）采用三磨運(yùn)行的安全性，并在四磨運(yùn)行時(shí)，將熱一次風(fēng)母管壓力偏置設(shè)為-1kPa，降低一次風(fēng)機(jī)出口壓力和一次風(fēng)道節(jié)流損失，保證深度調(diào)峰期間鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

同時(shí)，考慮對(duì)現(xiàn)有熱一次風(fēng)母管邏輯控制函數(shù)進(jìn)行整體修改，修改成自變量為最大出力磨的煤量，因變量為熱一次風(fēng)母管壓力的邏輯控制函數(shù)，從而提升制粉系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

本文以某600MW 機(jī)組為對(duì)象，開展燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)研究，主要結(jié)論如下：

通過燃燒優(yōu)化調(diào)整后，在600MW、500MW、350MW 和245MW 典型負(fù)荷工況下，末級(jí)再熱器出口汽溫兩側(cè)偏差明顯減小，再熱器減溫水流量?jī)蓚?cè)偏差基本消除，再熱汽溫兩側(cè)偏差的問題得到有效改善，鍋爐運(yùn)行的安全性得到提升。

在600MW、500MW、350MW 和245MW 典型負(fù)荷工況下，鍋爐采用常用磨組合運(yùn)行方式均能夠保持較好的燃燒狀況，SCR 入口CO 含量基本為0，飛灰爐渣可燃物含量控制在1%以內(nèi)，600MW、500MW 和350MW 負(fù)荷工況下的修正后鍋爐熱效率在93.70%～94.20%之間。245MW 負(fù)荷工況下的修正后鍋爐熱效率為92.42%。在600MW、500MW、350MW 和245MW 工況下的空預(yù)器漏風(fēng)率平均值分別為6.67%、7.70%、10.75%和12.38%。

本次燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)得出了兼顧安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的鍋爐關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化控制曲線，將本次優(yōu)化試驗(yàn)的成果落實(shí)到了日常運(yùn)行中去，能夠帶來可觀的長(zhǎng)期效益。