600 MW亞臨界機組再熱汽溫低原因分析及對策

葛巍

（國能浙江北侖第一發(fā)電有限公司,浙江 寧波 315800）

1 概述

某電廠600 MW亞臨界機組鍋爐設備由加拿大巴威公司設計制造，鍋爐為單爐膛，Π形布置，一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐，采用前后墻對沖燃燒方式，配有中速磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)，在后煙井內，后煙道布置低溫過熱器和省煤器，前煙道布置低溫再熱器受熱面，采用尾部煙道煙氣擋板調節(jié)再熱蒸汽溫度[1]。鍋爐受熱面布置如圖1所示。

圖1 鍋爐受熱面布置

該機組于2018年進行的綜合提效改造項目中，維持主蒸汽壓力及溫度不變，對鍋爐再熱器系統(tǒng)進行改造，更換低溫再熱器、高溫再熱器以及聯(lián)箱等設備，以滿足爐側出口再熱蒸汽溫度由原先的540 ℃提溫至573 ℃，從而降低機組運行煤耗[1]。鍋爐的主要技術參數(shù)如表1所示。

表1 鍋爐主要設計技術參數(shù)

在改造后鍋爐運行過程中發(fā)現(xiàn)，當機組連續(xù)快速減負荷或長時間處于低負荷運行階段，爐側出口再熱汽溫會從滿負荷時能達到的額定值573 ℃，快速減至50%負荷階段時只能維持的530 ℃左右，在此后較長一段運行時間內無法有效回升，嚴重影響低負荷階段鍋爐運行的經濟性，并且過低的再熱蒸汽溫度會造成汽輪機低壓缸末級濕度增加，對機組運行安全性造成影響。

為了更好地了解再熱汽溫欠溫情況，通過拉歷史曲線的方式，制作了一個星期內再熱汽溫欠溫統(tǒng)計表，如表2所示。

表2 再熱汽溫欠溫統(tǒng)計表

2 再熱汽溫偏低原因分析

2.1 串級PID控制方法不適用大滯后對象

在電廠自動控制系統(tǒng)中，再熱汽溫具有大慣性、大延時、動態(tài)特性隨工況參數(shù)變化的特點，因此較難控制且不易穩(wěn)定[2]。實際運行中發(fā)現(xiàn)，采用傳統(tǒng)的以減溫器出口汽溫作為導前信號的串級PID控制方法，在再熱汽溫控制時易造成再熱汽溫控制不穩(wěn)定，煙氣調節(jié)擋板自動控制調節(jié)性能差，再熱汽溫下降或連續(xù)減負荷時，擋板不能及時自動開大，導致再熱汽溫持續(xù)降低。機組的再熱蒸汽壓力和負荷的前饋調節(jié)，由于使用中產生的擾動較大，也并未投入使用。

2.2 深度調峰過程中主汽溫降低

機組在連續(xù)減負荷或深度調峰時，主汽溫受鍋爐煤量和風量影響會大幅降低，某一階段也會出現(xiàn)小幅欠溫狀態(tài)，導致高排出口的冷再溫度同步降低，使得再熱器受熱面進口溫度降低，加劇爐側再熱器出口溫度提升困難。由于深度調峰階段鍋爐總風量及煙氣流量的減少，意味著再熱器受熱面對流換熱量減少，從而導致了再熱汽溫難以提升至額定值。

2.3 受熱面吹灰影響

機組在高負荷階段運行過程中，需要對屏式過熱器、高溫過熱器、爐膛水冷壁等區(qū)域進行選擇性吹灰，以調整各受熱面壁溫在合理運行范圍內，減少機組運行中過熱器減溫水量，增加爐膛水冷壁吸熱量等。但運行中一旦投運多支過熱器區(qū)域長吹，則會造成低負荷階段再熱器受熱面吸熱量嚴重不足，給再熱汽溫在快速減負荷階段帶來更大幅度的下降[3]。

2.4 機組冷段再熱供熱流量調節(jié)性能差

機組負荷快速下降過程中，隨著冷段再熱蒸汽壓力降低，冷段抽汽供熱流量同步減少。冷再供熱調節(jié)閥受調節(jié)性能影響，不能及時跟蹤對外供熱母管壓力降低而同步開大，這會導致冷再供熱量短時間內減少，增量的再熱蒸汽流量進一步造成再熱汽溫降低。

3 提升再熱汽溫的運行調整及措施

3.1 調整燃燒器出力和配風

通過開大上層停運磨組二次風風門，關小中、下層運行磨組二次風風門，將鍋爐二次風配風方式調整為“倒三角配風”方式，同時適當提高中間層運行磨組出力，使得中、下層部分未完全燃盡煤粉等還原性煤粉氣流在上層后富氧區(qū)域反應燃燒，從而提升爐膛火焰中心高度。如表3所示，開大上層停運磨煤機二次風風門后，對再熱汽溫有明顯的提升效果。

表3 “倒三角配風”方式后再熱汽溫變化

3.2 投運再熱器區(qū)域吹灰器

尾部煙道積灰會使換熱變差，從而導致再熱器管壁溫度上升而再熱汽溫降低，此時投運再熱器段吹灰可以加強受熱面換熱，能有效提升再熱汽溫水平[4]。

3.3 提高冷段抽汽供熱流量

快速減負荷階段可同步提高冷再供熱流量，使得一部分冷段再熱蒸汽用于供給冷再對外供熱，適當減少冷段再熱蒸汽進入再熱器受熱面的流量，從而提高熱段再熱蒸汽溫度。

3.4 提高鍋爐運行過?？諝庀禂?shù)

提高鍋爐運行過?？諝庀禂?shù)，一方面可以提升爐膛火焰中心高度，提高爐膛出口煙溫，從而提高半輻射半對流的再熱器受熱面吸熱份額；另一方面煙氣流量的增加可提高煙氣流速，增加對流換熱的低溫再熱器的對流吸熱份額，使再熱汽溫提高[5]。

3.5 封堵后煙井中后煙道過熱器區(qū)域部分擋板,提高前煙道再熱器區(qū)域煙氣流通量

尾部煙道調節(jié)擋板的開度調整，是再熱汽溫調節(jié)的主要手段，通過改變后煙井中前、后煙道內再熱器、過熱器的煙氣流量比例，使再熱汽溫達到額定設計值。鍋爐低溫過熱器調溫擋板組間存在3個310 mm間隙，單個煙溫調節(jié)擋板在不同擋板開度下的通流部分尺寸如圖2和圖3所示。根據(jù)測量結果，計算出煙氣流通截面積如表4所示。

圖2 煙道擋板間間隙

圖3 單個煙溫調節(jié)擋板示意圖(單位mm)

表4 煙氣流通截面積

目前運行中，尾部煙道調節(jié)擋板過熱器側自動低限為30%開度，通過數(shù)據(jù)模擬得出，將過熱器側煙道擋板開度從30%關小到15%，煙氣流通面積將從11.4 m2減少到7.89 m2，減少比例為30%。因此在機組檢修中對鍋爐后煙道過熱器側擋板進行間隔封堵，增加后煙道煙氣阻力，提升前煙道煙氣流量，從而有效改善煙道擋板調節(jié)特性，能保證鍋爐低負荷下再熱器出口汽溫，提高機組運行經濟性。

3.6 改善再熱汽溫左右側偏差

再熱蒸汽A、B兩路溫度偏差較大，再熱汽采用A、B兩路交叉的方法。再熱汽溫左右偏差大，根據(jù)尾部煙道調節(jié)擋板調節(jié)策略，較高側再熱汽溫達到設定值后，調節(jié)擋板不會繼續(xù)開大，從而導致較低側再熱汽溫不會繼續(xù)上升。所以，改善再熱汽溫左右側偏差對提升再熱汽溫有重要意義[6]。針對再熱汽溫左右側偏差大，主要有以下兩種改善方法：一是調整末級過熱器減溫水A/B側偏置，使得末級過熱器A/B側出口汽溫有偏差。如提升末級過熱器A側出口溫度，會導致爐膛A側的煙氣溫度上升，從而提升再熱汽溫A側出口溫度。二是對4塊過熱器/再熱器尾部煙道調節(jié)擋板開度進行精確控制。過熱器/再熱器尾部煙道調節(jié)擋板A和B的調節(jié)，對A側再熱汽溫有影響，過熱器/再熱器尾部煙道調節(jié)擋板C和D的調節(jié)，對B側再熱汽溫有影響。

4 調整效果

從圖4可以看出，7月調整前，再熱汽溫為564.68 ℃，8月開始嘗試探索，再熱汽溫提高到570.53 ℃，9月試驗后，再熱汽溫提高到572.11 ℃，有顯著提高。從表5可以看出，經過運行調整，再熱汽溫欠溫現(xiàn)象也有明顯改善，低溫的時間和頻次都大幅降低。

表5 調整后再熱汽溫欠溫統(tǒng)計表

圖4 再熱汽溫變化圖

5 結論

通過運行方式的調整，提升對沖燃燒鍋爐在低負荷階段火焰中心高度，從而提高鍋爐再熱器溫度。本文列舉了“倒三角配風”方式對爐側出口再熱汽溫的影響，后期運行中可再通過調整一次風比重等手段，繼續(xù)摸索提升低負荷階段再熱汽溫的有效方式。

通過加強再熱器區(qū)域吹灰器投運，提高機組低負荷階段運行總風量，提高冷再供熱流量等手段，可以有效提高再熱器溫度，但需同步考慮機組再熱器受熱面磨損情況，運行時應嚴密監(jiān)視過熱器和再熱器的運行壁溫情況，防止局部超溫造成氧化皮脫落。

通過對后煙井中過熱器側擋板的間隔封堵，當機組負荷為50%負荷段時，鍋爐再熱汽溫較此前運行中增加約20～28 ℃，這在一定程度上解決了中低負荷下再熱汽溫偏低問題。通過計算，機組的發(fā)電煤耗降低了2.37 g/kW·h，排煙溫度下降了1.9 ℃。