600MW超臨界燃煤機(jī)組節(jié)能提效改造研究

華電電力科學(xué)研究院有限公司 唐秀能 張東興 陳廣偉 于鵬峰

根據(jù)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、國(guó)家能源局聯(lián)合發(fā)布的《全國(guó)煤電機(jī)組改造升級(jí)實(shí)施方案》，到2025年，全國(guó)火電平均供電煤耗降至300g 標(biāo)準(zhǔn)煤/kWh 以下，目前國(guó)內(nèi)發(fā)電機(jī)組普遍存在鍋爐效率低、熱耗偏高等問(wèn)題，供電煤耗距離國(guó)家要求尚有差距，為進(jìn)一步提升煤電機(jī)組清潔高效水平，保障“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，提升企業(yè)裝備競(jìng)爭(zhēng)力，各發(fā)電企業(yè)都在加快對(duì)現(xiàn)役機(jī)組的節(jié)能提效改造[1-3]。本文以某600MW 超臨界燃煤機(jī)組為研究對(duì)象，進(jìn)行能耗診斷試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)機(jī)組存在空預(yù)器漏風(fēng)率高、鍋爐效率偏低、汽輪機(jī)熱耗高、缸效低等諸多問(wèn)題，結(jié)合機(jī)組實(shí)際提出節(jié)能提效改造方案，通過(guò)改造有效降低了機(jī)組供電煤耗，提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，為同類機(jī)組節(jié)能改造提供借鑒。

1 研究對(duì)象

某電廠鍋爐為600MW 超臨界壓力變壓運(yùn)行、單爐膛、一次中間再熱、尾部雙煙道Π 型布置燃煤直流鍋爐。設(shè)計(jì)煤種為淮北礦業(yè)集團(tuán)公司祁南礦煙煤。汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)有限公司設(shè)計(jì)制造的超臨界凝汽式汽輪機(jī)。

2 存在的問(wèn)題

為了掌握機(jī)組性能狀況，進(jìn)行了性能診斷試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)調(diào)研，機(jī)組存在的主要問(wèn)題如表1所示。

表1 機(jī)組存在的問(wèn)題

3 鍋爐部分

3.1 燃燒器優(yōu)化改造

考慮對(duì)鍋爐提效，采用超低NOx 旋流煤粉燃燒器及燃燒系統(tǒng)對(duì)原燃燒系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造。與現(xiàn)燃燒器相比，本次改造特點(diǎn)在于：采用新型徑向雙級(jí)煤粉濃縮器，實(shí)現(xiàn)煤粉氣流的高效濃縮，獲得外濃內(nèi)淡的煤粉氣流，高濃度的煤粉濃度導(dǎo)致較高的燃燒效率；另外為提高燃燒器低負(fù)荷穩(wěn)燃性能、燃燒效率和抑制NOx 的生成，采用穩(wěn)焰齒、一二次風(fēng)導(dǎo)向錐等技術(shù)措施。

改造具體內(nèi)容如下：原前后墻6層24只煤粉燃燒器總數(shù)量和布置位置保持不變，更換20只煤粉燃燒器為新型超低NOx 旋流煤粉燃燒器；等離子層（前墻下層4只）等離子煤粉燃燒器本體不改造，更換其二、三次風(fēng)配風(fēng)組件；更換改造區(qū)域燃燒器水冷壁開(kāi)孔；更換燃燒器外二次風(fēng)門(mén)執(zhí)行器，采用連續(xù)調(diào)節(jié)型；增加燃燒器冷卻風(fēng)系統(tǒng)，采用熱一次風(fēng)冷卻；更換原點(diǎn)火油槍（啟動(dòng)油槍取消）及爐前燃油系統(tǒng)，采用氣泡霧化油槍；增加燃燒器固定裝置；改造后燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 改造后燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 貼壁風(fēng)改造

通過(guò)貼壁風(fēng)改造，改善壁面的還原性氣氛，緩解由于燃用高硫煤帶來(lái)的腐蝕問(wèn)題。具體方案：在前后墻燃燒器層區(qū)域，靠近側(cè)墻合適位置增設(shè)3層共12只貼壁風(fēng)噴口（風(fēng)量手動(dòng)調(diào)節(jié)），噴口按下傾一定角度設(shè)計(jì)。在鍋爐兩側(cè)墻靠近爐膛中心區(qū)域各增加四層側(cè)墻貼壁風(fēng)噴口，上兩層每層布置4只噴口，下兩層每層布置2只噴口，采用手動(dòng)調(diào)節(jié)方式，風(fēng)源取自熱二次風(fēng)。為保證達(dá)到較好的配風(fēng)效果，前后墻貼壁風(fēng)風(fēng)源采用增壓熱二次風(fēng)（增加風(fēng)機(jī)）。

3.3 二次風(fēng)系統(tǒng)流場(chǎng)優(yōu)化

對(duì)二次風(fēng)系統(tǒng)流場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化改造。具體措施如下：一是采用導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)優(yōu)化燃燒器風(fēng)箱設(shè)計(jì)，獲得更為均衡的燃燒器風(fēng)量。二是更換現(xiàn)外二次風(fēng)門(mén)用執(zhí)行器，采用調(diào)節(jié)型（原設(shè)計(jì)為開(kāi)關(guān)型），增加每個(gè)燃燒器的風(fēng)量分配調(diào)節(jié)手段；三是增加風(fēng)箱入口二次風(fēng)道導(dǎo)流板，從結(jié)構(gòu)上盡可能消除各層風(fēng)室的風(fēng)量分配不均，同時(shí)通過(guò)各層風(fēng)室入口調(diào)節(jié)擋板來(lái)進(jìn)行必要的風(fēng)量調(diào)節(jié)。

3.4 空預(yù)器漏風(fēng)治理

根據(jù)密封片接觸形式空預(yù)器密封形式分為固定式密封、刷式密封、可調(diào)式密封和柔性密封等密封技術(shù)[4]，柔性密封最大補(bǔ)償量可達(dá)70mm，可彌補(bǔ)熱態(tài)下空預(yù)器熱端三角漏風(fēng)區(qū)域，進(jìn)而大幅降低漏風(fēng)率，對(duì)扇形板無(wú)磨損，不增加運(yùn)行電流，因此本次改造采用柔性密封技術(shù)進(jìn)行改造。

4 汽機(jī)部分

4.1 汽機(jī)通流改造

針對(duì)汽輪機(jī)缸效低、熱耗高的問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)普遍采用通流改造技術(shù)改造以達(dá)到節(jié)能效果。本次改造對(duì)高、中壓各級(jí)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用增加通流級(jí)數(shù)的方式來(lái)提高通流效率。高壓通流級(jí)數(shù)從原來(lái)的Ⅰ+11級(jí)增加至Ⅰ+13級(jí)，葉根槽采用T 形葉根；中壓通流級(jí)數(shù)從原來(lái)的8級(jí)增加至9級(jí)，葉根槽采用T 形葉根。高中壓通流部分動(dòng)、靜葉片采用強(qiáng)度好、動(dòng)應(yīng)力低、抗高溫蠕變性能好的整體圍帶彎扭馬刀葉型；汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子采用整鍛轉(zhuǎn)子，整鍛轉(zhuǎn)子無(wú)中心孔。采取有效措施增強(qiáng)高中壓轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性；動(dòng)靜葉片采用先進(jìn)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)，優(yōu)化葉型，提高每級(jí)通流效率。

改造前、后汽輪機(jī)高、中壓缸通流部分剖面圖分別如圖2和圖3所示。

圖2 改造前機(jī)組高壓缸剖面圖

圖3 改造后機(jī)組高壓缸剖面圖

對(duì)低壓部分進(jìn)行通流優(yōu)化設(shè)計(jì)，針對(duì)根據(jù)機(jī)組冷端背壓較高的特點(diǎn)，以及降低寬低負(fù)荷排汽損失的要求，末級(jí)采用排汽面積較小的915mm 長(zhǎng)葉片。此外，合理增加通流級(jí)數(shù)以提高低壓缸整體通流效率。低壓通流級(jí)數(shù)從原來(lái)的2×2×7級(jí)增加至2×2×9級(jí)。改造前后低壓缸剖面圖如圖4、圖5所示。

圖4 改造前機(jī)組低壓缸剖面圖

圖5 改造后機(jī)組低壓缸剖面圖

4.2 抽真空系統(tǒng)改造

機(jī)組抽真空系統(tǒng)配備三臺(tái)水環(huán)真空泵，二運(yùn)一備方式（水環(huán)式真空泵A、C 運(yùn)行，水環(huán)式真空泵B 備用）。改造后，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)由2套高效羅茨真空泵組維持機(jī)組真空，抽真空系統(tǒng)為兩運(yùn)三備方式（即2套羅茨真空泵組運(yùn)行，三臺(tái)水環(huán)式真空泵備用）。既可有效解決水環(huán)泵汽蝕、抽氣性能下降的問(wèn)題，同時(shí)通過(guò)減少過(guò)大的設(shè)計(jì)裕量，可以節(jié)電60%～80%。

4.3 冷卻塔改造

冷卻塔冷卻性能對(duì)發(fā)電廠熱力循環(huán)效率有重要影響[5-8]，針對(duì)冷卻塔冷卻能力下降的問(wèn)題，對(duì)冷卻塔實(shí)施風(fēng)水匹配強(qiáng)化換熱整體改造，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)冷卻塔進(jìn)行超高網(wǎng)格網(wǎng)CFD 數(shù)值計(jì)算，對(duì)冷卻塔內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)、水溫場(chǎng)、濕度場(chǎng)進(jìn)行實(shí)測(cè)和計(jì)算；把淋水填料的熱力和阻力特性納入計(jì)算模型；不斷組合淋水填料高度及半徑配比以找到一組最優(yōu)數(shù)據(jù)。

4.4 閥門(mén)內(nèi)漏治理

根據(jù)對(duì)機(jī)組熱力系統(tǒng)的摸底排查，機(jī)組閥門(mén)內(nèi)漏現(xiàn)象較為嚴(yán)重。針對(duì)摸底試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的內(nèi)漏閥門(mén)，采取重點(diǎn)治理策略，提高熱力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

5 改造效果

改造后，對(duì)機(jī)組進(jìn)行性能考核試驗(yàn)，表2為機(jī)組THA 工況主要技術(shù)指標(biāo)。

表2 改造前后THA 工況主要技術(shù)指標(biāo)

從表2得出，機(jī)組改造后各項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)于改造前，供電煤耗由改造前的307g/kWh 降低到294g/kWh，年可節(jié)約標(biāo)煤2.64萬(wàn)t，可減少CO2排放7.76萬(wàn)t，減少SO2排放0.24萬(wàn)t，減少NOx 排放0.11萬(wàn)t，節(jié)能減排效果顯著。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)全面的摸底試驗(yàn)，分析600MW 超臨界直流機(jī)組存在的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)對(duì)先進(jìn)改造技術(shù)調(diào)研、方案比選，提出適合本機(jī)組的節(jié)能提效改造方案并實(shí)施，改造后鍋爐效率提升，汽機(jī)熱耗明顯降低，有效降低了機(jī)組供電煤耗，達(dá)到“60萬(wàn)kW 及以上機(jī)組改造后平均供電煤耗達(dá)到300g/kWh”的要求，不僅提升電廠的技術(shù)裝備水平和競(jìng)爭(zhēng)力，也為同類型機(jī)組改造提供借鑒。