陳連軍 黃啟龍 戴維葆
國電科學(xué)技術(shù)研究院
國電某電廠600MW超臨界參數(shù)鍋爐,由東方鍋爐廠生產(chǎn),采用旋流對沖燃燒方式,配5套MGS4060雙進(jìn)雙出鋼球磨正壓式直吹制粉系統(tǒng),對應(yīng)20只雙調(diào)風(fēng)低旋流燃燒器分5層布置于爐膛前后墻上,前墻從下往上分別為B層、C層、D層,后墻從下往上分別為A層、E層。
鍋爐自投產(chǎn)后約一年時間內(nèi),一直存在屏式過熱器A、B兩側(cè)溫升偏差,不同磨煤機(jī)組合時有不同的偏差。具體情況如下:當(dāng)A、B、C三臺磨煤機(jī)運行時,機(jī)組負(fù)荷400MW以下,過熱蒸汽參數(shù)額定,過熱減溫水量40~70t/h,再熱蒸汽555℃~562℃,再熱減溫水量為0,屏式過熱器溫升偏差高達(dá)30℃以上(A側(cè)高,B側(cè)低);當(dāng)A、B、C、E四臺磨煤機(jī)運行,機(jī)組負(fù)荷400MW~520MW,過熱蒸汽和再熱蒸汽溫度額定,過熱減溫水40t/h~60t/h,再熱減溫水量為0,屏式過熱器A、B兩側(cè)溫升偏差為10℃~15℃(A側(cè)高,B側(cè)低));當(dāng)A、B、C、D、E五臺磨煤機(jī)運行時,機(jī)組負(fù)荷520MW以上,過熱蒸汽和再熱蒸汽溫度額定,過熱減溫水量50t/h~90t/h,再熱減溫水量為0,屏式過熱器A、B側(cè)溫升偏差在5℃以內(nèi)。通過高溫過熱器前蒸汽交叉以及減溫水糾正后,末級過熱器出口蒸汽溫度沒有偏差,故對此問題沒引起注意。經(jīng)過近3個月的連續(xù)運行,屏式過熱器溫升偏差越來越嚴(yán)重,當(dāng)嚴(yán)重時,在ABCE磨運行時,A側(cè)屏式過熱器進(jìn)出口溫度分別為402℃和584℃,B側(cè)屏式過熱器進(jìn)出口溫度分別為411℃和525℃,兩側(cè)溫升偏差高達(dá)69℃。
蒸汽溫度偏差容易造成高溫側(cè)受熱面超溫,低溫側(cè)蒸汽溫度達(dá)不到額定,由于蒸汽偏差造成蒸汽溫度達(dá)不到額定,影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性,甚至影響機(jī)組帶負(fù)荷能力;超(超)臨界鍋爐由于受熱面高,易產(chǎn)生氧化皮,當(dāng)壁溫變溫速度達(dá)到一定程度,氧化皮容易脫落,造成受熱面堵管等,導(dǎo)致受熱面爆管[1]。
根據(jù)蒸汽溫度偏差的情況分析,顯然不同磨煤機(jī)組存在著不同的蒸汽溫度偏差表現(xiàn)形式,以往蒸汽溫度偏差研究,主要從配風(fēng)或汽水側(cè)著手分析解決[2-3],本文根據(jù)現(xiàn)場情況,從各粉管煤粉量對蒸汽溫度偏差進(jìn)行分析。
機(jī)組450MW負(fù)荷下,A、B、C、E磨運行,對省煤器出口的煙氣氧量分布進(jìn)行測量,發(fā)現(xiàn)煙氣氧量分布呈A側(cè)低B側(cè)高的趨勢,如圖1所示。
圖1 450MW負(fù)荷省煤器出口煙氣氧量與CO濃度分布情況(左-右)
由圖1可看出,省煤器出口氧量呈A側(cè)低B側(cè)高,與屏式過熱器出口壁溫分布(與屏式過熱器蒸汽溫升A側(cè)高B側(cè)低一致)趨勢相反,屏式過熱器出口壁溫分布如圖2所示。另外,由于氧量分布不均,CO濃度分布存在偏差,呈左高右低,局部區(qū)域CO濃度可達(dá)到1600ppm。
圖2 450MW時屏式過熱器壁溫分布情況(左-右)
考慮到鍋爐采用前后墻對沖燃燒方式,爐寬方向上煙氣穿透作用非常弱,可忽略不計,從省煤器出口氧量分布情況可推斷爐膛出口的氧量分布呈A側(cè)低B側(cè)高的趨勢,因此爐寬方向上存在風(fēng)量或燃料量分布不均或二者兼有。首先對各磨煤機(jī)不同粉管的煤粉量進(jìn)行測量,采用零壓擺動式煤粉等速取樣裝置(AKOMA2000),試驗結(jié)果如圖3所示。
圖3 不同磨煤機(jī)各粉管8分鐘測得的煤粉量
由圖3可見,當(dāng)A、B、C磨煤機(jī)運行時,各層燃燒器左側(cè)的煤粉量之和明顯大于右側(cè),如1號噴燃器(A側(cè))的煤粉量之和在1500g/8min以上,4號噴燃器(B側(cè))僅為1000g/8min,相差約35%;A、B、C、E磨煤機(jī)運行時,偏差明顯減??;ABCED磨運行時,各噴燃器的煤粉量之和分布較均勻。煤粉量分布情況與前文提到的不同磨煤機(jī)組合(ABC磨、ABCE磨、ABCED磨)的蒸汽溫度偏差情況非常吻合。450MW負(fù)荷(ABCE磨運行)時的屏式過熱器壁溫分布與煤粉量分布也一致,見圖2、圖3。
根據(jù)以上分析,爐寬方向上的煤粉量分布不均是造成爐內(nèi)熱負(fù)荷不均勻、蒸汽溫度偏差的根本原因,同時造成爐寬方向上的氧量不均、局部CO濃度高等問題。
從制粉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性、運行狀況等方面分析各粉管煤粉出力偏差的原因。從制粉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)角度來看,磨煤機(jī)出口至動態(tài)分離器入口直管段的距離約3m~4m,所以分離器入口的流場較穩(wěn)定。根據(jù)動態(tài)分離器運行特性及相關(guān)試驗結(jié)果(應(yīng)該有相關(guān)文獻(xiàn)的引用?。?,隨著分離器轉(zhuǎn)速的提高,分離器后各粉管的煤粉出力趨于均勻,隨著分離器轉(zhuǎn)速從65%降低到45%,蒸汽溫度偏差無變化,由此可見分離器轉(zhuǎn)速不是煤粉出力偏差的主要原因。
結(jié)合煤粉量分布情況,對磨煤機(jī)出口各粉管的一次風(fēng)速進(jìn)行測量及熱態(tài)一次風(fēng)調(diào)平,進(jìn)一步分析各粉管煤粉出力大幅偏差的原因。試驗結(jié)果表明,磨煤機(jī)各粉管的一次風(fēng)速偏差較大,A、E磨煤機(jī)更為嚴(yán)重,且各粉管的煤粉出力偏差與一次風(fēng)速偏差具有一致性,見表1。
表1 A、E磨煤機(jī)各粉管一次風(fēng)速偏差、煤粉量偏差
試驗中,磨煤機(jī)各粉管的一次風(fēng)平均風(fēng)速為18m/s~19m/s,最低為12m/s,即一次風(fēng)管存在積粉現(xiàn)象,加劇了一次風(fēng)速和煤粉量的偏差,從而導(dǎo)致了嚴(yán)重的熱負(fù)荷偏差。
可見,一次風(fēng)速偏差是造成煤粉量偏差的重要因素。由于A、E磨煤機(jī)對應(yīng)的燃燒器在后墻,各一次風(fēng)管繞到鍋爐后墻,阻力偏差大,造成了一次風(fēng)管風(fēng)速偏差大,且粉管水平段較長,更易造成粉管積粉,加劇了一次風(fēng)速和煤粉量偏差。
根據(jù)以上分析,對一次風(fēng)管中積粉進(jìn)行吹掃,每臺磨煤機(jī)進(jìn)行一次風(fēng)速熱態(tài)調(diào)平后,并提高一次風(fēng)速至24m/s以上,屏式過熱器蒸汽溫度偏差得到緩解,氧量分布偏差減小。通過本試驗研究表明:
(1)一次風(fēng)速偏差是造成煤粉量偏差及爐內(nèi)熱負(fù)荷偏差的重要因素之一,當(dāng)總體一次風(fēng)速偏低的情況下,更易造成粉管積粉,加劇一次風(fēng)速和粉量偏差,故一次風(fēng)速熱態(tài)調(diào)平及合適的一次風(fēng)速是解決爐內(nèi)熱負(fù)荷偏差的基礎(chǔ)工作。
(2)前后墻對沖旋流燃燒方式的鍋爐,省煤器氧量分布與蒸汽溫度偏差存在著一定的相關(guān)性,蒸汽溫度高的一側(cè)氧量較低,從受熱面壁溫分布上也可說明這一點。
[1]樊泉桂,樊晉元. 超超臨界鍋爐的汽溫偏差探析[J]. 鍋爐技術(shù),2010(3):1~4.
[2]陳瑞龍. 超臨界對沖燃燒器鍋爐屏過汽溫偏差原因分析及對策[J]. 電站系統(tǒng)工程,2010(9):25~26.
[3]岳俊峰,高遠(yuǎn),黃磊等. 600MW超臨界旋流燃燒器鍋爐優(yōu)化運行研究[J]. 電站系統(tǒng)工程,2010(5):15~17.