黃渠凱
摘 要:燃煤發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)非常復(fù)雜,對過程中出現(xiàn)的相關(guān)問題需進(jìn)行深入研究、總結(jié)規(guī)律。該文結(jié)合一起鍋爐極熱態(tài)啟動(dòng)過程形成的惡性運(yùn)行工況,對主蒸汽壓力和主再熱蒸汽溫度不匹配的問題展開分析,提出減小鍋爐蒸發(fā)量和提高汽溫的一系列方法和措施,為鍋爐事故處理提供調(diào)整原則。以期能夠?qū)ν愋湾仩t出現(xiàn)問題的解決也有指導(dǎo)借鑒作用。
關(guān)鍵詞:燃燒 煙氣 換熱 啟動(dòng)系統(tǒng) 鍋爐負(fù)荷 調(diào)整
中圖分類號:TM3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2016)06(c)-0016-02
某600 MW級超臨界直流鍋爐在極熱態(tài)開機(jī)并網(wǎng)帶150 MW電負(fù)荷“濕態(tài)運(yùn)行”階段,出現(xiàn)“只漲主汽壓不漲主汽溫”現(xiàn)象,形成主汽壓高與主再熱汽溫低嚴(yán)重不匹配的惡性運(yùn)行工況,且隨著總煤量或電負(fù)荷的增減而振蕩。不但降低機(jī)組熱效率,增加汽輪機(jī)末幾級葉片的蒸汽濕度,造成葉片侵蝕加劇,影響機(jī)組的安全運(yùn)行;而且鍋爐難以進(jìn)行“濕干態(tài)轉(zhuǎn)換”實(shí)現(xiàn)直流運(yùn)行,最終被迫停機(jī)停爐重新啟動(dòng)。
1 鍋爐燃燒與受熱分布情況分析
該600 MW級機(jī)組鍋爐為上海電氣集團(tuán)鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的SG-2210/25.4-M980型超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流鍋爐、單爐膛、四角切圓燃燒、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。鍋爐水冷壁由爐膛上部的垂直段管屏與下部的螺旋段管屏組成。
鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)采用帶再爐水循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng),鍋爐爐前沿寬度方向垂直布置兩只汽水分離器,其進(jìn)出口分別與水冷壁和爐頂過熱器相連接。當(dāng)機(jī)組啟動(dòng),鍋爐負(fù)荷低于最低直流負(fù)荷(30%BMCR)時(shí),蒸發(fā)受熱面出口的介質(zhì)流經(jīng)分離器進(jìn)行汽水分離,蒸汽通過分離器上部蒸汽導(dǎo)管進(jìn)入爐頂過熱器,而水則通過疏水管道引至連接球,連接球體下方通過疏水管引至1個(gè)三通,一路疏水通過爐水循環(huán)泵被送至省煤器進(jìn)口,另一路接至大氣式擴(kuò)容器,減壓后產(chǎn)生的蒸汽通過排汽管道通向爐頂上方排入大氣;凝結(jié)水則進(jìn)入集水箱并經(jīng)過處理后被送往冷凝器或除氧器。在啟動(dòng)初期水質(zhì)不合格以及為了防止啟動(dòng)初期汽水膨脹階段分離器水位過高,飽和水進(jìn)入過熱器的發(fā)生,通過在大氣式擴(kuò)容器進(jìn)口設(shè)置的兩個(gè)高水位液動(dòng)調(diào)節(jié)門將分離器中大量的疏水排入大氣式擴(kuò)容器。
燃燒方式采用最新引進(jìn)的低NOx同軸燃燒系統(tǒng)(LNCFS),煤粉燃燒器為四角布置、切向燃燒、擺動(dòng)式噴燃器。24只直流式燃燒器分6層布置于爐膛下部四角,煤粉和空氣從四角送入,在爐膛中呈四角切向方式燃燒,切圓順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。主風(fēng)箱設(shè)有6層強(qiáng)化著火(EI)煤粉噴嘴,在煤粉噴嘴四周布置有燃料風(fēng)(周界風(fēng))。在每相鄰兩層煤粉燃燒器之間布置有1層輔助風(fēng)噴嘴,輔助風(fēng)其中包括上下兩只預(yù)置水平偏角的輔助風(fēng)噴嘴(CFS)和1只直吹風(fēng)噴嘴。在主風(fēng)箱上部設(shè)有兩層緊湊燃盡風(fēng)(CCOFA)噴嘴,在主風(fēng)箱下部設(shè)有1層火下風(fēng)(UFA)噴嘴。在主風(fēng)箱上部設(shè)置5層可水平擺動(dòng)的分離燃盡風(fēng)噴嘴(SOFA)。四角切向布置的擺動(dòng)燃燒器,在熱態(tài)運(yùn)行中一、二次風(fēng)噴嘴均可上下擺動(dòng)。配置中速磨一次風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng)。A層煤粉火嘴布置等離子點(diǎn)火裝置。鍋爐共設(shè)有3層(AB、CD、EF)共12只油槍,單只油槍出力為2.3 t/h,分別布置在四角相鄰兩層煤粉火嘴之間的1只直吹風(fēng)噴嘴內(nèi)。
這起事故發(fā)生在機(jī)組極熱態(tài)汽機(jī)高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)階段,鍋爐配套等離子的制粉系統(tǒng)故障,在投油啟動(dòng)過程中油槍投入數(shù)量較多,煤油配比差,油槍燃燒時(shí)煙氣量少,尤其是最底層助燃用的AB層油槍主要對水冷壁輻射放熱,作用于鍋爐的負(fù)荷增加,主蒸汽壓力升高。
鍋爐極熱態(tài)啟動(dòng)低負(fù)荷階段,主燃燒器區(qū)域始終處于富氧燃燒狀態(tài),燃盡性較好,而分離燃盡風(fēng)(SOFA)開度沒有按照低負(fù)荷情況作出調(diào)整,依然保持較多層數(shù)和較大開度,爐膛出口消旋力量強(qiáng),煤粉在爐內(nèi)(水冷壁區(qū)域)停留時(shí)間過長,也造成鍋爐負(fù)荷增加,主蒸汽壓力升高。
化驗(yàn)入爐煤煤質(zhì),發(fā)現(xiàn)燃煤中水分灰分較設(shè)計(jì)煤種的含量低得較多。試驗(yàn)和分析證明:鍋爐燃煤中水分灰分減小時(shí),水分蒸發(fā)和灰分在爐膛內(nèi)本身溫度的升高所需熱量減少,會(huì)使?fàn)t膛內(nèi)溫度升高,輻射傳熱量增加,“濕態(tài)運(yùn)行”時(shí)鍋爐負(fù)荷增加;同時(shí)鍋爐燃煤中水份灰份減少,煤粉發(fā)熱量相對增加,必然引起耗煤量相對減少,煙氣容積減小,煙道內(nèi)對流換熱量減少,引起主再熱蒸汽溫度降低。
該鍋爐地處海拔1 800 m的西北高原地區(qū),大氣壓為84 kPa,考慮到氧濃度低,設(shè)計(jì)爐型偏高,造成火焰中心溫度相對較低,間接加劇煙道內(nèi)對流換熱量的減少。
鍋爐給水調(diào)整策略不當(dāng)引起壓力溫度失去平衡。直流鍋爐啟動(dòng)初期容易被啟動(dòng)系統(tǒng)增加的那部分啟動(dòng)流量蒙蔽,此階段不能用鍋爐總給水流量與總煤量作為換算關(guān)系,要根據(jù)相同電負(fù)荷的總煤量經(jīng)驗(yàn)對比值,轉(zhuǎn)換為總煤量與蒸發(fā)量的比例,然后通過蒸發(fā)量調(diào)整鍋爐給水泵出口流量,與鍋爐蒸發(fā)量大致相當(dāng)。當(dāng)鍋爐給水泵出口流量較長時(shí)間小于鍋爐蒸發(fā)量,會(huì)促進(jìn)鍋爐負(fù)荷增大,主蒸汽壓力升高。
啟動(dòng)分離器左右側(cè)液動(dòng)閥放水沒有起到調(diào)解作用。鍋爐極熱態(tài)啟動(dòng)水質(zhì)已經(jīng)完全合格,為了減少汽水損失,一般情況下分離器左右側(cè)液動(dòng)閥放水不會(huì)打開啟動(dòng)分離器進(jìn)行放水。
在主汽壓很高時(shí)進(jìn)行沖轉(zhuǎn)并網(wǎng),并網(wǎng)初期主汽壓很高的情況下即切除高壓旁路,負(fù)荷運(yùn)行快速上漲,主汽壓很高的情況下投入高加運(yùn)行,也會(huì)造成汽壓汽溫失控,在負(fù)荷不變的情況下投入高加,給水溫度升高,為維持汽壓要產(chǎn)生相同的蒸汽量,吸熱就要減少,那么送入爐內(nèi)的煤量必然要減少,由于煤量的減少,爐膛出口溫度就會(huì)下降,過熱蒸汽溫度必然下降。
2 應(yīng)對方法
根據(jù)鍋爐負(fù)荷調(diào)整給水泵出力,通過啟動(dòng)分離器左右側(cè)液動(dòng)閥放水,犧牲鍋爐經(jīng)濟(jì)性,以補(bǔ)“冷水”放“熱水”的形式,用鍋爐給水泵出口流量略高于鍋爐負(fù)荷的方法,對鍋爐負(fù)荷與煙道內(nèi)對流換熱量不匹配“問題”進(jìn)行“校正”。部分遏制鍋爐蒸發(fā)量,對鍋爐負(fù)荷與煙道內(nèi)對流換熱量不匹配起到調(diào)解作用。避免因啟動(dòng)分離器,壓力達(dá)到一定高數(shù)值時(shí)閉鎖,打開左右側(cè)液動(dòng)調(diào)節(jié)閥,不能起到調(diào)解作用(見圖1)。
鍋爐極熱態(tài)啟動(dòng)低負(fù)荷階段,主燃燒器區(qū)域始終處于富氧燃燒狀態(tài),無法通過配風(fēng)調(diào)整實(shí)現(xiàn)爐膛高度方向上的分級燃燒來改變火焰中心高度,可以通過煤粉噴嘴的擺動(dòng)(范圍±20°)使火焰中心上移,減小分離燃盡風(fēng)(SOFA)層數(shù)和開度,縮小煤粉(或煙氣)在爐內(nèi)停留時(shí)間。
增加總風(fēng)量,使?fàn)t膛中心溫度降低,可降低鍋爐蒸發(fā)量,同時(shí)可使煙氣量增加,帶入對流受熱面的熱量增加,從而有利于提高主再熱蒸汽溫度。
減少輔助風(fēng)風(fēng)量,意味著爐膛風(fēng)箱差壓增大,燃料風(fēng)風(fēng)量增大。燃料風(fēng)速的增加,使得爐內(nèi)實(shí)際切圓減小,煤粉燃燒滯后,火焰行程拉長,對流換熱得到加強(qiáng)。
當(dāng)燃煤中水分灰分較設(shè)計(jì)煤種的含量低得較多,且鍋爐配套等離子的制粉系統(tǒng)故障時(shí),宜選擇啟動(dòng)中上層制粉系統(tǒng)進(jìn)行鍋爐啟動(dòng)點(diǎn)火,降低磨煤機(jī)出口溫度,降低磨煤機(jī)加載油壓增大煤粉細(xì)度,增大一次風(fēng)壓來滯后煤粉著火燃燒,增大單臺磨煤機(jī)出力使火焰中心在一定程度上升高。通過降低供油壓力減小油槍出力加大煤油配比。
按照機(jī)組極熱態(tài)啟動(dòng)曲線選擇沖轉(zhuǎn)參數(shù),選擇鍋爐主蒸汽壓力較低時(shí)投入高加,當(dāng)主汽溫下降時(shí)暫停投入,機(jī)組并網(wǎng)后放緩切除旁路系統(tǒng),都能夠?qū)Υ藧盒赃\(yùn)行工況有一定改善作用。
3 結(jié)語
鍋爐啟動(dòng)時(shí)的故障較多,該文針對一種特殊工況進(jìn)行分析,并結(jié)合實(shí)際處理成功的情況提出參考方法??偨Y(jié)分析有以下建議:一是論證鍋爐助燃,大油槍進(jìn)行技術(shù)改造改小出力,從而加大極熱態(tài)啟動(dòng)階段的煤油配比;二是對燃用煤種缺少與設(shè)計(jì)煤種偏差因素深入分析;三是為能規(guī)范實(shí)施,使解決方法能夠成熟和推廣,需對調(diào)整方法產(chǎn)生的負(fù)面因素進(jìn)行評估。
參考文獻(xiàn)
[1] 范從振.鍋爐原理[M].中國電力出版社,2002.
[2] 楊振,莊恩如,曹子棟.600 MW超臨界直流鍋爐的燃燒調(diào)整試驗(yàn)[J].動(dòng)力工程,2007(4):502-506.
[3] 樊泉桂.超臨界鍋爐的汽溫特性及控制[J].動(dòng)力工程,2007(1):34-37.