万州电厂1050MW机组超高参数调试技术研究

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  摘 要:由于当前火力发电燃煤机组仍旧是发电厂的主要形式,考虑到进一步降低企业的发电成本、面对环境压力进一步减少碳的排放量,选择更高参数的超超临界机组是大势所趋。相较于国外,国内在这方面才刚刚起步,本文研究的对象是万州电厂已投产的1050MW超高参数机组,BMCR工况下过热器出口蒸汽压力由常规的28MPa提升至29.4MPa,再热器出口蒸汽温度由原來的603℃提升至623℃,从对其运用到的设计结构技术、材料技术、特别是调试技术、运行控制技术等方面的归纳总结,为后面该类型机组的进一步推广提供参考,并且为今后进一步提高蒸汽参数打下良好的技术基础。
  关键词:高参数再热蒸汽温度;受热面积;燃烬风;调温挡板;稳定煤种;管壁温度偏差;冷热态一次风调平
  Abstract:Due to the current thermal power is still the main form of coal-fired power plant,to further reduce the cost of power generation enterprises,facing environmental pressure to further reduce carbon emissions,higher parameters of ultra supercritical unit is represent the general trend. Compared with abroad,domestic in this area has just started,the research object of this thesis is Wanzhou power plant production of 1050MW ultra high parameter unit under BMCR condition,the superheater outlet steam pressure by conventional 28MPa to 29.4MPa,the reheater outlet steam temperature from 603 DEG to 623 DEG C,from the design of the structure of technology,applied materials technology,especially the debugging technology,summarizes the operation control technology etc. induction,provide a reference for the further promotion of the following types of units,and to further improve the steam parameters lay a good technical base.
  Key words:The parameters of high temperature of reheat steam;heating surface;Burn out wind;Temperature regulating baffle;Stable coal species;Tube wall temperature deviation; Cold and hot state primary air leveling
  1 设备概述
  本期工程锅炉由东方锅炉股份有限公司制造,为提升参数后的超超临界参数、一次中间再热变压运行直流炉,采用平衡通风、单炉膛、前后墙对冲燃烧方式、固态排渣、露天布置、全钢构架悬吊结构∏型锅炉。锅炉型号:DG3035/29.3-II3 29.40MPa(a)/605℃/623℃,机组锅炉最大连续蒸发量及额定工况下的设计运行参数见下表1:
  2 采用提高蒸汽参数的意义
  万州电厂一期2x1050MW机组采用提高蒸汽参数可以有效提高机组效率,其中再热蒸汽温度每上升10℃,机组煤耗则降低0.91g/kW.h,在降低企业发电成本的同时又能在减排方面产生积极的效果。为今后能逐步推广这项技术积累经验,也为后续通过材料技术的提高,能进一步提高再热蒸汽温度做铺垫。
  3 万州1050MW超高参数机组调试技术研究
  作为国内首台超高参数的机组,其过热汽出口压力的提高增加了一次汽水管道的内应力,而再热器又在不提升管道材质的前提下提升再热蒸汽温度,使管道的许用安全裕度减小,因此如何通过调试初期的基础性工作以及后期的运行方式和燃烧调整尽量缩小各部位管屏的偏差数值,特别是高温再热器管壁温差数值,从而确保机组在接近额定参数情况下安全稳定的运行,是此类超高参数运行机组调试技术的重点和难点所在。
  3.1 采取的措施
  3.1.1 风烟系统挡板及燃烧器静态验收
  (1)对一些比较隐蔽的风门挡板(如贴壁风门、还原风门)附近需开口确认内部实际位置与外部指示及动作方向一致,确保调试调整时能够根据外部指示进行操作调整。
  (2)前后墙对冲锅炉相邻燃烧器采用不同旋转方向,使得炉内燃烧火焰不偏向于一侧,是均衡炉膛出口温度分布设计技术措施,调试阶段,需进入风箱内部,对燃烧器外二次风旋转方向进行确认,确保内部实际旋向与设计一致。
  3.1.2 冷态通风动力场试验
  (1)进行磨煤机出口一次风速调平,主要把握两点:
  ①在进行同层煤粉管风速调平前,需重点对煤粉管内的清洁度检查情况进行跟踪了解,因为煤粉管较长又多而且布置比较紧凑,也没有像风道那样设置检修人孔和宽畅的检查空间,基于此,往往容易疏忽检查,但是煤粉管道也是一根根焊接而成,安装人员也极有可能把杂物留在其中,尤其需重点检查的就是水平段管道,如果内部存有异物,会严重影响到一次风调平的质量,就算调平在合理范围内,也会影响到磨煤机的出力。   ②为了能达到高参数再热蒸汽温度,防止由于受热偏差使得各别管壁温度超温,就要求热态投运后能更好的均衡炉内各层热负荷,控制运行时的管壁温差数值,由此冷态一次风调平就要采取更高的标准,在对万州电厂两台机组冷态一次风调平的结果均使得同层的一次风速与平均值的偏差<3%。冷态通风一次风调平试验结果见下表2:
  (2)分别对燃烧器的内、外二次风挡板、贴壁风进行了挡板特性试验,为热态时通过主燃烧区配风调整使得前期着火稳定,后期混合扰动强烈,火焰不飞边、不刷墙,提供参考[1]。
  (3)对前后墙各两层燃烬风风箱沿炉宽方向进行单侧燃烬风中心风风速测量。了解燃烬风沿炉宽方向的风量分布规律,为热态时通过燃烬风配风调整均衡整个炉内氧量提供参考。
  从表3测得的流速分布可以看出,数据呈现出两头低、中间高的流速分布,为热态通过调整燃烬风调节区域炉膛出口温度提供参考。
  3.1.3 酸洗方面
  (1)原本正式系统省煤器进口放水门设置在给水电动门后,且外径80mm,使得来自省煤器前的冲洗水会进入省煤器中造成二次污染,在酸洗临时管道设计布置中,在给水电动门前增加了一路管径159mm省煤器入口排放管。另外,在水冷壁下两侧下水分配头底部分别增设两路外径159mm临时排放管,防止省煤器来的冲洗水杂质不带入螺旋水冷壁中。
  (2)凝结水和给水系统、高、低加汽侧及疏水回收系统不仅进行了双氧水碱洗还同炉本体系统一起进行EDTA化学酸洗工艺,为整套启动阶段尽早达到良好的汽水品质打下了坚实的基础,降低了提高主蒸汽压力和再热汽温度后在高温高压作用下蒸汽对管道的腐蚀作用。
  (3)减温水管道调门前参与整个化学清洗,减温水管道调门后在试吹管阶段用蒸汽进行反冲洗,确保减温水在投运过程中调节特性良好,杂质不堵塞调节阀笼罩不进入过热器和再热器中。
  (4)化学清洗后进行水冷壁下集箱和中间集箱割管检查,确保没有大的异物在集箱内沉积,避免使得机组整组运行后,给水冷壁安全运行带来影响,机组无法带高负荷提升主蒸汽压力和再热器温度。
  3.1.4 吹管方面
  (1)汽机主汽门安装假阀芯的形式,使得整个再热器前的管道都能参与吹管。高压旁路采用高旁阀阀芯不装,加装保护套管,用导管引出后加装临时吹扫电动门再与高旁阀后管道短接的形式,确保高旁整个管路能参与吹扫且能防止在吹扫过程中损坏高旁密封面造成高参数压力下关闭不严泄漏的情况发生。设计集粒器安装位置在靠近再热器进口联箱的两侧,每侧都安装一个,尽可能的使吹管时,再热器前的管道中的大的焊渣铁锈泥沙等杂物不带入再热器中。第一阶段吹管完成后,对集粒器进行一次清理,确保后续吹管过程中,再热器的吹管系数不受影响。
  (2)严格控制稳压吹管时吹管系数≥1:随着机组的设计额定工况蒸汽参数提高,达到吹管系数的吹管工况相应参数也需适当提高,另外计算流量时需注意由于东锅锅炉过热器一、二级减温水取自省煤器出口,计算启动分离器出口至一级减温前部分吹管系数时需扣除减温水量。1050MW超高参数机组稳压吹管达到吹管系数时分离器出口压力在6.5~7MPa,蒸汽流量在1320~1350T/H,主蒸汽温度450~460℃,再热蒸汽出口温度490~500℃左右
  (3)吹管负荷在BMCR负荷50%左右,在每一阶段吹管过程中采用三套不同磨煤机组合方式,通过观察各部位受热面管壁温度分布,了解在受热面基本干净情况下,投运不同磨煤机给炉膛热负荷分布带来的影响。为整套启动各负荷段均衡炉内热负荷提供参考。
  (4)吹管后进行过热器和再热器进出口联箱割管检查,确保没有大的异物在联箱内沉积,影响机组整组运行后,各受热面管道运行安全。
  3.1.5 整套运行调整方面
  (1)制粉系统热态调整:在进行炉内整体燃烧调整前先进行制粉系统热态调整试验,使得磨煤机风煤比、磨煤机出口温度、煤粉细度符合设计运行要求,着火点和燃烧沿程合适,避免由于煤粉过粗,风煤比过大,磨煤机出口温度过低导致的着火延后,提高了后部高温再热器的受热面管壁温度。
  (2)一次风量热态调平:热态时,均衡各层燃烧器八角热负荷,进行6台磨煤机的热态调平,使得同層八角的出口风量偏差在5%范围内。
  (3)进行省煤器出口过量空气系数调整:使得机组在较合适的风量曲线下运行。风量过大,烟气量增加,对控制以对流换热为主的再热器管壁温度不利,风量过小,炉内不能很好的组织燃烧,使得燃烧沿程延长,也会进一步提升再热器管壁温度[2]。
  (4)燃烧器内、外二次风及侧贴壁风调整:内外二次风分别影响了高温回流区起始点和面积,影响着煤粉着火点位置和火焰形状。对于东锅燃烧器这种风箱结构,存在两头风量小,中间风量大的情况,如不加以调整宜造成各区域由于供风量差异导致的火焰中心高度不一致,导致炉膛出口温度不均匀,反应在各受热面管壁温度分布上易造成偏差的形成,因此可以适当开大两侧燃烧器外二次风,关小中间燃烧器外二次风,通过调整外二次风门开度可以有效减少氧量偏差。但不管怎样调整外二次风门开度不宜小于40%,否则易造成火焰飞边的情况发生。而内二次风在燃烧挥发份高(挥发份)25%)的煤质时应开大,适当延长着火点,防止燃烧器区域结焦[3]。另外两侧燃烧器少风也容易在侧墙形成还原性的氛围,引起侧墙结焦,在每一层燃烧器两侧都设置有贴壁风,运行时,贴壁风应保持一定开度(推荐50%),在定期水冷壁吹灰过程当中,如果参数变化大且发现捞渣机内掉焦严重,可以开大贴壁风进一步改善侧墙的结焦情况。
  (5)燃烬风的调整:燃烬风调整的关键是整体上形成合适的燃烬风与主燃烧区风量配比,合适的分级送风控制NOX排放量基础上,通过设置同层燃烬风不同外部旋流二次风开度,与燃烧器区域上来的未燃烬煤粉颗粒完全燃烧,中心直流风与中部未燃烬煤粉的颗粒完全燃烧。进一步平衡炉膛出口氧量,有助于均衡炉膛出口温度,减少再热器受热面各管壁温差。   (6)合理分配各燃烧器负荷:相同负荷下,采用不同磨组合方式下,整个锅炉受热面管壁温度分布不同,尤其是在提高再热汽温度后,高温再热器管道许用管壁温度安全裕度减小的情况下,这种改变后可能会导致个别高温再热器管壁超过报警值的情况发生,因此在机组整套阶段80%~90%MBCR负荷段进行更换磨组试验后,以掌握不同磨运行下对受热面管壁温重新分配规律,为今后选择重新分配燃烧器热负荷后,机组仍能安全经济运行提供参考依据。
  (7)锅炉尾部烟道调温挡板控制:在低负荷阶段,由于东锅对冲锅炉,火焰中心在下面,为了提高冲转前再热汽温尤其是热态情况下,需开大再热器侧调温挡板,在切缸后高旁全收的点上,也需开大再热器侧调温挡板,弥补由于切缸后高压缸排汽温度下降导致再热器出口汽温下降。而在高负荷阶段,随着火焰中心上移,炉膛出口温度提升,再热器的吸热比例再增加,此时需关小再热器侧的调温挡板,控制高再入口蒸汽温度在合适范围内,减少再热器事故喷水量。
  (8)吹灰控制调试技术:①由于炉本体吹灰的汽源取自低温再热蒸汽出口,当吹灰时,这部分蒸汽未进入高温再热器中冷却高再受热面,也未参与到汽机中、低压缸做功,因此为了维持原来负荷必须增加燃料量,这就使得维持原来的再热蒸汽温度下,高再管壁温度更高,因此吹灰时需注意留有安全裕度。②根据各受热面的壁温情况及蒸汽温度水平、减温水用量来进行选择性吹灰,比如当高温再热蒸汽管壁温度接近报警值,可以对其之前的高温过热器及屏式过热器进行吹灰,当炉膛短吹后,过热汽温合适,一、二级减温水总量达到100T/H左右,再热蒸汽温度下降较多,可以安排对再热蒸汽各受热面进行吹灰。
  3.2 取得的结果
  经过以上从调试阶段进行的冷态通风动力场试验到后期燃烧初调整等所采用的超高参数机组调试技术,使得在70%~100%BMCR负荷下,主、再热蒸汽温度能达到额定温度,并且各受热面管壁温度不超温,高温再热器最高管壁温度离报警值仍有10℃安全裕度。
  4 结论
  (1)在再热蒸汽管道材质不变情况下,需进一步提高再热蒸汽温度,其安全裕度将不可避免的减少,为确保机组能安全稳定运行,关键点就是在设计、安装、调试、运行过程中能够最大限度控制高温再热器各管间的偏差,从而有效控制高温再热器最高点温度。
  (2)为了最大限度的控制各受热面管间的偏差,在进行煤粉管道出口一次风速调平试验时,需要按照更高标准来进行,由原来标准允许的同层的一次风速与平均值偏差<5%提高至<3%。在热态时,再进行热态一次风量的调平,有利于同层各角热负荷均匀[4]。
  (3)燃烬风风门不能开的过大,这样容易在底部高热负荷燃烧区形成弱还原性氛围,增加螺旋水冷壁区域结焦的风险,当再热蒸汽温度变化不大的前提下,过大的燃烬风量反而不利于高温再热器最高管壁温度的控制,从而对提升再热蒸汽温度产生了限制。
  (4)当变换磨煤机的运行方式后,需及时进行调整,使得各受热面管壁不超温。
  (5)用尾部烟道挡板进行再热蒸汽温度的调节由于对高温再热蒸汽管壁温度影响较小,因此优先使用。但需注意其对过再热汽温度有较大的惯性和迟延。烟气挡板调节动作后,过热、再热汽温变化大约要延时7~10min。因此,在调整后,需观察一段时间,不要因为初期调整未达到预期,而再次调整,导致过调。
  (6)虽然经过了调试初期一系列减少偏差的措施,在稳定的工况下,能够在再热蒸汽温度接近额定值的情况下,高温再热器各管壁不超温。但仍有个别管道管壁温度偏高,离报警值仅有5℃,那么小的安全裕度使得当机组变负荷时,或者煤质的波动都极易使得这些管道超温,影响到机组安全稳定运行。要想确保机组能够在变负荷情况及一定扰动下仍能有安全裕度安全稳定运行,还要经过后期大量的調整工作,并且综合其他燃烧需考虑的因素如NOX排放量,飞灰含碳量、炉内结焦特性等进行。
  (7)从燃料角度出发,对采用高参数再热蒸汽温度的机组,煤质的稳定至关重要(燃料在设计热值的±0.05之内),因为机组BTU修正自动状态下调节较慢,如果运行情况下,燃料的热值经常有大幅度变动,在裕度很小的情况下,极易引起局部末级再热器管道超温。另外,燃料需具备不易结焦性,防止由于水冷壁结焦后造成炉膛出口温度升高从而进一步提高高温再热蒸汽管壁温度。
  (8)在材质不变的情况下,采用提高再热蒸汽温度的方法提高经济性,不可避免会带来一些问题需要研究。电厂的煤源是否可靠、是否能提供稳定的煤质,温度提高更易生成的氧化皮如何有效减少或者清除,以及出于工艺要求而不得不选择的材料造成的受热面安全裕度降低,这些都是需要重点考虑的问题。
  参考文献
  [1]马新立.1000MW超超临界塔式锅炉特点及调试技术[J].能源研究与利用,2009,(1):35-38.
  [2]朱宝田,赵毅.我国超超临界燃煤发电技术的发展[J].华电技术,2008,(2):1-5.
  [3]王卫强.600MW超临界火电机组关键技术研究[J].现代制造,2013,(18):105-106.
  [4]王卫强.600MW超临界火电机组关键技术研究[J].现代制造,2013(18):105-106.
  (作者单位:神华国能甘肃酒钢发电有限公司)
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