王林，賀繼旺，楊博，高景輝，趙志丹，王紅雨，孟穎琪

(西安熱工研究院有限公司，西安 710054)

660 MW二次再熱П型鍋爐啟動(dòng)調(diào)試技術(shù)研究

王林，賀繼旺，楊博，高景輝，趙志丹，王紅雨，孟穎琪

(西安熱工研究院有限公司，西安 710054)

二次再熱技術(shù)以其較高的經(jīng)濟(jì)性正得到越來越廣泛的應(yīng)用，我國目前尚無二次再熱機(jī)組工程投產(chǎn)的實(shí)例，相關(guān)啟動(dòng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)較為缺乏。以國內(nèi)第1臺(tái)660 MW等級(jí)超超臨界二次再熱鍋爐為研究對(duì)象，介紹了機(jī)組鍋爐的主要特點(diǎn)，并從冷態(tài)通風(fēng)試驗(yàn)、新型吹管工藝、低負(fù)荷穩(wěn)燃、燃燒初調(diào)整等方面闡述了二次再熱鍋爐關(guān)鍵調(diào)試技術(shù)。針對(duì)機(jī)組試運(yùn)行期間出現(xiàn)的燃燒器、風(fēng)機(jī)、控制邏輯等問題給出了解決辦法。經(jīng)過調(diào)整優(yōu)化，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定、性能可靠，各項(xiàng)參數(shù)均達(dá)到了投產(chǎn)要求。

二次再熱；超超臨界；660 WM機(jī)組；П型鍋爐；啟動(dòng)調(diào)試

0 引言

《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》出臺(tái)后，對(duì)火電機(jī)組的綜合效能提出了更高的要求[1]，推廣應(yīng)用清潔高效的燃煤發(fā)電技術(shù)是火電產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的主要方向[2]。研究表明，增加再熱次數(shù)、提高蒸汽參數(shù)，能夠有效提高機(jī)組效率[3]，減少氮氧化物等燃燒污染物的排放[4]，故大容量高參數(shù)的二次再熱機(jī)組將是我國未來8～10年火電技術(shù)發(fā)展的主導(dǎo)方向[5]。華能安源發(fā)電有限責(zé)任公司“上大壓小”新建工程是江西省和華能集團(tuán)“十二五”規(guī)劃建設(shè)的重點(diǎn)項(xiàng)目，是我國首次設(shè)計(jì)、首次制造、首次施工、首次運(yùn)行的660 MW等級(jí)二次再熱機(jī)組，采用了當(dāng)前火電機(jī)組最高的汽溫汽壓參數(shù)，也代表了我國目前同類型機(jī)組最好的發(fā)電技術(shù)水平。該工程#1機(jī)組已于2015年6月27日順利完成168 h滿負(fù)荷試運(yùn)行，成為中國首臺(tái)成功投產(chǎn)的超超臨界二次再熱機(jī)組。相比常規(guī)的一次再熱機(jī)組，二次再熱機(jī)組在鍋爐側(cè)增加了一套二次再熱器，在相同蒸汽壓力和溫度條件下，二次再熱機(jī)組的熱效率比一次再熱機(jī)組提高約2%，對(duì)應(yīng)二氧化碳減排約3.6%，節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢(shì)明顯。由于增加了二級(jí)再熱器，機(jī)組熱力系統(tǒng)布置的復(fù)雜程度增加[6]，再熱汽溫的調(diào)控也變得更加困難[7]，新技術(shù)的應(yīng)用給機(jī)組調(diào)試工作帶來了新情況和新問題。目前，行業(yè)內(nèi)有關(guān)大容量高參數(shù)超超臨界鍋爐的啟動(dòng)經(jīng)驗(yàn)較為缺乏[8]，而對(duì)應(yīng)用了二次再熱技術(shù)的超超臨界鍋爐，國內(nèi)尚無工程投產(chǎn)的實(shí)例，關(guān)鍵啟動(dòng)調(diào)試技術(shù)缺少文獻(xiàn)探討。本文依托華能安源發(fā)電有限責(zé)任公司“上大壓小”新建工程，提出了一整套適用于超超臨界二次再熱П型鍋爐的啟動(dòng)調(diào)試措施，并針對(duì)機(jī)組試運(yùn)行期間出現(xiàn)的問題給出了解決辦法，實(shí)際應(yīng)用效果良好，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可為后續(xù)二次再熱機(jī)組的啟動(dòng)運(yùn)行提供參考。

1 鍋爐概況

1.1主要設(shè)計(jì)參數(shù)

該機(jī)組鍋爐采用了哈爾濱鍋爐廠制造的HG-1938/32.45/605/623/623-YM1型660 MW等級(jí)二次再熱、超超臨界、變壓運(yùn)行直流鍋爐，為單爐膛、切圓燃燒、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。采用帶啟動(dòng)循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動(dòng)分離系統(tǒng)，過熱蒸汽調(diào)溫方式以控制煤水比為主，同時(shí)設(shè)置二級(jí)四點(diǎn)噴水減溫器；再熱蒸汽調(diào)溫方式主要采用尾部豎井分隔煙道調(diào)溫?fù)醢搴蜔煔庠傺h(huán)，燃燒器的擺動(dòng)也對(duì)再熱蒸汽溫度有一定的調(diào)節(jié)作用，在高、低壓再熱器連接管道上還設(shè)置有事故噴水減溫器。煙氣再循環(huán)抽煙口選取在空氣預(yù)熱器前。鍋爐整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)工況下，鍋爐設(shè)計(jì)燃料消耗量為298.10 t/h，總風(fēng)量為3 151.1 t/h，主要技術(shù)參數(shù)見表1(表中：TRL為額定工況)。

1.2技術(shù)特點(diǎn)

(1)啟動(dòng)系統(tǒng)。鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)為帶再循環(huán)泵的系統(tǒng)(如圖2所示)，2只立式內(nèi)置式汽水分離器布置于鍋爐的后部上方，由后豎井后包墻管上集箱引出的鍋爐頂棚包墻系統(tǒng)的全部工質(zhì)，均通過4根連接管送入2個(gè)汽水分離器。在啟動(dòng)階段，分離出的水通過水連通管與一只立式分離器貯水箱相連，而分離出來的蒸汽則送往水平低溫過熱器的下集箱。分離器貯水箱中的水經(jīng)疏水管排入再循環(huán)泵的入口管道，作為再循環(huán)工質(zhì)與給水混合后流經(jīng)省煤器-水冷壁系統(tǒng)，進(jìn)行工質(zhì)回收。啟動(dòng)前的水沖洗階段水質(zhì)不合格時(shí)，污水外排，在鍋爐啟動(dòng)期間的汽水膨脹階段、度過汽水膨脹階段的最低壓力運(yùn)行時(shí)期以及鍋爐最低直流負(fù)荷運(yùn)行前，由貯水箱底部引出的疏水均通過貯水箱水位調(diào)節(jié)閥送入冷凝器回收，或通過爐水循環(huán)泵送入給水管道進(jìn)入水冷壁進(jìn)行再循環(huán)。

圖1 鍋爐整體布置

項(xiàng)目BMCR工況TRL工況主蒸汽流量/(t·h-1)1938．001881．52主蒸汽出口壓力/MPa32．4532．36主蒸汽出口溫度/℃605605高壓再熱蒸汽流量/(t·h-1)1695．071642．42高壓再熱蒸汽進(jìn)口壓力/MPa11．7111．33高壓再熱蒸汽出口壓力/MPa11．3410．97高壓再熱蒸汽進(jìn)口溫度/℃432．8430．3高壓再熱蒸汽出口溫度/℃623623低壓再熱蒸汽流量/(t·h-1)1443．491392．25低壓再熱蒸汽進(jìn)口壓力/MPa3．7433．597低壓再熱蒸汽出口壓力/MPa3．5533．413低壓再熱蒸汽進(jìn)口溫度/℃444．1443．4低壓再熱蒸汽出口溫度/℃623623給水壓力/MPa35．9535．68給水溫度/℃331．4329．0分離器壓力/MPa33．9533．78

圖2 啟動(dòng)系統(tǒng)

采用成熟的帶再循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)，啟動(dòng)分離器系統(tǒng)為內(nèi)置式。鍋爐負(fù)荷小于30%BMCR時(shí)，分離器起汽水分離作用，分離出的蒸汽進(jìn)入過熱器，水則通過連接管進(jìn)入貯水箱，貯水箱中的水由水位控制閥控制，排入擴(kuò)容器或與給水混合后進(jìn)行再循環(huán)，以保證水冷壁的最小流量為30%BMCR流量。鍋爐在30%BMCR負(fù)荷以上運(yùn)行時(shí)，分離器呈干態(tài)運(yùn)行。啟動(dòng)分離器為立式筒體，共2個(gè)，布置在鍋爐前部的上方。貯水箱共1個(gè)，也為立式筒體。通過水位控制閥的控制，貯水箱內(nèi)保持一定的水位，為分離器提供穩(wěn)定的工作條件。

(2)過熱器系統(tǒng)。過熱器采用三級(jí)布置，即分隔屏過熱器(一級(jí))→屏式過熱器(二級(jí))→末級(jí)過熱器(三級(jí))。再熱器系統(tǒng)分為高壓再熱器系統(tǒng)和低壓再熱器系統(tǒng)，高、低壓再熱器均為二級(jí)，即低溫再熱器(一級(jí))→高溫再熱器(二級(jí))。再熱器為純對(duì)流受熱面，高壓高溫再熱器和低壓高溫再熱器布置在中煙溫區(qū)的水平煙道，高壓低溫再熱器和低壓低溫再熱器分別布置于尾部豎井的前后煙道，利用尾部調(diào)節(jié)擋板和煙氣再循環(huán)對(duì)二次再熱汽溫進(jìn)行組合調(diào)節(jié)[9]。

過熱器采用煤水比作為汽溫主要調(diào)節(jié)手段，兩級(jí)噴水減溫作為細(xì)調(diào)節(jié)手段，噴水減溫每級(jí)左、右2點(diǎn)布置，以消除各級(jí)過熱器的左右吸熱和汽溫偏差。高、低壓再熱器調(diào)溫以煙氣擋板和煙氣再循環(huán)調(diào)溫為主，燃燒器擺動(dòng)調(diào)溫為輔，同時(shí)在高、低壓再熱器入口管道上布置有事故噴水裝置。

(3)燃燒系統(tǒng)。燃燒器采用全擺動(dòng)墻式切圓燃燒大風(fēng)箱結(jié)構(gòu)。共設(shè)6層濃淡一次風(fēng)口、3層油風(fēng)室、10層輔助風(fēng)室和1層燃盡風(fēng)室。整個(gè)燃燒器與水冷壁采取固定連接方式，并隨水冷壁一起向下膨脹。燃燒器共24組，布置于四面墻上，形成一個(gè)大切圓。燃燒器共6層煤粉噴口，每層與1臺(tái)磨煤機(jī)相配，主燃燒器采用低NOx的煤粉燃燒器，每只煤粉噴嘴中間設(shè)有隔板，以增強(qiáng)煤粉的射流剛性。主燃燒器的上方為燃盡風(fēng)(OFA)噴嘴，在距上層煤粉噴嘴上方有4只附加OFA噴嘴，角式布置，作用是補(bǔ)充燃料后期燃燒所需要的空氣，既有垂直分級(jí)燃燒又有水平分級(jí)燃燒，可降低爐內(nèi)溫度水平，抑制NOx的生成。燃盡風(fēng)與低氮燃燒器一起構(gòu)成低NOx燃燒系統(tǒng)。

圖3 吹管臨時(shí)系統(tǒng)

鍋爐采用一套等離子點(diǎn)火裝置，在最下層燃燒器裝設(shè)有等離子點(diǎn)火系統(tǒng)。鍋爐同時(shí)設(shè)置燃油點(diǎn)火系統(tǒng)，燃燒器裝有12個(gè)空氣霧化式油槍，用于鍋爐點(diǎn)火穩(wěn)燃和低負(fù)荷穩(wěn)燃，每只油槍均配有高能點(diǎn)火裝置。

2 關(guān)鍵啟動(dòng)調(diào)試技術(shù)

2.1冷態(tài)通風(fēng)試驗(yàn)

該機(jī)組鍋爐配有6臺(tái)MPS中速磨煤機(jī)(5運(yùn)1備)，每臺(tái)磨煤機(jī)出口引出4根煤粉管道，在靠近鍋爐本體的區(qū)域，單根煤粉管道利用“Y”型接頭一分為二，最終1臺(tái)磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)2層8臺(tái)直流煤粉燃燒器。試驗(yàn)中對(duì)二次風(fēng)量、磨煤機(jī)出口一次風(fēng)量進(jìn)行了冷態(tài)標(biāo)定，獲得了相應(yīng)的風(fēng)量修正系數(shù)。由于該機(jī)組設(shè)計(jì)過于緊湊，部分管路的直管段長(zhǎng)度達(dá)不到風(fēng)量標(biāo)定規(guī)范的要求，因此采用了“出口標(biāo)定入口”等做法。一次風(fēng)量的調(diào)平采用等截面圓環(huán)法，利用一次風(fēng)管上的節(jié)流縮孔調(diào)整各管風(fēng)量均衡。調(diào)整后，A～F磨煤機(jī)出口4支風(fēng)管風(fēng)量最大偏差分別為-1.36%，1.39%，0.86%，-2.84%，2.36%，-1.66%，均在±5.00%的范圍內(nèi)，各磨煤機(jī)出口風(fēng)量基本配平。

冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)中對(duì)一次風(fēng)、二次風(fēng)噴口風(fēng)速以及貼壁風(fēng)速進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)量結(jié)果見表2[10]。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，4組燃燒器一、二次風(fēng)噴口風(fēng)速和各面水冷壁處貼壁風(fēng)速分布均勻，表明#6鍋爐一次風(fēng)、二次風(fēng)射流組織合理，無偏斜和刷墻現(xiàn)象。

表2 風(fēng)速測(cè)量結(jié)果 m/s

2.2三段蒸汽吹管

因該機(jī)組鍋爐增加了一級(jí)再熱器，使得系統(tǒng)復(fù)雜程度增加，管道阻力和汽溫汽壓調(diào)節(jié)難度增大，蒸汽吹管條件與常規(guī)一次再熱機(jī)組有顯著差異。結(jié)合二次再熱鍋爐的技術(shù)特點(diǎn)，經(jīng)過研究討論，該機(jī)組鍋爐在“一段吹管、兩段吹管”的基礎(chǔ)上，運(yùn)用了“三段式降壓法”蒸汽吹管工藝。

第1階段對(duì)過熱器系統(tǒng)、主蒸汽管道進(jìn)行吹洗；第2階段依次對(duì)過熱器系統(tǒng)、主蒸汽管道、一次再熱冷段管道、一次再熱蒸汽系統(tǒng)、一次再熱熱段蒸汽管道進(jìn)行吹洗；第3階段依次對(duì)熱器系統(tǒng)、主蒸汽管道、一次再熱冷段蒸汽管道、一次再熱蒸汽系統(tǒng)、一次再熱熱段蒸汽管道、二次再熱冷段蒸汽管道、二次再熱蒸汽系統(tǒng)、二次再熱熱段蒸汽管道進(jìn)行吹洗。吹管的臨時(shí)系統(tǒng)布置如圖3所示。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定：過熱器系統(tǒng)及其管路吹洗過程中，啟動(dòng)分離器壓力為7.0～7.5 MPa時(shí)開臨時(shí)吹管門(以下簡(jiǎn)稱臨吹門)1，2，啟動(dòng)分離器壓力為

5.0～5.5 MPa時(shí)關(guān)臨吹門1，2；過熱器、一次再熱器系統(tǒng)及其管道吹洗過程中，啟動(dòng)分離器壓力為7.5～8.0 MPa時(shí)開臨吹門1，2，啟動(dòng)分離器壓力為5.5～6.0 MPa時(shí)關(guān)臨吹門1，2；過熱器、一次再熱器、二次再熱器系統(tǒng)及其管路吹洗過程中，啟動(dòng)分離器壓力為8.0～8.5 MPa時(shí)開臨吹門1，2，啟動(dòng)分離器壓力為6.1～6.5 MPa時(shí)關(guān)臨吹門1，2。蒸汽吹洗過程中應(yīng)控制過熱器、再熱器、水冷壁不超溫。3個(gè)吹管階段的壓降取值見表3。

表3 不同吹管階段壓降取值

實(shí)際吹管打靶結(jié)果表明：靶板上斑痕數(shù)分別為5點(diǎn)、3點(diǎn)，斑痕粒徑均小于0.8 mm，吹洗質(zhì)量?jī)?yōu)良，完全達(dá)到了國家相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求。

2.3低負(fù)荷穩(wěn)燃

采用協(xié)調(diào)方式，將#1機(jī)組負(fù)荷由660 MW逐步降至330 MW，在此基礎(chǔ)上開展了低負(fù)荷穩(wěn)燃試驗(yàn)，持續(xù)時(shí)間為4 h，隨后負(fù)荷逐步升至660 MW。試驗(yàn)過程中升降負(fù)荷速率為8～15 MW/min，主蒸汽、再熱蒸汽溫度及其減溫水流量正常，各段受熱面進(jìn)、出口煙溫偏差均較小，鍋爐各參數(shù)達(dá)到或接近設(shè)計(jì)值，爐內(nèi)燃燒正常、穩(wěn)定。但在低負(fù)荷穩(wěn)燃試驗(yàn)的負(fù)荷升降過程中，一級(jí)過熱器和三級(jí)過熱器出現(xiàn)了明顯的壁溫超溫現(xiàn)象。負(fù)荷穩(wěn)定時(shí)，三級(jí)過熱器部分管屏也易出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。

2.4燃燒初調(diào)整

(1)過量空氣系數(shù)(氧量)的調(diào)整。由于燃煤揮發(fā)分較高，在高負(fù)荷階段將氧量維持在3.0%～3.5%的設(shè)計(jì)值時(shí)，就地觀察爐膛火焰呈金黃色，說明燃燒情況較好；爐底無大渣，尾部煙道也未出現(xiàn)二次燃燒。但由于過熱器、再熱器溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)值，故采取了提高過量空氣系數(shù)的措施，將氧量提高到3.7%左右，過熱器、再熱器溫度有所提高，管壁無超溫，各運(yùn)行參數(shù)達(dá)到或接近設(shè)計(jì)值。

(2)燃燒器風(fēng)速風(fēng)率的調(diào)整。低負(fù)荷時(shí)，由于B制粉系統(tǒng)采用了等離子點(diǎn)火裝置，故對(duì)一次風(fēng)速有一定要求：風(fēng)速過高，燃燒不穩(wěn)定，磨煤機(jī)易振動(dòng)；風(fēng)速太低，則會(huì)導(dǎo)致等離子裝置超溫并結(jié)焦。經(jīng)綜合考慮，采取了適當(dāng)提高B磨煤機(jī)風(fēng)量、提高周界風(fēng)比例、提高分離器轉(zhuǎn)速并適當(dāng)降低B磨煤機(jī)加載力的措施。調(diào)整后B磨煤機(jī)運(yùn)行正常，等離子點(diǎn)火裝置前后壁溫在合理范圍內(nèi)。

(3)煤粉細(xì)度的調(diào)整。在整套啟動(dòng)初期，根據(jù)廠家經(jīng)驗(yàn)值，將分離器轉(zhuǎn)速控制在90 r/min左右，觀察爐內(nèi)火焰呈金黃色，說明燃燒狀況良好。在整套試運(yùn)行期間，發(fā)現(xiàn)過熱器、再熱器汽溫偏低，煤粉取樣分析結(jié)果顯示煤粉細(xì)度R90為12%。將分離器轉(zhuǎn)速降至70 r/min，R90維持在15%～20%，將過熱器、再熱器汽溫進(jìn)行了小幅提升。

3 試運(yùn)行期間遇到的問題及處理方案

在整套試運(yùn)行過程中曾出現(xiàn)燃燒器擺角銷子斷裂造成燃燒器下擺的現(xiàn)象，雖然調(diào)成水平后不再操作，后續(xù)也未曾斷裂，但對(duì)于鍋爐來說，缺少了一種調(diào)節(jié)汽溫的手段。建議廠家對(duì)銷子直徑進(jìn)行檢查，確認(rèn)是否滿足要求。整套試運(yùn)行期間還發(fā)生過爐煙再循環(huán)風(fēng)機(jī)過流現(xiàn)象，雖然當(dāng)時(shí)手動(dòng)處理后電流穩(wěn)定在額定電流以下，但根本問題沒有解決，爐煙風(fēng)機(jī)入口煙溫對(duì)風(fēng)機(jī)出力的影響太大，所以靠自動(dòng)限制變頻器指令上限解決不了問題，限制太高，還是會(huì)發(fā)生過流現(xiàn)象，限制太低，高負(fù)荷下爐煙風(fēng)機(jī)的作用不明顯。建議根據(jù)入口溫度設(shè)定一個(gè)動(dòng)態(tài)的指令上限，或在入口溫度低于一定值后切除自動(dòng)。這一切都需要在后續(xù)的運(yùn)行中摸索溫度與出力的關(guān)系曲線，給熱工人員提供一個(gè)依據(jù)。另外，在運(yùn)行中一定要注意造成爐煙風(fēng)機(jī)入口溫度降低的情況，如高壓加熱器切除、機(jī)組快速減負(fù)荷(RB)保護(hù)動(dòng)作等。

4 結(jié)論

二次再熱技術(shù)以其較高的經(jīng)濟(jì)性正受到越來越多的關(guān)注。目前我國投產(chǎn)的二次再熱機(jī)組數(shù)量較少，在設(shè)備設(shè)計(jì)與運(yùn)行操作方面都缺乏經(jīng)驗(yàn)，新機(jī)組啟動(dòng)調(diào)試難免存在新情況、新問題。本文以國內(nèi)首臺(tái)二次再熱鍋爐為研究對(duì)象，運(yùn)用了一系列適用于二次再熱鍋爐的調(diào)試措施，并對(duì)試運(yùn)行過程中的各項(xiàng)問題給出了可行的解決辦法。調(diào)整后該鍋爐主要技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到或接近設(shè)計(jì)值，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，順利通過168 h滿負(fù)荷試運(yùn)行。相關(guān)啟動(dòng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可為后續(xù)二次再熱機(jī)組的運(yùn)行提供參考。

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TM 621.27

A

1674-1951(2017)10-0001-05

2017-06-12；

2017-10-10

(本文責(zé)編：劉芳)

王林(1989—)，男，山東青島人，工程師，工學(xué)碩士，從事大型火電機(jī)組的啟動(dòng)調(diào)試工作(E-mail:335390839@qq.com)。