韓榮利，馮仁海，韓光昊

（華電國(guó)際十里泉電廠，山東 棗莊 277103）

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)已有多臺(tái)600～1 000 MW、設(shè)計(jì)再熱汽溫620℃的超超臨界機(jī)組投入運(yùn)行，從機(jī)組運(yùn)行情況來(lái)看，卻很少有機(jī)組能夠長(zhǎng)期保持再熱汽溫620℃穩(wěn)定運(yùn)行，其主要原因是當(dāng)再熱汽溫達(dá)到620℃時(shí)大多數(shù)機(jī)組高溫再熱器管壁溫度已超過(guò)報(bào)警值，甚至已接近材料的使用極限溫度，多數(shù)620℃機(jī)組的再熱汽溫只能維持在610～615℃。因此，需要進(jìn)一步從機(jī)組設(shè)計(jì)、設(shè)備調(diào)試和運(yùn)行調(diào)整全過(guò)程探索和完善再熱汽溫620℃技術(shù)。

1 機(jī)組概況

華電國(guó)際十里泉發(fā)電廠的8號(hào)鍋爐為國(guó)內(nèi)鍋爐廠生產(chǎn)的高效超超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐，型號(hào)為DG2002／29.3-Ⅱ13型，一次再熱、單爐膛、前后墻對(duì)沖燃燒方式，尾部雙煙道結(jié)構(gòu)，平衡通風(fēng)、半露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。采用內(nèi)置式啟動(dòng)分離系統(tǒng)。設(shè)計(jì)煤種為煙煤，磨煤機(jī)采用ZGM95G-Ⅱ型中速輥式磨煤機(jī)，燃燒器為外濃內(nèi)淡型低NOx旋流煤粉燃燒器，共36只分3層前、后墻對(duì)沖布置，每層6只，后墻最下層燃燒器為純氧助燃微油點(diǎn)火油槍?zhuān)溆鄬尤紵骶溆?個(gè)點(diǎn)火油槍及高能點(diǎn)火器。

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)規(guī)范數(shù)據(jù)

汽輪機(jī)型號(hào)為：C660／612-28／0.5／600／620，為某汽輪機(jī)廠引進(jìn)日本日立公司技術(shù)設(shè)計(jì)制造的高效超超臨界汽輪機(jī)，該汽輪機(jī)為高效超超臨界、一次中間再熱、沖動(dòng)式、單軸、四缸四排汽、九級(jí)回?zé)帷纬槟?。鍋爐主要設(shè)計(jì)規(guī)范數(shù)據(jù)如表1所示。

2 保證再熱汽溫620℃技術(shù)措施

2.1 設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化完善

合理布置高低溫再熱器各級(jí)受熱面，科學(xué)分配其吸熱比率[1]。該鍋爐再熱器系統(tǒng)分為兩級(jí)布置，低溫再熱器布置后豎井煙道前煙道內(nèi)，高溫再熱器布置在水平煙道末級(jí)過(guò)熱器的后面，通過(guò)調(diào)整各級(jí)再熱器的吸熱比例，減少高溫再熱器熱偏差。與常規(guī)參數(shù)相比，該機(jī)組的低溫再熱器受熱面積增加了10.06%，高溫再熱器減少了7.67%，總受熱面積增加了 7.41%，見(jiàn)表2。

表2 常規(guī)機(jī)組與高效機(jī)組再熱器受熱面布置方案比較m2

合理優(yōu)化再熱器受熱面選材及處理，確保各受熱面在不同負(fù)荷工況下運(yùn)行時(shí)的安全可靠。根據(jù)不同管屏區(qū)域的管圈科學(xué)選取不同材質(zhì)，再熱器的選材分界如圖1所示。對(duì)于管線長(zhǎng)、阻力大、受熱強(qiáng)的外側(cè)管圈采取增大管徑的方法，以便減少管壁偏差溫差。同時(shí)，對(duì)高溫再熱器受熱面管材SUPER304進(jìn)行噴丸處理，提高其運(yùn)行的安全可靠性。

圖1 再熱器材料分界

控制低應(yīng)力材料的使用。高溫再熱器出口爐外管段與集箱連接的管接頭是整個(gè)系統(tǒng)中最為薄弱的環(huán)節(jié)，如果按常規(guī)600 MW超超臨界鍋爐方案不做調(diào)整，其設(shè)計(jì)壁溫在650℃左右，已經(jīng)處于T92材料的許用溫度附近，因此，T92材料是整個(gè)系統(tǒng)中最為薄弱的環(huán)節(jié)，應(yīng)盡可能減少T92材料的使用。該機(jī)組高溫再熱器出口管接頭T92材料僅用于集箱上約70 mm長(zhǎng)度的過(guò)渡管接頭。管接頭選用情況如圖2所示。

圖2 620℃再熱器出口集箱管座

實(shí)現(xiàn)高溫再熱器壁溫測(cè)點(diǎn)全覆蓋監(jiān)控及壁溫最高點(diǎn)優(yōu)先報(bào)警。高溫再熱器共有96屏，每屏設(shè)有10根管子，共960根，為保證對(duì)每根管實(shí)時(shí)進(jìn)行安全監(jiān)視，防止因漏檢管屏發(fā)生運(yùn)行超溫爆管，根據(jù)國(guó)內(nèi)同類(lèi)型機(jī)組運(yùn)行狀況和安全需要，首次給鍋爐生產(chǎn)廠家提出高溫再熱器單管全部安裝壁溫測(cè)點(diǎn)（共960點(diǎn)），實(shí)現(xiàn)全覆蓋監(jiān)視。同時(shí)設(shè)計(jì)了壁溫最高點(diǎn)優(yōu)先報(bào)警邏輯判斷程序，實(shí)現(xiàn)全斷面壁溫監(jiān)視及最高點(diǎn)優(yōu)先報(bào)警功能，跟蹤、分析機(jī)組再熱器壁溫的變化趨勢(shì)。

各級(jí)再熱器之間的連接采用了大管道連接，使蒸汽能夠充分混合，引入引出管盡量對(duì)稱(chēng)布置，減少靜壓差，使流量分配均勻，減少汽溫偏差。采用較大的規(guī)格集箱 （常規(guī)集箱規(guī)格為Φ267 mm×28 mm／P11；優(yōu)化后集箱規(guī)格為Φ711 mm×50 mm／P91），增強(qiáng)集箱內(nèi)的混合效果，減少屏間偏差。

2.2 “非均衡”運(yùn)行調(diào)整技術(shù)

鍋爐在設(shè)計(jì)制造及運(yùn)行中會(huì)存在一定的溫度偏差（或水力偏差），采取的調(diào)整手段就是根據(jù)每只單管壁溫高低分布情況，通過(guò)人為制造煙氣溫度的偏差，使之與蒸汽溫度偏差形成互補(bǔ)，最終使再熱器壁溫分布均衡，保證再熱汽溫穩(wěn)定在620℃工況下運(yùn)行且壁溫不超溫，小于644℃。

2.2.1 機(jī)組調(diào)試階段煙氣側(cè)的溫度偏差調(diào)控

在機(jī)組調(diào)試階段，按照常規(guī)方式和標(biāo)準(zhǔn)要求，首先將冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)調(diào)整均勻；然后在熱態(tài)運(yùn)行過(guò)程中，按照不同的負(fù)荷階段，逐步將燃燒溫度場(chǎng)調(diào)整至非常均勻后，在逐漸提升再熱汽溫的過(guò)程中，觀察再熱汽溫偏差和各管屏壁溫分布的均勻性，根據(jù)汽溫及壁溫偏差情況，再通過(guò)針對(duì)性調(diào)整對(duì)應(yīng)一次風(fēng)管縮孔開(kāi)度大小的方法，將爐膛內(nèi)的燃燒溫度場(chǎng)調(diào)整至與管內(nèi)汽溫相匹配（即所謂耦合或互補(bǔ)），在多次反復(fù)調(diào)整過(guò)程中，逐漸降低高溫再熱器管屏熱偏差，最終使汽溫及金屬管壁溫度表現(xiàn)為均勻，調(diào)整前后高溫再熱器壁溫變化趨勢(shì)如圖3所示。

圖3 調(diào)整前后高溫再熱器壁溫趨勢(shì)

為配合上述調(diào)整過(guò)程中取得最佳效果，同時(shí)對(duì)各層前后墻的二次風(fēng)擋板開(kāi)度進(jìn)行差異化調(diào)整，達(dá)到優(yōu)化不同區(qū)域燃燒，滿(mǎn)足汽溫、壁溫的實(shí)際需求，固化調(diào)整后的配風(fēng)模式。

2.2.2 機(jī)組正常運(yùn)行中的調(diào)控

在機(jī)組運(yùn)行工況發(fā)生較大變化時(shí)，根據(jù)汽溫、壁溫的實(shí)際完成情況，靈活運(yùn)用主燃區(qū)上部布置的3層燃盡風(fēng)的擾動(dòng)混合作用，和最上層燃盡風(fēng)可水平擺動(dòng)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣側(cè)有效調(diào)整，減少煙氣流動(dòng)產(chǎn)生的流場(chǎng)及煙溫偏差[2]。因制粉系統(tǒng)采取了側(cè)煤倉(cāng)布置方式，該爐膛出口煙溫多數(shù)時(shí)間內(nèi)B側(cè)高于A側(cè)50～90℃，通過(guò)反復(fù)摸索變化規(guī)律，此時(shí)采取適當(dāng)開(kāi)大B側(cè)、同時(shí)關(guān)小A側(cè)的上2層燃盡風(fēng)擋板開(kāi)度的方法，調(diào)平爐膛出口的煙氣溫度偏差，控制兩側(cè)煙溫偏差小于50℃。上部3層燃盡風(fēng)箱均設(shè)置有中間隔板，使每層風(fēng)箱A、B兩側(cè)成為獨(dú)立風(fēng)室，通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)箱兩端的進(jìn)風(fēng)總調(diào)節(jié)門(mén)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)該層A、B兩側(cè)風(fēng)量的靈活、差異調(diào)整。

對(duì)受熱面因沾污產(chǎn)生的溫度偏差，主要通過(guò)控制入煤質(zhì)、選取合理的受熱面吹灰方式等運(yùn)行措施，降低受熱面的積灰、結(jié)渣程度，提高受熱面清潔度，增強(qiáng)換熱效率，減少受熱面壁溫及煙溫偏差。主要通過(guò)加強(qiáng)入爐煤的摻配，控制入爐煤質(zhì)保持在合理范圍和相對(duì)穩(wěn)定，并堅(jiān)持每個(gè)運(yùn)行班次對(duì)入爐煤進(jìn)行取樣化驗(yàn)，將結(jié)果及時(shí)反饋給運(yùn)行人員，為運(yùn)行調(diào)整提供參照依據(jù)。通過(guò)運(yùn)行規(guī)律摸索和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，選取每2天對(duì)爐膛后部受熱面的長(zhǎng)型吹灰器全面吹灰1次（AB兩側(cè)的吹灰器，按照單雙號(hào)進(jìn)行投運(yùn)）；每3天對(duì)爐膛區(qū)域的短型吹灰器全面吹灰1次（該區(qū)域吹灰器共設(shè)置3組，通過(guò)控制程序每天選擇投運(yùn)1組）。同時(shí)，還結(jié)合機(jī)組負(fù)荷、爐膛出口煙氣溫度、減溫水投用量和受熱面壁溫等實(shí)際運(yùn)行狀況，對(duì)吹灰器進(jìn)行選擇性投運(yùn)，以確保各受熱面保持清潔。

通過(guò)對(duì)制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式變化后，給再熱汽溫、壁溫所產(chǎn)生的影響規(guī)律的摸索和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，根據(jù)不同的入爐煤質(zhì)及機(jī)組負(fù)荷工況，合理選擇磨煤機(jī)運(yùn)行方式，配合煙氣擋板的綜合調(diào)控作用，減少對(duì)煙溫偏差的影響，確保再熱汽溫、壁溫控制目標(biāo)值的實(shí)現(xiàn)。調(diào)整原則應(yīng)盡可能保持墻后磨煤機(jī)對(duì)沖燃燒方式，當(dāng)需要停運(yùn)上層磨煤機(jī)時(shí)，首先選擇停運(yùn)前墻的上層磨煤機(jī)。

3 應(yīng)用效果

通過(guò)“非均衡”運(yùn)行調(diào)整技術(shù)和優(yōu)化鍋爐設(shè)計(jì)方案等創(chuàng)新措施的實(shí)施，保證了該機(jī)組在再熱汽溫620℃工況下的穩(wěn)定運(yùn)行。2016年11月12日在機(jī)組負(fù)荷661.3 MW、高溫再熱器單管最高壁溫633.9℃的條件下，該機(jī)組高溫再熱蒸汽溫度達(dá)到了620.3℃，在機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行后，高溫再熱蒸汽溫度能夠一直保持在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)運(yùn)行。

2017年3—5月，該機(jī)組再熱汽溫平均完成值分別為618.6℃、618.1℃和619.5℃，是所屬集團(tuán)公司第一臺(tái)真正意義上實(shí)現(xiàn)再熱汽溫620℃的機(jī)組。

機(jī)組可以在50%～100%負(fù)荷區(qū)間內(nèi)，在穩(wěn)定負(fù)荷及變負(fù)荷工況下，再熱汽溫均能保持在620℃設(shè)計(jì)范圍，同時(shí)保證再熱器管壁溫度不超溫。

圖4 機(jī)組高負(fù)荷工況下變負(fù)荷時(shí)高溫再熱器出口汽溫和壁溫最大值變化趨勢(shì)

圖5 機(jī)組低負(fù)荷工況下，變負(fù)荷時(shí)高溫再熱器出口汽溫、壁溫最大值變化趨勢(shì)

圖6 機(jī)組高溫再熱器出口汽溫620℃工況下每屏壁溫最大值變化趨勢(shì)

機(jī)組高負(fù)荷工況下變負(fù)荷時(shí)高溫再熱器出口汽溫和壁溫最大值變化趨勢(shì)如圖4所示，機(jī)組低負(fù)荷工況下，變負(fù)荷時(shí)高溫再熱器出口汽溫、壁溫最大值變化趨勢(shì)如圖5所示，機(jī)組高溫再熱器出口汽溫620℃工況下每屏壁溫最大值變化趨勢(shì)如圖6所示。

4 效益分析

由于采用了620℃再熱汽溫技術(shù)，相比于600℃技術(shù)的機(jī)組，再熱汽溫升高20℃，發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗降低約1.6 g／kWh。按照單臺(tái)機(jī)組年發(fā)電量508780萬(wàn)kWh，每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤8 140.48 t，標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)按照900元／t計(jì)算，該工程兩臺(tái)機(jī)組每年可節(jié)省燃料費(fèi)用1 465.28萬(wàn)元。

通過(guò)技術(shù)措施的綜合實(shí)施，可以有效控制熱偏差及管壁超溫現(xiàn)象，對(duì)保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有重要的保障作用。再熱汽溫620℃技術(shù)實(shí)施后，提高了機(jī)組效率，減少了煤炭消耗量。本工程的2臺(tái)660 MW機(jī)組每年可節(jié)約燃煤約16 280.96 t，可實(shí)現(xiàn)減少二氧化硫排放721.16 t，減少氮氧化物排放227.64 t，減排二氧化碳約8.48萬(wàn)t，具有良好的社會(huì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

非均衡調(diào)整技術(shù)是一種全新的調(diào)整理念，其適用范圍絕不僅僅局限于超超臨界機(jī)組，在超臨界機(jī)組、亞臨界機(jī)組等各種火電機(jī)組中都可以廣泛應(yīng)用，可以有效降低受熱面壁溫偏差，減少局部超溫現(xiàn)象，降低鍋爐超溫爆管風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，機(jī)組再熱汽溫提高至620℃，可以提高機(jī)組效率，降低發(fā)供電煤耗。

在設(shè)計(jì)制造、施工管理、調(diào)試運(yùn)行方面，通過(guò)對(duì)超超臨界機(jī)組再熱汽溫620℃技術(shù)的深入研究，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組再熱汽溫620℃工況下安全穩(wěn)定運(yùn)行，是該電廠所屬集團(tuán)首臺(tái)實(shí)現(xiàn)再熱汽溫620℃的高效超超臨界火電機(jī)組，為同類(lèi)型機(jī)組建設(shè)和優(yōu)化起到了較好的示范作用。