韓榮利，馮仁海

(華電國(guó)際十里泉發(fā)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等級(jí)、設(shè)計(jì)再熱蒸汽溫度(以下簡(jiǎn)稱再熱汽溫)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，很少有機(jī)組能夠長(zhǎng)期保持再熱汽溫620 ℃穩(wěn)定運(yùn)行，其主要原因在于，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 ℃長(zhǎng)期、穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)。

1 機(jī)組概況

華電國(guó)際十里泉電廠#8鍋爐為一次再熱、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，高效超超臨界、變壓運(yùn)行直流鍋爐[1]，型號(hào)為DG2002/29.3-Ⅱ 13。采用內(nèi)置式啟動(dòng)分離系統(tǒng)。設(shè)計(jì)煤種為煙煤，采用 ZGM95G-Ⅱ 型中速輥式磨煤機(jī)，配置外濃內(nèi)淡型低NOx旋流煤粉燃燒器，共36臺(tái)分3層前、后墻對(duì)沖布置，每層6臺(tái)，F(xiàn)層燃燒器為純氧助燃微油點(diǎn)火油槍，其余層燃燒器均配有一個(gè)點(diǎn)火油槍及高能點(diǎn)火器。鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

汽輪機(jī)為C660/612-28/0.5/600/620型高效超超臨界、一次中間再熱、沖動(dòng)式、單軸、四缸四排汽、九級(jí)回?zé)?、單抽凝汽式汽輪機(jī)。

2 保證再熱汽溫620 ℃目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的措施

2.1 設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化完善

(1)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。該鍋爐再熱器系統(tǒng)分為兩級(jí)布置，低溫再熱器布置在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9.94%，高溫再熱器受熱面積減少了7.67%，總受熱面積增加了7.41%，具體見表2。

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)規(guī)范數(shù)據(jù)

表2 常規(guī)與高效機(jī)組再熱器受熱面布置方案比較

(2)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)安全、可靠。不同管屏區(qū)域的管圈科學(xué)選取不同材質(zhì)[2]，再熱器的選材分界圖如圖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減少各管壁間的溫度偏差。同時(shí)，對(duì)高溫再熱器受熱面管材SU-PER304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

(3)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)壁溫將在650 ℃左右，已處于T92材料的最低許用應(yīng)力附近，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)的過(guò)渡管接頭。管接頭選用情況如圖2所示(圖中：高在為高溫再熱器)。

圖2 620 ℃ 再熱器出口集箱管座示意

(4)實(shí)現(xiàn)高溫再熱器壁溫測(cè)點(diǎn)全覆蓋監(jiān)控，以及壁溫最高點(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，防止因漏檢管屏而發(fā)生運(yùn)行超溫爆管，根據(jù)國(guó)內(nèi)同類型機(jī)組運(yùn)行狀況和安全需要，優(yōu)化高溫再熱器管壁溫度測(cè)點(diǎn)的布置，將系統(tǒng)所有管子全部安裝壁溫測(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)[3-4]。

(5)通過(guò)改進(jìn)再熱器集箱結(jié)構(gòu)及進(jìn)汽方式，采用集箱兩端進(jìn)汽，減少沿集箱長(zhǎng)度方向的流量偏差。優(yōu)化前后集箱結(jié)構(gòu)及進(jìn)汽方式如圖3所示。

圖3 優(yōu)化前后集箱結(jié)構(gòu)及進(jìn)汽方式

各級(jí)再熱器系統(tǒng)采用合理的引入、引出方式，減少熱偏差，降低單管及屏間汽溫偏差。在低溫再熱器出口與高溫再熱器進(jìn)口之間設(shè)置一次左右交叉(如圖4所示)，增加混合、減少溫度偏差。

圖4 低溫再熱器出口與高溫再熱器進(jìn)口之間交叉匯合

各級(jí)再熱器之間采用大管道連接，使蒸汽能夠充分混合，引入、引出管盡量對(duì)稱布置，減少靜壓差，使流量分配均勻，減少汽溫偏差。

采用較大規(guī)格的集箱(常規(guī)集箱規(guī)格：?267 mm×28 mm，材質(zhì)為P11；優(yōu)化后集箱規(guī)格：?711 mm×50 mm，材質(zhì)為P91)，增大管徑、增強(qiáng)集箱內(nèi)的混合效果，減少屏間汽溫偏差。

2.2 “非均衡”運(yùn)行調(diào)整技術(shù)

采用“非均衡”運(yùn)行調(diào)整技術(shù)[5-6]，可有效減少受熱面管屏間的壁溫?zé)崞?，提升高溫再熱汽溫至額定溫度，有效預(yù)防壁溫超溫。

調(diào)整理念：鍋爐在設(shè)計(jì)制造及運(yùn)行中肯定會(huì)存在一定的溫度偏差(或水力偏差)，采取的調(diào)整手段是根據(jù)每根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)溫度偏差的調(diào)控

(1)在機(jī)組調(diào)試階段，按照常規(guī)方式和各一次風(fēng)管間風(fēng)速偏差小于5%的調(diào)平標(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5、圖6所示)。

圖5 調(diào)整前高溫再熱器壁溫變化趨勢(shì)

圖6 調(diào)整后高溫再熱器壁溫變化趨勢(shì)

(2)在完成上述調(diào)整過(guò)程后，為取得更佳效果，對(duì)各層前后墻的二次風(fēng)擋板開度進(jìn)行差異化調(diào)整，進(jìn)一步優(yōu)化燃燒，滿足汽溫、壁溫的實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)煙氣放熱量與蒸汽吸熱量相耦合，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)控措施

(1)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)的功能，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。

因制粉系統(tǒng)采取了側(cè)煤倉(cāng)布置方式，該爐膛出口B側(cè)煙溫多數(shù)時(shí)間內(nèi)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)開大B側(cè)、同時(shí)關(guān)小A側(cè)上兩層燃盡風(fēng)擋板開度的方法，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)閥，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。

(2)對(duì)于受熱面因沾污產(chǎn)生的溫度偏差[7-8]，主要通過(guò)控制入爐煤質(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，保證入爐煤質(zhì)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)整提供依據(jù)。

通過(guò)運(yùn)行規(guī)律摸索和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，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)，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)，確保各受熱面清潔。

(3)總結(jié)制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式變化后，對(duì)再熱汽溫、壁溫所產(chǎn)生影響的規(guī)律和經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)不同入爐煤質(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)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 取得的成效

(1)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。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 ℃，是中國(guó)華電集團(tuán)有限公司第1臺(tái)真正意義上實(shí)現(xiàn)再熱汽溫620 ℃的機(jī)組。

(2)在50%～100%負(fù)荷區(qū)間內(nèi)，無(wú)論是穩(wěn)定負(fù)荷還是變負(fù)荷工況，機(jī)組再熱汽溫均能保持在620 ℃設(shè)計(jì)范圍，并保證再熱器管壁溫度不超溫。

該機(jī)組高負(fù)荷、低負(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)分別如圖7、圖8所示；在620 ℃工況下，該機(jī)組高溫再熱器出口汽溫、每屏壁溫最大值變化趨勢(shì)如圖9所示(再熱汽溫，620.42 ℃；負(fù)荷，548.4 MW；時(shí)間，2017年5月6日)。

圖7 高溫再熱器出口汽溫和壁溫最大值變化趨勢(shì)(高負(fù)荷，2017-03-21)

圖8 高溫再熱器出口汽溫、壁溫最大值變化趨勢(shì)(低負(fù)荷，2017-05-02—03)

圖9 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)

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

由于成功采用了620 ℃再熱汽溫技術(shù)，相比于600 ℃再熱汽溫技術(shù)的機(jī)組，再熱汽溫升高20 ℃，影響發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗降低約1.6 g/(kW·h)。按照單臺(tái)機(jī)組年發(fā)電量50.878×108kW·h計(jì)，每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1.6×50.878×108÷106=8 140.48(t)，標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)按照900元/t計(jì)，該工程2臺(tái)機(jī)組每年可節(jié)省燃料費(fèi)用8 140.48×900×2=1 465.28(萬(wàn)元)。

4.2 社會(huì)及環(huán)境效益

通過(guò)以上措施、技術(shù)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)行有重要作用。再熱汽溫620 ℃技術(shù)成功實(shí)施后，提高了機(jī)組效率，減少了煤炭消耗量。該工程2臺(tái)660 MW機(jī)組每年可節(jié)約燃煤約16 280.96 t，可減少二氧化硫排放約721.16 t，減少氮氧化物排放約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)論

(1)非均衡調(diào)整技術(shù)的推廣應(yīng)用。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。

(2)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，是該電廠所屬中國(guó)華電集團(tuán)有限公司首臺(tái)實(shí)現(xiàn)再熱汽溫620 ℃的高效超超臨界火電機(jī)組，為同類型機(jī)組建設(shè)和優(yōu)化提供了較好的范例。