如何降低300MW機(jī)組鍋爐再熱減溫水量來(lái)提高機(jī)組效率

【專家解說(shuō)】：1 引言
我廠2臺(tái)300 MW機(jī)組分別于2010年底到2011年初投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的HG-1025/17.5一YM33亞臨界自然循環(huán)汽包鍋爐。該鍋爐自投產(chǎn)以來(lái)，一直存在再熱汽溫不足的問(wèn)題，在低負(fù)荷（150MW）情況下再熱蒸汽的欠溫可達(dá)30℃以上，兩側(cè)再熱汽溫偏差也大，最高也可達(dá)30℃。除此之外，該鍋爐還經(jīng)常發(fā)生后屏過(guò)熱器超溫的問(wèn)題，為保證后屏過(guò)熱器不超溫，運(yùn)行中需降低擺動(dòng)火嘴角度，給燃燒調(diào)整工作帶來(lái)很大的局限性。同時(shí)過(guò)熱器減溫水量高出設(shè)計(jì)值20-37t/h。這些因素嚴(yán)重影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，使機(jī)組的供電煤耗增大了約3g/kWh。
本文針對(duì)以上問(wèn)題對(duì)鍋爐進(jìn)行了分析并開展了受熱面的改造工作，通過(guò)增加壁式再熱器的面積，并采用有針對(duì)性的燃燒調(diào)整工作使增加受熱面發(fā)揮最大的作用，取得了良好的效果。
2 問(wèn)題分析
（1）將性能試驗(yàn)100%負(fù)荷時(shí)的數(shù)據(jù)與鍋爐設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)相比較，鍋爐的整體性能如鍋爐主汽溫度、鍋爐燃料量、排煙溫度、省煤器出口的煙氣溫度等，基本接近鍋爐的設(shè)計(jì)值，但過(guò)熱器減溫水量約為設(shè)計(jì)值3倍，說(shuō)明過(guò)熱器部分實(shí)際吸熱量大于設(shè)計(jì)值；同時(shí)，再熱汽溫為5355℃，低于設(shè)計(jì)值5℃，說(shuō)明再熱器部分吸熱量略小于設(shè)計(jì)值。而煤量基本相同，說(shuō)明此時(shí)燃用煤種與設(shè)計(jì)煤種非常相近，可以排除鍋爐再熱汽溫低由煤質(zhì)下降引起的可能性。
（2）將鍋爐正常運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)與鍋爐設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)：日常運(yùn)行時(shí)鍋爐的給煤量遠(yuǎn)大于鍋爐設(shè)計(jì)給煤量，煤質(zhì)明顯下降，這樣就使得以輻射特性為主的鍋爐爐膛的換熱能力下降，而對(duì)以流換熱部分的過(guò)熱器部分吸熱能力增加很多，且負(fù)荷越低，爐膛燃燒溫度下降越快，這種換熱能力的轉(zhuǎn)移量越大。如在50%負(fù)荷時(shí)，一減前過(guò)熱蒸汽的汽溫高達(dá)424℃，而鍋爐設(shè)計(jì)在40%負(fù)荷時(shí)的該溫度值為389℃。過(guò)高的低溫過(guò)熱器使鍋爐的一級(jí)減溫水基本開滿，鍋爐前屏過(guò)熱器到后屏過(guò)熱器段就失去了噴水減溫的調(diào)節(jié)與保護(hù)能力，工況波動(dòng)時(shí)特別容易產(chǎn)生后屏出口的超溫現(xiàn)象。同時(shí)，該鍋爐再熱器系統(tǒng)墻式輻射再熱器、后屏再熱器和末級(jí)再熱器三個(gè)部分中大部分是輻射式受熱面，僅末級(jí)再熱器是對(duì)流受熱面，其汽溫特性與輻射換熱能力緊密相關(guān)，因而在過(guò)熱汽溫由于對(duì)流吸熱能力增加而增加時(shí)，再熱器吸熱量減少，再熱汽溫必然降低。
可見(jiàn)，一方面的確存在再熱器側(cè)受熱面不足的問(wèn)題，更為重要的原因是該鍋爐設(shè)計(jì)過(guò)熱器系統(tǒng)偏大，且鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)再熱器太過(guò)于偏重輻射特性，造成鍋爐在中低負(fù)荷時(shí)再熱汽溫偏低。而過(guò)熱器的裕量太大，造成低溫過(guò)熱器出口溫度偏高，導(dǎo)致一級(jí)減溫水調(diào)節(jié)功能失效。而煤質(zhì)變差則大大加劇了這個(gè)問(wèn)題。
針對(duì)該鍋爐的問(wèn)題，顯然合適的解決方案應(yīng)當(dāng)包括以下幾個(gè)方面的考慮：
（1）對(duì)鍋爐整體受熱面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了校核計(jì)算，通過(guò)技術(shù)改造適當(dāng)增加再熱器的換熱面積，以彌補(bǔ)再熱器受熱面略有不足的先天缺陷，該方法的前提是要有適當(dāng)?shù)奈恢貌贾檬軣崦妗?br>（2）考慮到該鍋爐的過(guò)熱器受熱面積偏大的問(wèn)題，可以適當(dāng)?shù)臏p少過(guò)熱器的受熱面積，以減少低溫過(guò)熱器的面積為最佳，由此恢復(fù)一級(jí)減溫水的調(diào)節(jié)功能，該方案不需要特別的條件，但是有可能使排煙溫度略升高，使鍋爐效率有所降低。
（3）增加一級(jí)減溫水的容量。目前減溫水容量較低，開滿后只有26t/h左右的減溫水量，不足以克服低負(fù)荷時(shí)低溫過(guò)熱器過(guò)多的吸熱。
3 改造后鍋爐燃燒調(diào)整試驗(yàn)
改造工作在2號(hào)鍋爐進(jìn)行，改造后進(jìn)行了相應(yīng)的燃燒調(diào)整試驗(yàn)。由于鍋爐改造增加的再熱器受熱面是輻射式受熱面，因而本次試驗(yàn)調(diào)整的目標(biāo)主要是增加爐內(nèi)燃燒的強(qiáng)度、集中度，以保證爐內(nèi)增加的受熱面實(shí)現(xiàn)其預(yù)想功能。同時(shí)，通過(guò)適當(dāng)減少整體氧量的方法，減少尾部受熱面，特別是面積設(shè)計(jì)偏大的低溫過(guò)熱器的吸熱，來(lái)減少屏式過(guò)熱器的入口溫度，減輕超溫的壓力。在強(qiáng)化爐內(nèi)燃燒的同時(shí)，飛灰、大渣的可燃物含量會(huì)同時(shí)減少。主要調(diào)整方式為：
（1）采用更細(xì)的煤粉細(xì)度。由于煤質(zhì)較差，控制精度有限，改造前制粉系統(tǒng)控制的煤粉細(xì)度隨各粉管有較大差別，細(xì)度分布在R90《30%以下。本次調(diào)整時(shí)通過(guò)制粉系統(tǒng)的精確調(diào)整，使各粉管的煤粉細(xì)度都調(diào)整至20%左右，使鍋爐各燃燒器出口的火焰更加均勻。
（2）采用正塔型的配風(fēng)方式以強(qiáng)化爐內(nèi)燃燒。鍋爐運(yùn)行原采用均等配風(fēng)方式，上兩層OFA各開50%～60%，下層燃燒器的開度基本都在30%左右。采用正塔型配風(fēng)方式后，把兩層OFA燃燒器中的一層關(guān)閉，一層全開，以便把一部分OFA風(fēng)量移到主燃燒器，以強(qiáng)化爐內(nèi)的燃燒，同時(shí)利用單層OFA的大氣流來(lái)完成壓火與燃盡任務(wù)。
（3）加強(qiáng)二次風(fēng)的卷吸能力。減少各燃燒器的周界風(fēng)以減少其對(duì)于一次風(fēng)與二次風(fēng)卷吸來(lái)的熱煙氣的隔絕作用，使一次風(fēng)火焰與二次風(fēng)盡早接觸，以強(qiáng)化燃燒；同時(shí)減少兩個(gè)一次風(fēng)燃燒器間的二次風(fēng)燃燒器的風(fēng)量來(lái)強(qiáng)化燃燒器間的聯(lián)系。由于煤種變差，這種運(yùn)行方式并不會(huì)造成燃燒器燒損問(wèn)題的出現(xiàn)。
（4）提高二次風(fēng)運(yùn)行風(fēng)速。原來(lái)運(yùn)行時(shí)為了降低廠用電率，電廠采用很低的二次風(fēng)運(yùn)行壓力，這樣就使得入爐二次風(fēng)速偏低，因而本次調(diào)整把爐膛與二次風(fēng)風(fēng)箱間的壓力值提高到設(shè)計(jì)值，以提高二次風(fēng)的卷吸能力。
通過(guò)以上的調(diào)整工作，鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)有了明顯的變化，表現(xiàn)為：
（1）爐膛中的燃燒得到了明顯的強(qiáng)化，燃燒區(qū)中心的溫度提高了100℃左右，且低負(fù)荷時(shí)該溫度下降明顯變緩，50%負(fù)荷時(shí)燃燒區(qū)溫度仍可以維持在1000℃以上；飛灰可燃物由原來(lái)的3%左右下降到調(diào)整后的2%以下。
（2）由于燃燒區(qū)火焰溫度的提高，包括新增加再熱器的下部爐膛，而前、后屏的換熱強(qiáng)度弱于原來(lái)的換熱，在后屏溫度不超溫的條件下實(shí)現(xiàn)了燃燒器可以通過(guò)向上擺動(dòng)一定的角度來(lái)調(diào)節(jié)再熱汽溫的設(shè)計(jì)初衷，使再熱汽有了一定的調(diào)節(jié)空間。滿負(fù)荷時(shí)再熱汽溫可以超過(guò)541℃；200MW負(fù)荷時(shí)，再熱汽溫提高到535℃；150 MW條件下再熱汽溫可以提高到530℃左右，比改造前提高約20～30℃。
（3）通過(guò)適當(dāng)?shù)慕档脱趿?.5%左右，使煙氣量、送風(fēng)量都有所下降，200 MW以上負(fù)荷條件下空預(yù)器人口煙溫下降3～4℃，低溫過(guò)熱器蒸汽溫度可下降1～2℃；在150 MW條件下，這種作用減弱，空預(yù)器入口煙溫與低溫過(guò)熱器蒸汽溫度與原來(lái)持平，但熱風(fēng)溫度平均都有6～7℃的提高，這種溫度的提高對(duì)于強(qiáng)化燃燒區(qū)的燃燒非常有利。
4 結(jié)束語(yǔ)
對(duì)某300MW鍋爐的再熱器超溫問(wèn)題進(jìn)行了調(diào)查研究，確定其根本原因是：再熱器設(shè)計(jì)略有不足而過(guò)熱器設(shè)計(jì)偏大，且再熱器過(guò)分強(qiáng)調(diào)輻射特性。上述因素綜合影響，造成負(fù)荷變低時(shí)過(guò)熱器吸熱量向增加的方向運(yùn)行而再熱器吸熱量向減少的方向運(yùn)行。鍋爐減溫水的容量設(shè)計(jì)不足和煤種變差加劇了該問(wèn)題，最終使鍋爐的一級(jí)減溫水開滿，鍋爐后屏運(yùn)行在沒(méi)有足夠保護(hù)的狀態(tài)下，因此，最好的解決方案是同時(shí)增加再熱器受熱面積和一級(jí)減溫水系統(tǒng)的容量?？紤]到工期等因素，鍋爐先實(shí)施了增加壁式再熱器的改造工作，并有針對(duì)性地采用了正塔形配風(fēng)方式來(lái)強(qiáng)化鍋爐下爐膛部分的燃燒與換熱，從而為再熱器獲得一定的調(diào)節(jié)范圍提供了條件。結(jié)果顯示，在保證后屏過(guò)熱器金屬壁溫在不超過(guò)570℃的條件下，再熱蒸汽出口溫度可以達(dá)到530～540℃，較改造前提高了20℃，具有明顯的節(jié)能效果，同時(shí)也減少了汽輪機(jī)因再熱蒸汽過(guò)熱度不夠而產(chǎn)生的末級(jí)葉片沖蝕的危險(xiǎn)，為解決同類問(wèn)題積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。