賈繼鵬,趙衛(wèi)東,彭龍海

（1.山西陽光發(fā)電有限責(zé)任公司，山西陽泉 045200；2.西安熱工研究院有限公司，陜西西安 710054）

0 引言

近年來，為了提高火電機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，響應(yīng)國家節(jié)能降耗的政策，部分發(fā)電企業(yè)對(duì)鍋爐機(jī)組進(jìn)行了增容改造。與此同時(shí)，電網(wǎng)對(duì)機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)能力也提出了更高的要求，對(duì)于經(jīng)過機(jī)組容量審定而不能達(dá)到電網(wǎng)指令要求的機(jī)組，進(jìn)行嚴(yán)格的考核。在此背景下，鍋爐帶負(fù)荷能力成為了電廠生產(chǎn)關(guān)心的一項(xiàng)重要的內(nèi)容。機(jī)組增容改造后，帶負(fù)荷能力可能無法達(dá)到電網(wǎng)要求。已有文獻(xiàn)對(duì)300 MW機(jī)組增容改造中輔機(jī)適應(yīng)性進(jìn)行了相關(guān)研究，鍋爐側(cè)主要對(duì)送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)、空氣預(yù)熱器等輔機(jī)進(jìn)行分析研究，未見對(duì)制粉和送粉系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)研究。本文針對(duì)某機(jī)組增容改造后，無法達(dá)到電網(wǎng)的負(fù)荷指令問題進(jìn)行了深入分析和研究，重點(diǎn)針對(duì)送粉系統(tǒng)在設(shè)備和運(yùn)行等多個(gè)方面進(jìn)行了剖析，找出了提高機(jī)組的帶負(fù)荷能力的措施。

1 設(shè)備介紹

研究對(duì)象鍋爐型號(hào)為B&WB-1025/18.3-M型，W火焰燃煤鍋爐，由北京B&W公司設(shè)計(jì)制造，設(shè)計(jì)燃用無煙煤，采用中間儲(chǔ)倉式制粉系統(tǒng)，熱風(fēng)送粉。該機(jī)組于2012年進(jìn)行了汽輪機(jī)通流部分增容改造，機(jī)組負(fù)荷由300 MW擴(kuò)容至320 MW，在機(jī)組增容改造過程中，相應(yīng)對(duì)空氣預(yù)熱器、引風(fēng)機(jī)、送粉系統(tǒng)（主要是煤粉混合器）進(jìn)行了局部改造。鍋爐主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

機(jī)組增容改造后，運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)運(yùn)行正常，但煤質(zhì)稍差時(shí)鍋爐出力無法滿足320 MW的蒸發(fā)量，為此經(jīng)常性受到電網(wǎng)兩個(gè)細(xì)則的電量考核。為此需要對(duì)影響該鍋爐出力的因素進(jìn)行分析，找出原因，提出相應(yīng)的解決措施。

2 帶負(fù)荷能力不足原因分析

2.1 煤質(zhì)

煤質(zhì)對(duì)鍋爐出力的影響比較大，如果實(shí)際燃用煤種和設(shè)計(jì)煤種偏差太大，對(duì)磨煤機(jī)的出力、爐膛的燃燒情況影響都比較大。該鍋爐設(shè)計(jì)煤種和實(shí)際燃用煤種的元素分析見表2。

由表2可以看出，鍋爐實(shí)際燃用煤種和設(shè)計(jì)煤種的元素分析相差不大，干燥無灰基揮發(fā)分(Vdaf)含量高于設(shè)計(jì)煤種，低位熱值則低于設(shè)計(jì)煤種。雖然實(shí)際燃用煤種的熱值低于設(shè)計(jì)煤種，但仍處于設(shè)計(jì)單位提供的熱值波動(dòng)范圍之內(nèi)（21 560～25 320 kJ/kg），并且鍋爐的揮發(fā)分含量比設(shè)計(jì)煤種的大。因此，煤質(zhì)不是引起鍋爐出力不足的主要原因。

表2 鍋爐燃用煤種的煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)

2.2 鍋爐風(fēng)機(jī)和汽水系統(tǒng)

通常鍋爐風(fēng)機(jī)等輔機(jī)的出力和裕度也是影響鍋爐出力的主要因素之一。通過對(duì)該鍋爐引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)和一次風(fēng)機(jī)等風(fēng)機(jī)在高負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行參數(shù)和裕度情況的分析，得知該爐主要風(fēng)機(jī)的出力能夠滿足鍋爐出力的需要。

同時(shí)對(duì)水冷壁、過熱器和再熱器等汽水系統(tǒng)的在高負(fù)荷下受熱情況、壁溫等進(jìn)行分析，得知該爐汽水系統(tǒng)能夠滿足鍋爐出力的需要。

2.3 送粉系統(tǒng)診斷試驗(yàn)

鍋爐帶負(fù)荷能力和煤質(zhì)、風(fēng)機(jī)等輔機(jī)以及磨煤機(jī)和送粉系統(tǒng)的出力有關(guān)，通過分析發(fā)現(xiàn)煤質(zhì)和風(fēng)機(jī)等輔機(jī)能夠滿足鍋爐帶負(fù)荷的要求，為此重點(diǎn)分析送粉系統(tǒng)的出力情況。

2.3.1 給粉機(jī)性能測(cè)試結(jié)果

首先對(duì)給粉機(jī)的出力進(jìn)行了測(cè)試，由于風(fēng)粉溫度是粉管內(nèi)煤粉濃度的直接反映，對(duì)多個(gè)給粉機(jī)轉(zhuǎn)速與風(fēng)粉混合物的溫度的關(guān)系進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試。

C1給粉機(jī)轉(zhuǎn)速由560 r/min提高至700 r/min，風(fēng)粉混合物溫度由202.7℃降低至197.4℃，降低了5℃。給粉機(jī)轉(zhuǎn)速由700 r/min提高至750 r/min，風(fēng)粉混合物溫度由197.4℃降低至182.8℃。

C2給粉機(jī)轉(zhuǎn)速由530 r/min提高至650 r/min，風(fēng)粉混合物溫度由209.6℃降低至197.8℃，給粉機(jī)給粉線性良好、送粉系統(tǒng)性能穩(wěn)定。給粉機(jī)轉(zhuǎn)速由650 r/min提高至700 r/min，風(fēng)粉混合物溫度由197.8℃降低至185℃，降幅明顯。

C4隨給粉機(jī)轉(zhuǎn)速由570r/min提高至660 r/min，粉管送粉性能良好。轉(zhuǎn)速由660 r/min提高至700 r/min，風(fēng)粉溫度由206℃降低至194.6℃，降幅偏大，下粉正常。

B1給粉機(jī)和粉管的給粉及送粉性能良好。給粉機(jī)轉(zhuǎn)速由510 r/min提高至670 r/min，風(fēng)粉溫度從217.5℃降低至209.2℃。

B3給粉機(jī)工作正常。給粉機(jī)轉(zhuǎn)速由500 r/min提高至660 r/min，風(fēng)粉溫度由207.5℃降低至195.1℃。

通過對(duì)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以看出，在650 r/min以下給粉機(jī)轉(zhuǎn)速與出粉基本呈線性正比關(guān)系，給粉機(jī)轉(zhuǎn)速每增加100 r/min，風(fēng)粉混合物溫度約降低10℃。給粉機(jī)轉(zhuǎn)速可以達(dá)到650 r/min，在此轉(zhuǎn)速下，給粉機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，性能良好，給粉機(jī)出力可以滿足鍋爐燃料量的供應(yīng)需要。

2.3.2 下粉管靜壓測(cè)試結(jié)果

下粉管處形成壓力的正負(fù)，關(guān)系到煤粉能否順利進(jìn)入送粉管道，該處如能形成負(fù)壓，可以防止原煤粉混合器經(jīng)常出現(xiàn)的“托粉”問題。為此專門對(duì)下粉管處壓力進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)量結(jié)果見表3。

通過對(duì)給粉機(jī)下粉管測(cè)點(diǎn)處靜壓測(cè)試得到表3數(shù)據(jù)：在不同的給粉機(jī)轉(zhuǎn)速下，給粉機(jī)下粉管處靜壓為負(fù)值，這與文丘里負(fù)壓型煤粉混合器結(jié)構(gòu)及規(guī)律相一致，說明新型混合器可以在下粉管處形成負(fù)壓，這對(duì)煤粉由給粉機(jī)順利進(jìn)入送粉管道有利，并且可以防止原煤粉混合器經(jīng)常出現(xiàn)的“托粉”問題，不會(huì)影響送粉系統(tǒng)的出力。

表3 下粉管靜壓測(cè)試結(jié)果

2.3.3 煤粉混合器阻力測(cè)試結(jié)果

通過測(cè)試煤粉混合器前后的靜壓可以得到煤粉混合器的阻力。2013年將中間帶隔板的混合器全部更換為新型文丘里負(fù)壓型煤粉混合器。由表4可以看出，在不同的給粉機(jī)轉(zhuǎn)速條件下，新型文丘里負(fù)壓型煤粉混合器在帶粉狀態(tài)下的阻力在2.1～2.7 kPa，而更換前的中間帶隔板的混合器在帶粉狀態(tài)下的阻力為1～1.5 kPa左右。更換后新型的煤粉混合器比更換前混合器阻力增加了約1 000 Pa。

表4 煤粉混合器阻力測(cè)試結(jié)果

2.3.4 熱一次母管壓力試驗(yàn)

在送粉系統(tǒng)中，給粉機(jī)出力正常，并且新型混合器可以在下粉管處形成負(fù)壓，不會(huì)發(fā)生“托粉”問題而影響送粉系統(tǒng)的出力，但是更換后新型的煤粉混合器比更換前混合器阻力增加了約1 kPa。如果維持一次熱風(fēng)母管壓力與煤粉混合器改造前一致，會(huì)造成粉管內(nèi)風(fēng)速偏低和粉管輸送煤粉能力下降。為此，專門進(jìn)行了熱一次風(fēng)母管壓力試驗(yàn)，驗(yàn)證一次熱風(fēng)母管壓力對(duì)送粉系統(tǒng)和鍋爐帶負(fù)荷能力的影響。將一次熱風(fēng)母管壓力由5.2 kPa分別提高至5.5 kPa和5.7 kPa，對(duì)鍋爐性能參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果見表5。

表5 提高一次風(fēng)壓前后鍋爐運(yùn)行參數(shù)對(duì)比

通過分析表5運(yùn)行數(shù)據(jù)可以看出，在燃用日常煤種（21 560 kJ/kg）條件下，在一次風(fēng)壓維持5.2 kPa時(shí)，機(jī)組負(fù)荷可穩(wěn)定在290 MW，未能達(dá)到AGC指令300 MW的要求，在一次風(fēng)壓提高至5.5 kPa時(shí)，機(jī)組負(fù)荷可以達(dá)到并穩(wěn)定在300 MW。將一次風(fēng)壓繼續(xù)提高至5.7 kPa后，在入爐煤熱值降低、煤質(zhì)變差的情況下，機(jī)組負(fù)荷仍能夠達(dá)到300 MW，說明提高一次風(fēng)壓運(yùn)行對(duì)提高機(jī)組帶負(fù)荷能力有利。

2.4 帶負(fù)荷能力不足原因分析

由于鍋爐實(shí)際燃用煤種和設(shè)計(jì)煤種的差別不大，可以說明煤種不是影響鍋爐帶負(fù)荷能力的主要原因。并且通過對(duì)高負(fù)荷下鍋爐風(fēng)機(jī)等主要輔機(jī)出力的運(yùn)行參數(shù)的分析，看出風(fēng)機(jī)能夠滿足鍋爐帶負(fù)荷要求，同時(shí)汽水系統(tǒng)在高負(fù)荷沒有超溫現(xiàn)象，不影響鍋爐的帶負(fù)荷。

送粉系統(tǒng)中，給粉機(jī)出力正常，并且新型混合器可以在下粉管處形成負(fù)壓，不會(huì)發(fā)生“托粉”問題而影響送粉系統(tǒng)的出力，但是更換后新型的煤粉混合器比更換前混合器阻力增加了約1 kPa。如果維持一次熱風(fēng)母管壓力與煤粉混合器改造前一樣，而不進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，會(huì)造成粉管內(nèi)風(fēng)速偏低和粉管輸送煤粉能力下降。由于該鍋爐之前采用的是一次風(fēng)熱風(fēng)壓力定值運(yùn)行，不隨混合器的壓力變化而變化，在高負(fù)荷時(shí)由于一次風(fēng)壓不足導(dǎo)致送粉系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，進(jìn)而表現(xiàn)為帶負(fù)荷能力下降，無法穩(wěn)定在額定負(fù)荷運(yùn)行。因此，通過提高一次風(fēng)熱風(fēng)母管壓力，如由5.2 kPa提高至5.7 kPa，在入爐煤熱值降低煤質(zhì)變差的條件下，仍可滿出力運(yùn)行，說明一次風(fēng)壓提高對(duì)提升機(jī)組的帶負(fù)荷能力是有幫助的。

3 結(jié)論

a）給粉機(jī)性能測(cè)試結(jié)果表明，單個(gè)給粉機(jī)的轉(zhuǎn)速可以提高至700 r/min，不存在給粉方面無法滿足帶負(fù)荷的問題。

b）新型引射式煤粉混合器可以在下粉管形成負(fù)壓，這對(duì)煤粉順利進(jìn)入送粉管道有利，可以防止原煤粉混合器經(jīng)常出現(xiàn)的“托粉”問題。

c）新型引射式煤粉混合器比改造前的混合器阻力提高了約1 kPa，而一次熱風(fēng)母管壓力未進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，造成粉管內(nèi)風(fēng)速偏低和粉管輸送煤粉能力下降，從而使鍋爐機(jī)組帶負(fù)荷能力下降。只有相應(yīng)提高一次風(fēng)壓，才能保證送粉系統(tǒng)出力滿足鍋爐帶負(fù)荷需要?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)也驗(yàn)證了將一次風(fēng)壓由5.2 kPa提高至5.7 kPa運(yùn)行，可以機(jī)組帶負(fù)荷能力得到提高。

d）該鍋爐帶負(fù)荷能力不足是因?yàn)檫M(jìn)行新型引射式煤粉混合器改造后，混合器阻力提高了約1 kPa，而一次風(fēng)壓未進(jìn)行相應(yīng)的提高造成的。通過提高一次風(fēng)壓，鍋爐機(jī)組帶負(fù)荷能力可得到相應(yīng)的提高。