李洪泉，馬 記，張 巖

（華電萊州發(fā)電有限公司，山東 萊州 261400）

0 引言

二次再熱發(fā)電技術(shù)是世界火力發(fā)電先進(jìn)技術(shù)。二次再熱不但可使機(jī)組獲得較高的燃煤經(jīng)濟(jì)性，而且具有較低的環(huán)保排放優(yōu)勢(shì)，成為火力發(fā)電技術(shù)發(fā)展的方向和趨勢(shì)。

提高蒸汽參數(shù)，達(dá)到鍋爐蒸汽參數(shù)的設(shè)計(jì)值，可最大限度地提高機(jī)組的效率。二次再熱超超臨界燃煤機(jī)組，比一次再熱機(jī)組多了一級(jí)再熱器［1-2］，鍋爐內(nèi)部的受熱面布置更加緊湊，需要重新分配燃燒釋放的熱量，爐膛內(nèi)部結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，二次再熱機(jī)組的主汽溫、一次再熱汽溫、二次再熱汽溫的調(diào)節(jié)越困難，且主蒸汽、一次再熱蒸汽與二次再熱蒸汽間的強(qiáng)耦合性［3］，進(jìn)一步提高了主汽溫和再熱汽溫的調(diào)節(jié)難度。

某電廠鍋爐為超超臨界參數(shù)、變壓直流爐、切圓燃燒方式、固態(tài)排渣、單爐膛、二次再熱、平衡通風(fēng)、半露天布置、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)塔式鍋爐，鍋爐型號(hào)為 SG-2717／33.42-M7052。 50%BMCR（鍋爐最大出力）以上主蒸汽溫度設(shè)計(jì)值605℃，再熱蒸汽溫度設(shè)計(jì)值623℃。鍋爐投產(chǎn)后主汽溫、一次再熱汽溫、二次再熱汽溫較低，當(dāng)負(fù)荷在600~800 MW時(shí)，主汽溫只能達(dá)到585~595℃，再熱汽溫差距更大，只有580~590℃左右，隨著負(fù)荷的升高，鍋爐蓄熱能力增強(qiáng)，負(fù)荷在800~1 000 MW時(shí)，主汽溫為590~595℃，再熱汽溫在585~595℃左右，仍與設(shè)計(jì)值存在較大差距，為提高機(jī)組燃燒經(jīng)濟(jì)性，結(jié)合鍋爐的設(shè)計(jì)方式，采用多種方法對(duì)主汽溫和再熱汽溫進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

1 超超臨界二次再熱塔式爐汽溫調(diào)節(jié)原理

1.1 二次再熱塔式鍋爐的調(diào)溫方式

圖1為塔式鍋爐爐膛受熱面的布置方式示意圖，從下到上依次為低溫過熱器、一二次高溫再熱器冷段、高溫過熱器、一二次高溫再熱器熱段、一二次低溫再熱器、省煤器，在爐膛頂部一二次低溫再熱器及省煤器區(qū)域，布置了能將爐膛前后分開的分隔屏。二次再熱塔式鍋爐在調(diào)節(jié)汽溫時(shí)除了采用事故噴水減溫外，還可通過調(diào)節(jié)燃燒器擺角和調(diào)節(jié)尾部煙道煙氣擋板的方式。

當(dāng)入爐煤質(zhì)發(fā)生劇烈變化，或燃燒情況發(fā)生較大變化導(dǎo)致主汽溫和再熱汽溫嚴(yán)重波動(dòng)偏離額定值時(shí)，就會(huì)影響機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性，此時(shí)可短時(shí)投入再熱器事故和微量噴水，維持機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。事故噴水設(shè)置在一、二次再熱器的入口，用于保證再熱器第二級(jí)微量噴水有裕度。微量噴水設(shè)置在再熱器的出口，保證再熱器出口汽溫在安全范圍內(nèi)。減溫水噴入后，直接進(jìn)入汽輪機(jī)高、中低壓缸，增加了做功的蒸汽流量，即增大了高、中低壓缸的做功能力，在負(fù)荷不變時(shí)，降低了超高壓缸的做功能力，這相當(dāng)于一部分參數(shù)較低的再熱蒸汽代替了參數(shù)較高的主蒸汽作功，使做功效率下降，機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性降低［4］，因此減溫水僅作為事故緊急工況下的汽溫調(diào)節(jié)手段。此外，低負(fù)荷時(shí)提高鍋爐過量空氣系數(shù)或燃燒器擺角上下擺動(dòng)［5］，可以同時(shí)提高或同時(shí)降低一次再熱、二次再熱汽溫，達(dá)到同步調(diào)節(jié)兩級(jí)再熱器出口蒸汽溫度的效果。調(diào)節(jié)尾部煙道煙氣擋板的開度，可以調(diào)整進(jìn)入一次再熱器和二次再熱器的煙氣流量，進(jìn)而調(diào)整一次再熱器和二次再熱器的對(duì)流吸熱量，達(dá)到異步調(diào)節(jié)一二級(jí)再熱器出口蒸汽溫度的效果，一定程度上可以防止因負(fù)荷、煤質(zhì)等發(fā)生變化時(shí)引起某一級(jí)再熱器受熱面超溫。

1.2 主汽溫和再熱汽溫低的原因分析

對(duì)鍋爐運(yùn)行參數(shù)分析，造成主汽溫、再熱汽溫低的原因?yàn)椋?）熱量分配不均，BRL（額定）工況下爐膛出口煙溫設(shè)計(jì)值為1 261℃，而實(shí)際爐膛出口煙溫遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)水平，其主要原因?yàn)樗浔谖鼰崃科?，?dǎo)致過熱器和再熱器吸熱量不足，在鍋爐輸入的總熱量一定的情況下，水冷壁吸熱量偏多，過熱器和再熱器吸熱量自然就會(huì)減少，這是鍋爐主汽溫和再熱汽溫偏低的主要原因；2）低溫過熱器個(gè)別管壁溫度高，由于鍋爐燃燒過程復(fù)雜，爐膛出口煙溫不均，造成低溫過熱器個(gè)別管壁溫度偏高，受低溫過熱器個(gè)別管壁溫度高制約，最終影響主、再熱汽溫的提升。

圖1 二次再熱塔式鍋爐爐膛受熱面布置

2 主汽溫和再熱汽溫優(yōu)化調(diào)整

2.1 燃盡風(fēng)擺角調(diào)整

為提高主汽溫和再熱汽溫，首先應(yīng)解決低溫過熱器個(gè)別管壁超溫現(xiàn)象，對(duì)BAGP（下層燃盡風(fēng)）、UAGP（上層燃盡風(fēng)）水平角度和上下擺角進(jìn)行了反復(fù)調(diào)整，水平角度調(diào)整后如表1所示。燃盡風(fēng)水平角度調(diào)整后，爐膛出口煙溫均勻性明顯改善，煙氣四角切圓偏差降低，燃燒區(qū)域煙氣旋轉(zhuǎn)特性更好。

經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)調(diào)整，燃盡風(fēng)上下擺角調(diào)整到中間位置有利于爐內(nèi)動(dòng)力場(chǎng)均衡，即當(dāng)燃盡風(fēng)上下擺角在水平位置時(shí)爐膛出口煙汽溫度場(chǎng)比較均勻，燃燒區(qū)域煙溫偏差較小，調(diào)整后爐膛左墻、右墻主汽溫溫差由原來的10~15℃降至5~8℃。低溫過熱器個(gè)別管壁溫度偏高的現(xiàn)象有了明顯降低，高溫過熱器出口主汽溫的均勻性得到明顯改善。燃盡風(fēng)擺角優(yōu)化后，低溫過熱器個(gè)別管壁溫度偏高的現(xiàn)象有了明顯降低，爐膛出口煙溫均勻性明顯改善，為進(jìn)一步調(diào)整主汽溫和再熱汽溫奠定了基礎(chǔ)條件。

表1 優(yōu)化后燃盡風(fēng)水平角度 （°）

2.2 鍋爐吹灰方式優(yōu)化

當(dāng)前的主要問題是主汽溫和再熱汽溫偏低，因此，應(yīng)盡量減少水冷壁區(qū)域受熱面吹灰次數(shù)，增加過熱器和再熱器區(qū)域吹灰次數(shù)，即減少水冷壁吸熱量，增加過熱器和再熱器吸熱量，從而提高主汽溫和再熱汽溫。

此外，為提高再熱汽溫，進(jìn)一步提高爐膛火焰中心，可以通過減少低溫過熱器受熱面區(qū)域的吹灰頻次和吹灰數(shù)量，減少低溫過熱器的熱輻射吸熱量，同時(shí)提高再熱器區(qū)域的吹灰頻次和吹灰數(shù)量，保持再熱器區(qū)域受熱面干凈、清潔，增加再熱器的吸熱，從而提高再熱汽溫。

2.3 燃燒器擺角調(diào)整

改變?nèi)紵魃舷聰[角角度是調(diào)節(jié)主汽溫和再熱汽溫的主要方法。相同負(fù)荷且燃燒同種煤種的情況下，分別進(jìn)行了兩種工況下的燃燒器擺角試驗(yàn)。

工況1：負(fù)荷700 MW，ABCEF 5套制粉系統(tǒng)運(yùn)行，燃用煤種 （不連溝煤種+華泰煤種）低位熱值20.30 MJ／kg，三層燃燒器擺角由70%提高至90%，主汽溫和再熱汽溫變化趨勢(shì)如圖2所示。

工況2：負(fù)荷700MW，ACDEF 5套制粉系統(tǒng)運(yùn)行，燃用煤種（華泰煤種）低位熱值20.51MJ／kg，三層燃燒器擺角由70%下擺至50%，主汽溫和再熱汽溫及過熱器一、二級(jí)減溫水量分別如圖3、表2所示。

工況1試驗(yàn)結(jié)果說明當(dāng)燃燒器擺角提高時(shí)，主汽溫和再熱汽溫均有所提高；工況2進(jìn)行了燃燒器擺角下擺試驗(yàn)，主汽溫和再熱汽溫雖變化不明顯，但過熱器各級(jí)減溫水流量均下降。上述兩組試驗(yàn)證明，燃燒器擺角對(duì)調(diào)整主汽溫和再熱汽溫效果明顯，因此，在低溫過熱器壁溫允許的范圍內(nèi)，提高燃燒器擺角有利于提高主汽溫和再熱汽溫。

圖2 主汽溫和再熱汽溫隨燃燒器擺角變化趨勢(shì)（工況1）

圖3 主汽溫和再熱汽溫隨燃燒器擺角變化趨勢(shì)（工況2）

表2 過熱器減溫水流量隨擺角變化 t／h

2.4 燃料量分配調(diào)整

改變各層燃燒器燃料分配，增加上部燃燒器燃料量，減少下部燃燒器燃料量，進(jìn)行了一組試驗(yàn)。

負(fù)荷700 MW，BCDEF五套制粉系統(tǒng)運(yùn)行，總?cè)剂狭?73 t／h，負(fù)荷及總?cè)剂狭烤S持不變，通過增加上層D磨的出力觀察主汽溫和再熱汽溫的變化情況。試驗(yàn)前后各層燃燒器燃料量分配情況如表3所示，主汽溫和再熱汽溫的變化趨勢(shì)如圖4所示。

表3 試驗(yàn)前后燃料量分配 t／h

圖4 主汽溫和再熱汽溫隨燃料量分配變化趨勢(shì)

采用同樣方法，增加E層燃燒器燃料量，主汽溫和再熱汽溫的變化與圖4基本相同，通過試驗(yàn)證明，增加上部燃料量對(duì)提高主汽溫和再熱汽溫效果明顯。

2.5 爐膛出口氧量調(diào)整

爐膛出口氧量不僅影響爐膛內(nèi)燃料的燃燒情況、燃燒產(chǎn)物的種類，而且還影響鍋爐效率。改變爐膛出口氧量，進(jìn)行了一組試驗(yàn)，觀察主汽溫和再熱汽溫的變化情況。

負(fù)荷700 MW，ABCDE 5套制粉系統(tǒng)運(yùn)行，爐膛出口氧量3.7%，將爐膛出口氧量增加至4.0%，試驗(yàn)前后主汽溫和再熱汽溫的變化情況如圖5所示。

過度提高爐膛出口氧量，不僅會(huì)增加風(fēng)機(jī)出力，而且會(huì)增加鍋爐排煙熱損失；但是，適當(dāng)提高爐膛出口氧量（0.1%～0.3%），能夠增大煙氣量，有利于提高再熱器受熱面的對(duì)流換熱比例，從而提高主汽溫和再熱汽溫。

圖5 主汽溫和再熱汽溫隨爐膛出口氧量的變化趨勢(shì)

2.6 二次風(fēng)配風(fēng)調(diào)整

燃燒器二次風(fēng)門配風(fēng)方式有均等配風(fēng)和束腰型配風(fēng)，束腰型配風(fēng)具有能使火焰中心上移、提高主汽溫和再熱汽溫、降低煙氣NOx含量、提高鍋爐燃燒穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，因此，通過改變二次風(fēng)門開度，進(jìn)行了一組試驗(yàn)，觀察主汽溫和再熱汽溫的變化。

負(fù)荷700 MW，BCDEF5套制粉系統(tǒng)運(yùn)行，燃燒器二次風(fēng)門束腰型配風(fēng)方式代替均等配風(fēng)方式，試驗(yàn)前后二次風(fēng)門開度如表4所示，主汽溫和再熱汽溫的變化趨勢(shì)如圖6所示。

表4 二次風(fēng)門調(diào)整前后開度 %

圖6 主汽溫和再熱汽溫隨配風(fēng)方式改變的變化趨勢(shì)

采用同樣方法，對(duì)ACDEF制粉運(yùn)行的工況進(jìn)行二次風(fēng)配風(fēng)調(diào)整試驗(yàn)，主汽溫和再熱汽溫的變化趨勢(shì)與圖6類似，試驗(yàn)結(jié)果表明，在負(fù)荷不變的工況下，兩種配風(fēng)方式進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)表明，在負(fù)荷及燃燒工況相同的條件下，“束腰型”配風(fēng)對(duì)主汽溫和再熱汽溫的影響均優(yōu)于“均等型”配風(fēng)。

3 結(jié)語

針對(duì)某二次再熱塔式鍋爐投運(yùn)后主汽溫和再熱汽溫低的問題，分析了塔式鍋爐主汽溫、再熱汽溫低的原因。通過試驗(yàn)得出燃盡風(fēng)上下擺角調(diào)整到水平位置，低溫過熱器個(gè)別管壁溫度偏高的現(xiàn)象有了明顯降低，爐膛出口煙溫均勻性明顯改善；減少水冷壁區(qū)域受熱面吹灰次數(shù)，增加過熱器和再熱器區(qū)域吹灰次數(shù)，即減少水冷壁吸熱量，增加過熱器和再熱器吸熱量，從而提高主汽溫和再熱汽溫。提高燃燒器擺角利于提高主汽溫和再熱汽溫；增加上部燃料量對(duì)提高主汽溫和再熱汽溫效果明顯；適當(dāng)提高爐膛出口氧量（0.1%～0.3%），能夠增大煙氣量，有利于提高再熱器區(qū)域?qū)α鲹Q熱比例，從而提高主汽溫和再熱汽溫。在其他參數(shù)不變的工況下，“束腰型”配風(fēng)對(duì)主汽溫和再熱汽溫的影響均優(yōu)于“均等型”配風(fēng)。通過以上方法的反復(fù)優(yōu)化調(diào)整，當(dāng)負(fù)荷為500~800 MW時(shí)，主蒸汽溫度能夠達(dá)到設(shè)計(jì)值605℃，再熱汽溫提高至594~613℃，主汽溫和再熱汽溫均有了明顯的提升。通過各種調(diào)整手段總結(jié)摸索經(jīng)驗(yàn)，為超超臨界二次再熱機(jī)組主汽溫和再熱汽溫的優(yōu)化調(diào)整提供參考。