超臨界超臨界1000mw直流鍋爐調試

1過熱汽溫調節及燃燒系統華源北方煤礦1號鍋爐是東方集團有限公司與日本巴布科克有限公司聯合設計、制造的大型氣滯本生產工具。鍋爐為DG1900/25.4-Ⅱ1型,采用一次中間再熱,單爐膛,尾部雙煙道結構,采用煙氣擋板調節再熱汽溫,固態排渣,全鋼構架,全懸吊結構,平衡通風,露天布置。燃用晉南、晉東南地區貧煤、煙煤的混合煤種。汽水系統的流程為給水經省煤器、螺旋水冷壁、混合集箱、垂直水冷壁、水冷壁出口混合集箱到達汽水分離器。汽水分離器汽側蒸汽則依次進入頂棚管、包墻管、低溫過熱器、屏式過熱器、高溫過熱器。汽水分離器水側分離出的水質合格的水經儲水罐排往凝汽器,水質不合格的水排至爐側疏水擴容器。過熱汽溫調節采用2級調節方式,減溫水水源取自省煤器出口,設計減溫水溫度滿負荷時可以達到321℃。第一級減溫器位于低溫過熱器與屏式過熱器之間,第二級減溫器位于屏式過熱器與末級過熱器之間。再熱汽溫通過布置在低溫再熱器和省煤器后的平行煙氣擋板來進行調節,再熱器事故噴水減溫器布置在低溫再熱器至高溫再熱器之間連接管道上,僅在事故情況下使用。燃燒系統采用B&W典型的大風箱配風型式、前后墻分三層對沖布置有24只雙調風旋流燃燒器,為實現低負荷穩燃、防止結渣的發生及降低NOX的排放,燃燒器中部一次風通道中采用了錐型濃縮器和火焰穩燃環及穩燃齒,前后墻及其兩側燃燒器上部還布置有12只燃盡風噴口。采用6臺ZGM113N型中速磨煤機正壓直吹式制粉系統。每個燃燒器按從內到外的順序依次布置直流一次風、直流二次風和旋流三次風,如圖1所示。一、二、三次風設計參數見表1。鍋爐共設24只簡單機械霧化點火油槍,12只蒸汽霧化啟動油槍,點火油槍位于三次風通道中,其出力為250kg/h;啟動油槍布置在鍋爐前墻中、下層和鍋爐后墻中層,位于煤粉燃燒器的中心,其出力為2950kg/h。啟動油槍主要用于暖爐和低負荷穩燃。設計鍋爐在45%負荷以上可以實現不投油穩燃。鍋爐主要參數見表2。2bhk直接壓縮式鍋爐的啟動性能機組每次冷態啟動都要經過鍋爐冷態沖洗、點火升溫升壓、熱態沖洗、汽機沖轉、機組并網、帶負荷轉直流運行、滿負荷運行等幾個階段。見圖2。2.1煤水比及主汽壓力控制設計機組汽水系統采用了BHK成熟的設計,爐膛下輻射區采用Φ38.1mm×7.5mm的螺旋水冷壁管,上輻射區采用Φ31.8mm×9.1mm的垂直管水冷壁管,螺旋管水冷壁與垂直管水冷壁之間采用了混合集箱過渡。采用內置式啟動分離器,整個省煤器入口至汽機主汽門之間未設置閥門。機組啟動過程中的升溫升壓采用滑壓方式進行,汽機沖轉前的啟動給水流量控制在400～475t/h之間,即對應于額定蒸發量的21%～25%。汽機沖轉前,通過高壓旁路閥控制主蒸汽壓力在8.9MPa以下,通過燃燒調整控制主汽溫度在400℃以下;同時通過低壓旁路及再熱煙氣旁路擋板控制再熱汽溫汽壓在合理的范圍內。機組帶20%負荷后,鍋爐轉為干態運行。主蒸汽壓力由高旁自動控制轉為煤水比的自動控制。機組在不同負荷下燃用不同煤種時,在保證汽水分離器出口過熱度為正值的直流運行前提下,水煤比一般保持在7～10的范圍內。為防止儲水罐水位調節閥(361閥)后的管道超壓,在機組轉干態運行及主汽壓力8.9MPa以上時,361閥嚴禁開啟。現場采取的手段是當主汽壓力8.9MPa以上時,將該閥自動調節改手動調節同時保持361閥關閉,防止了凝汽器及361閥后部管道超壓。從鍋爐點火到機組轉直流運行期間,啟動分離器儲水罐水位由361閥全程自動控制,分離器的作用相當于自然循環爐汽包的作用。實際上在機組負荷為125MW、主汽壓力為8.42MPa、給水流量為475t/h的工況下機組就可以實現完全轉干態運行。此時,分離器水位到零后,361閥自動關閉。這一點在操作上較俄羅斯帶外置式啟動分離器的800MW機組的直流切換過程更加簡單。2.2冷態沖洗和機組帶負荷鍋爐首次啟動前的給水品質是保證機組長期安全穩定運行的關鍵環節,由于在超臨界壓力下各種鹽類的溶解度要高于非超臨界壓力下的情況,對于剛經過化學清洗的基建超臨界直流鍋爐進行冷熱態沖洗十分必要。鍋爐分冷態及熱態沖洗2個階段。首先進行鍋爐冷態沖洗,第一步為冷態開式沖洗。沖洗流程為:省煤器→水冷壁→汽水分離器→分離器儲水罐→定排擴容器→機組排水槽。當省煤器入口水質達到Fe<500×10-6、pH=9.3～9.5時,冷態開式清洗結束。第二步沖洗為冷態循環沖洗。沖洗流程為:省煤器→水冷壁→汽水分離器→分離器儲水罐→凝汽器。保持475t/h的給水流量向鍋爐上水進行沖洗,沖洗至分離器儲水罐下部出水水質達到Fe<100×10-6或濁度<3、油脂≤1×10-6、pH值≤9.5的標準時,冷態循環沖洗結束。冷態沖洗合格后,鍋爐點火進行熱態沖洗。根據冷態啟動曲線的要求投入2～4只啟動油槍運行,投入高低壓旁路壓力自動。點火后水中鐵離子濃度重新上升,由于Fe、SiO2鹽在190℃左右時的溶解度最高,實際沖洗時保持水冷壁出口聯箱壁溫190℃左右穩定,保持該工況連續排水,當化驗省煤器入口鐵離子含量合格后,認為熱態沖洗合格,此時機組才允許繼續升溫升壓。在主汽壓力為8.9MPa以下,根據水質情況361閥向鍋爐及凝汽器2路排水回路可以進行切換操作。水質不合格時需打開至爐側排水閥進行排污操作,水質合格后全部回收至凝汽器轉為閉式循環。華能沁北電廠1號爐吹管前的冷熱態沖洗期間,曾先后5次點火進行換水沖洗。機組帶負荷期間也曾多次發生因凝結水泵及給水泵入口濾網堵塞而造成機組停運的現象。機組耗水量如表3所示。經過數次清理濾網后,機組整套啟動期間的耗水量和水沖洗時間均大大減少,汽水品質可以很快滿足機組并網的要求。2.3吹管工藝設計直流爐與汽包爐相比蓄熱能力較小,當鍋爐蒸發量小時只能進行降壓吹管,當機組熱負荷及燃燒率較高時才能實現穩壓吹管。本超臨界壓力直流鍋爐額定工況時分離器至過熱器出口壓差達到1.86MPa,為滿足吹管時動量比的要求同時兼顧臨時吹管管道的強度,選取6.5～7MPa作為吹管開門壓力。第二階段吹管設計吹管流程,如圖3所示。第一階段只單獨吹掃過熱器,采用全部燃油降壓法進行吹管,這樣易于控制鍋爐熱負荷及防止再熱器因干燒而超溫,第二階段進行過熱器及再熱器串聯吹管,再熱器通汽后鍋爐可以保持在較高的熱負荷,吹管期間投入1臺底層磨煤機運行,每次吹管可持續20min左右,實現降壓及穩壓聯合方式吹管。見表4。蒸汽吹管的同時要考慮到鍋爐水冷壁出口受熱面相變區域因傳熱惡化而發生超溫爆管的可能性。從沁北電廠鍋爐水冷壁出口受熱面的壁溫數據看,壁溫偏差均在允許的范圍內。3在整個工作期間，解決設備環境問題和問題3.1實際沖洗前后管道的總排放量東方鍋爐廠設計機組冷態沖洗時,沖洗水不回收完全經過定排擴容器排至機組排水槽,冷態沖洗排放量約為475t/h。當采用Φ377mm×10mm的管道時,管內流速可達到1.319m/s。在此流速下2根Φ159mm×4.5mm及Φ273mm×8mm管道的總排放量僅為330t/h。實際沖洗期間因無法及時排水而導致溢流現象的發生。調試期間經計算,增加了1根至排水井的Φ273mm×8mm管道后,同樣流速下的總排放量可達576t/h。實踐證明改造后可以滿足鍋爐冷態沖洗時機組排水的要求。見圖4。3.2蒸汽通流量不足,導致超溫過熱器超溫發現于整定安全門期間,1號機組在并網前也多次發生主汽超溫而影響并網的問題(機組當時的試運工況如表5所示)。通過分析其問題發生的原因如下。表4投1臺磨穩壓蒸汽吹管記錄a.給水溫度低、流量大、鍋爐蒸發量小機組低負荷時僅投入中下層啟動油槍及點火油槍運行,為保證鍋爐壽命及控制金屬壁溫溫升率,啟動時的燃燒率控制在較低的水平。在冷爐點火初期,鍋爐的發熱量主要用于加熱爐內受熱面金屬管道及低溫給水。由表5可見,當分離器壓力為6.3MPa時,對應的飽和溫度為278℃。在分離器出口僅有6℃過熱度的條件下,顯然經過各級過熱器受熱面的蒸汽通流量偏小,對金屬管道的冷卻能力不足而導致超溫。而增加的給水因無法全部達到過熱,一部分通過361閥后的排水管道排至機組排水槽,無法變成過熱蒸汽而受熱面管道進行冷卻。解決辦法是全開輔助蒸汽至除氧器加熱調節門,提高給水溫度。將給水流量降至額定蒸發量的21%,即400t/h的水平上。這樣在合適燃燒率的前提下,鍋爐的產汽量可以滿足對過熱器受熱面的冷卻要求,避免了超溫現象的發生。b.總風量偏大點火初期為改善燃燒,通過增強燃燒器根部風而啟動了一次風機,使總風量大大增加。雖然燃燒情況得以改善但使油槍火焰拉長,爐膛火焰中心抬高。結果是因水冷壁輻射吸熱降低,省煤器出口欠焓變大,分離器出口過熱度不足;由于鍋爐尾部煙道中對流煙氣量增加,造成各級過熱器受熱面吸熱量增大。在煙氣熱負荷大及蒸汽通流量不足的情況下,必然造成主汽超溫。解決辦法是不啟動一次風機,將總風量控制在35%左右。經過反復調整試驗,最后確定控制霧化汽壓高于啟動油壓0.2MPa左右,控制啟動油壓為0.6MPa,點火油油壓為3MPa,霧化汽壓為0.8MPa。經過調整后有效地控制了鍋爐的燃燒工況,超溫問題得以改善。c.減溫水取出點不當一般情況下,鍋爐減溫水取自省煤器入口的給水管道上,而本臺機組設計減溫水取出點在省煤器出口。雖然噴水點取在省煤器后可以使汽水混合后焓損失減小,但在低負荷時,因為減溫水取出點與噴入點間壓降太小,使減溫效果不甚明顯。1號機組調試期間在省煤器前增加了一路Φ108mm×20mm的減溫水管路,作為過熱器主減溫水的備用管路。另外,一、二級減溫器有部分堵塞現象,用水反復沖通后,問題得以解決。BHK的設計初衷是點火啟動初期減溫水不投入,在后來的實踐中證明,控制好水/燃料的比率后,在不投入減溫水的情況下可以控制主汽溫度在合理的范圍內。在緊急情況下增加的臨時減溫水管路可以作為應急管路備用。見圖5。3.3解決磨入口收磨單由于現場空間條件的限制,磨煤機入口沒有足夠長的直管段而磨風量測量采用單點測風裝置,僅能代表局部流場的風速,而不能反應整個風道截面的風量變化情況,從而影響了磨風量測量的準確性。試運期間發現,當磨入口熱風擋板開度為40%時,磨入口冷風擋板從80%關小到60%時,反而出現了磨通風量變大的趨勢。解決辦法是在風道中加裝均流柵;采用三點測風的插入式超利巴風量測量裝置;在磨出口直管段上安裝臨時測點,對磨入口風量裝置進行標定;將磨碗上下差壓作為風量大小的輔助判斷依據。采取以上措施后,基本可以滿足磨風量投自動的要求。筆者認為如果采用機翼測風裝置等比較成熟的測風元件,因為風速場經過機翼后更加規則,磨風