超臨界超臨界1000mw直流鍋爐調(diào)試

超臨界超臨界1000mw直流鍋爐調(diào)試

1過(guò)熱汽溫調(diào)節(jié)及燃燒系統(tǒng)華源北方煤礦1號(hào)鍋爐是東方集團(tuán)有限公司與日本巴布科克有限公司聯(lián)合設(shè)計(jì)、制造的大型氣滯本生產(chǎn)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(jié)構(gòu),采用煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫,固態(tài)排渣,全鋼構(gòu)架,全懸吊結(jié)構(gòu),平衡通風(fēng),露天布置。燃用晉南、晉東南地區(qū)貧煤、煙煤的混合煤種。汽水系統(tǒng)的流程為給水經(jīng)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(dá)汽水分離器。汽水分離器汽側(cè)蒸汽則依次進(jìn)入頂棚管、包墻管、低溫過(guò)熱器、屏式過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器。汽水分離器水側(cè)分離出的水質(zhì)合格的水經(jīng)儲(chǔ)水罐排往凝汽器,水質(zhì)不合格的水排至爐側(cè)疏水?dāng)U容器。過(guò)熱汽溫調(diào)節(jié)采用2級(jí)調(diào)節(jié)方式,減溫水水源取自省煤器出口,設(shè)計(jì)減溫水溫度滿負(fù)荷時(shí)可以達(dá)到321℃。第一級(jí)減溫器位于低溫過(guò)熱器與屏式過(guò)熱器之間,第二級(jí)減溫器位于屏式過(guò)熱器與末級(jí)過(guò)熱器之間。再熱汽溫通過(guò)布置在低溫再熱器和省煤器后的平行煙氣擋板來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié),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(tǒng)采用B&W典型的大風(fēng)箱配風(fēng)型式、前后墻分三層對(duì)沖布置有24只雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器,為實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷穩(wěn)燃、防止結(jié)渣的發(fā)生及降低NOX的排放,燃燒器中部一次風(fēng)通道中采用了錐型濃縮器和火焰穩(wěn)燃環(huán)及穩(wěn)燃齒,前后墻及其兩側(cè)燃燒器上部還布置有12只燃盡風(fēng)噴口。采用6臺(tái)ZGM113N型中速磨煤機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)。每個(gè)燃燒器按從內(nèi)到外的順序依次布置直流一次風(fēng)、直流二次風(fēng)和旋流三次風(fēng),如圖1所示。一、二、三次風(fēng)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。鍋爐共設(shè)24只簡(jiǎn)單機(jī)械霧化點(diǎn)火油槍,12只蒸汽霧化啟動(dòng)油槍,點(diǎn)火油槍位于三次風(fēng)通道中,其出力為250kg/h;啟動(dòng)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(dòng)油槍主要用于暖爐和低負(fù)荷穩(wěn)燃。設(shè)計(jì)鍋爐在45%負(fù)荷以上可以實(shí)現(xiàn)不投油穩(wěn)燃。鍋爐主要參數(shù)見(jiàn)表2。2bhk直接壓縮式鍋爐的啟動(dòng)性能機(jī)組每次冷態(tài)啟動(dòng)都要經(jīng)過(guò)鍋爐冷態(tài)沖洗、點(diǎn)火升溫升壓、熱態(tài)沖洗、汽機(jī)沖轉(zhuǎn)、機(jī)組并網(wǎng)、帶負(fù)荷轉(zhuǎn)直流運(yùn)行、滿負(fù)荷運(yùn)行等幾個(gè)階段。見(jiàn)圖2。2.1煤水比及主汽壓力控制設(shè)計(jì)機(jī)組汽水系統(tǒng)采用了BHK成熟的設(shè)計(jì),爐膛下輻射區(qū)采用Φ38.1mm×7.5mm的螺旋水冷壁管,上輻射區(qū)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(guò)渡。采用內(nèi)置式啟動(dòng)分離器,整個(gè)省煤器入口至汽機(jī)主汽門(mén)之間未設(shè)置閥門(mén)。機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中的升溫升壓采用滑壓方式進(jìn)行,汽機(jī)沖轉(zhuǎn)前的啟動(dòng)給水流量控制在400～475t/h之間,即對(duì)應(yīng)于額定蒸發(fā)量的21%～25%。汽機(jī)沖轉(zhuǎn)前,通過(guò)高壓旁路閥控制主蒸汽壓力在8.9MPa以下,通過(guò)燃燒調(diào)整控制主汽溫度在400℃以下;同時(shí)通過(guò)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(nèi)。機(jī)組帶20%負(fù)荷后,鍋爐轉(zhuǎn)為干態(tài)運(yùn)行。主蒸汽壓力由高旁自動(dòng)控制轉(zhuǎn)為煤水比的自動(dòng)控制。機(jī)組在不同負(fù)荷下燃用不同煤種時(shí),在保證汽水分離器出口過(guò)熱度為正值的直流運(yùn)行前提下,水煤比一般保持在7～10的范圍內(nèi)。為防止儲(chǔ)水罐水位調(diào)節(jié)閥(361閥)后的管道超壓,在機(jī)組轉(zhuǎn)干態(tài)運(yùn)行及主汽壓力8.9MPa以上時(shí),361閥嚴(yán)禁開(kāi)啟?，F(xiàn)場(chǎng)采取的手段是當(dāng)主汽壓力8.9MPa以上時(shí),將該閥自動(dòng)調(diào)節(jié)改手動(dòng)調(diào)節(jié)同時(shí)保持361閥關(guān)閉,防止了凝汽器及361閥后部管道超壓。從鍋爐點(diǎn)火到機(jī)組轉(zhuǎn)直流運(yùn)行期間,啟動(dòng)分離器儲(chǔ)水罐水位由361閥全程自動(dòng)控制,分離器的作用相當(dāng)于自然循環(huán)爐汽包的作用。實(shí)際上在機(jī)組負(fù)荷為125MW、主汽壓力為8.42MPa、給水流量為475t/h的工況下機(jī)組就可以實(shí)現(xiàn)完全轉(zhuǎn)干態(tài)運(yùn)行。此時(shí),分離器水位到零后,361閥自動(dòng)關(guān)閉。這一點(diǎn)在操作上較俄羅斯帶外置式啟動(dòng)分離器的800MW機(jī)組的直流切換過(guò)程更加簡(jiǎn)單。2.2冷態(tài)沖洗和機(jī)組帶負(fù)荷鍋爐首次啟動(dòng)前的給水品質(zhì)是保證機(jī)組長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié),由于在超臨界壓力下各種鹽類(lèi)的溶解度要高于非超臨界壓力下的情況,對(duì)于剛經(jīng)過(guò)化學(xué)清洗的基建超臨界直流鍋爐進(jìn)行冷熱態(tài)沖洗十分必要。鍋爐分冷態(tài)及熱態(tài)沖洗2個(gè)階段。首先進(jìn)行鍋爐冷態(tài)沖洗,第一步為冷態(tài)開(kāi)式?jīng)_洗。沖洗流程為:省煤器→水冷壁→汽水分離器→分離器儲(chǔ)水罐→定排擴(kuò)容器→機(jī)組排水槽。當(dāng)省煤器入口水質(zhì)達(dá)到Fe<500×10-6、pH=9.3～9.5時(shí),冷態(tài)開(kāi)式清洗結(jié)束。第二步?jīng)_洗為冷態(tài)循環(huán)沖洗。沖洗流程為:省煤器→水冷壁→汽水分離器→分離器儲(chǔ)水罐→凝汽器。保持475t/h的給水流量向鍋爐上水進(jìn)行沖洗,沖洗至分離器儲(chǔ)水罐下部出水水質(zhì)達(dá)到Fe<100×10-6或濁度<3、油脂≤1×10-6、pH值≤9.5的標(biāo)準(zhǔn)時(shí),冷態(tài)循環(huán)沖洗結(jié)束。冷態(tài)沖洗合格后,鍋爐點(diǎn)火進(jìn)行熱態(tài)沖洗。根據(jù)冷態(tài)啟動(dòng)曲線的要求投入2～4只啟動(dòng)油槍運(yùn)行,投入高低壓旁路壓力自動(dòng)。點(diǎn)火后水中鐵離子濃度重新上升,由于Fe、SiO2鹽在190℃左右時(shí)的溶解度最高,實(shí)際沖洗時(shí)保持水冷壁出口聯(lián)箱壁溫190℃左右穩(wěn)定,保持該工況連續(xù)排水,當(dāng)化驗(yàn)省煤器入口鐵離子含量合格后,認(rèn)為熱態(tài)沖洗合格,此時(shí)機(jī)組才允許繼續(xù)升溫升壓。在主汽壓力為8.9MPa以下,根據(jù)水質(zhì)情況361閥向鍋爐及凝汽器2路排水回路可以進(jìn)行切換操作。水質(zhì)不合格時(shí)需打開(kāi)至爐側(cè)排水閥進(jìn)行排污操作,水質(zhì)合格后全部回收至凝汽器轉(zhuǎn)為閉式循環(huán)。華能沁北電廠1號(hào)爐吹管前的冷熱態(tài)沖洗期間,曾先后5次點(diǎn)火進(jìn)行換水沖洗。機(jī)組帶負(fù)荷期間也曾多次發(fā)生因凝結(jié)水泵及給水泵入口濾網(wǎng)堵塞而造成機(jī)組停運(yùn)的現(xiàn)象。機(jī)組耗水量如表3所示。經(jīng)過(guò)數(shù)次清理濾網(wǎng)后,機(jī)組整套啟動(dòng)期間的耗水量和水沖洗時(shí)間均大大減少,汽水品質(zhì)可以很快滿足機(jī)組并網(wǎng)的要求。2.3吹管工藝設(shè)計(jì)直流爐與汽包爐相比蓄熱能力較小,當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量小時(shí)只能進(jìn)行降壓吹管,當(dāng)機(jī)組熱負(fù)荷及燃燒率較高時(shí)才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓吹管。本超臨界壓力直流鍋爐額定工況時(shí)分離器至過(guò)熱器出口壓差達(dá)到1.86MPa,為滿足吹管時(shí)動(dòng)量比的要求同時(shí)兼顧臨時(shí)吹管管道的強(qiáng)度,選取6.5～7MPa作為吹管開(kāi)門(mén)壓力。第二階段吹管設(shè)計(jì)吹管流程,如圖3所示。第一階段只單獨(dú)吹掃過(guò)熱器,采用全部燃油降壓法進(jìn)行吹管,這樣易于控制鍋爐熱負(fù)荷及防止再熱器因干燒而超溫,第二階段進(jìn)行過(guò)熱器及再熱器串聯(lián)吹管,再熱器通汽后鍋爐可以保持在較高的熱負(fù)荷,吹管期間投入1臺(tái)底層磨煤機(jī)運(yùn)行,每次吹管可持續(xù)20min左右,實(shí)現(xiàn)降壓及穩(wěn)壓聯(lián)合方式吹管。見(jiàn)表4。蒸汽吹管的同時(shí)要考慮到鍋爐水冷壁出口受熱面相變區(qū)域因傳熱惡化而發(fā)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?cái)?shù)據(jù)看,壁溫偏差均在允許的范圍內(nèi)。3在整個(gè)工作期間，解決設(shè)備環(huán)境問(wèn)題和問(wèn)題3.1實(shí)際沖洗前后管道的總排放量東方鍋爐廠設(shè)計(jì)機(jī)組冷態(tài)沖洗時(shí),沖洗水不回收完全經(jīng)過(guò)定排擴(kuò)容器排至機(jī)組排水槽,冷態(tài)沖洗排放量約為475t/h。當(dāng)采用Φ377mm×10mm的管道時(shí),管內(nèi)流速可達(dá)到1.319m/s。在此流速下2根Φ159mm×4.5mm及Φ273mm×8mm管道的總排放量?jī)H為330t/h。實(shí)際沖洗期間因無(wú)法及時(shí)排水而導(dǎo)致溢流現(xiàn)象的發(fā)生。調(diào)試期間經(jīng)計(jì)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(dá)576t/h。實(shí)踐證明改造后可以滿足鍋爐冷態(tài)沖洗時(shí)機(jī)組排水的要求。見(jiàn)圖4。3.2蒸汽通流量不足,導(dǎo)致超溫過(guò)熱器超溫發(fā)現(xiàn)于整定安全門(mén)期間,1號(hào)機(jī)組在并網(wǎng)前也多次發(fā)生主汽超溫而影響并網(wǎng)的問(wèn)題(機(jī)組當(dāng)時(shí)的試運(yùn)工況如表5所示)。通過(guò)分析其問(wèn)題發(fā)生的原因如下。表4投1臺(tái)磨穩(wěn)壓蒸汽吹管記錄a.給水溫度低、流量大、鍋爐蒸發(fā)量小機(jī)組低負(fù)荷時(shí)僅投入中下層啟動(dòng)油槍及點(diǎn)火油槍運(yùn)行,為保證鍋爐壽命及控制金屬壁溫溫升率,啟動(dòng)時(shí)的燃燒率控制在較低的水平。在冷爐點(diǎn)火初期,鍋爐的發(fā)熱量主要用于加熱爐內(nèi)受熱面金屬管道及低溫給水。由表5可見(jiàn),當(dāng)分離器壓力為6.3MPa時(shí),對(duì)應(yīng)的飽和溫度為278℃。在分離器出口僅有6℃過(guò)熱度的條件下,顯然經(jīng)過(guò)各級(jí)過(guò)熱器受熱面的蒸汽通流量偏小,對(duì)金屬管道的冷卻能力不足而導(dǎo)致超溫。而增加的給水因無(wú)法全部達(dá)到過(guò)熱,一部分通過(guò)361閥后的排水管道排至機(jī)組排水槽,無(wú)法變成過(guò)熱蒸汽而受熱面管道進(jìn)行冷卻。解決辦法是全開(kāi)輔助蒸汽至除氧器加熱調(diào)節(jié)門(mén),提高給水溫度。將給水流量降至額定蒸發(fā)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(chǎn)汽量可以滿足對(duì)過(guò)熱器受熱面的冷卻要求,避免了超溫現(xiàn)象的發(fā)生。b.總風(fēng)量偏大點(diǎn)火初期為改善燃燒,通過(guò)增強(qiáng)燃燒器根部風(fēng)而啟動(dòng)了一次風(fēng)機(jī),使總風(fēng)量大大增加。雖然燃燒情況得以改善但使油槍火焰拉長(zhǎng),爐膛火焰中心抬高。結(jié)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(guò)熱度不足;由于鍋爐尾部煙道中對(duì)流煙氣量增加,造成各級(jí)過(guò)熱器受熱面吸熱量增大。在煙氣熱負(fù)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(dòng)一次風(fēng)機(jī),將總風(fēng)量控制在35%左右。經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)整試驗(yàn),最后確定控制霧化汽壓高于啟動(dòng)油壓0.2MPa左右,控制啟動(dòng)油壓為0.6MPa,點(diǎn)火油油壓為3MPa,霧化汽壓為0.8MPa。經(jīng)過(guò)調(diào)整后有效地控制了鍋爐的燃燒工況,超溫問(wèn)題得以改善。c.減溫水取出點(diǎn)不當(dāng)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(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)減溫水取出點(diǎn)在省煤器出口。雖然噴水點(diǎn)取在省煤器后可以使汽水混合后焓損失減小,但在低負(fù)荷時(shí),因?yàn)闇p溫水取出點(diǎn)與噴入點(diǎn)間壓降太小,使減溫效果不甚明顯。1號(hào)機(jī)組調(diào)試期間在省煤器前增加了一路Φ108mm×20mm的減溫水管路,作為過(guò)熱器主減溫水的備用管路。另外,一、二級(jí)減溫器有部分堵塞現(xiàn)象,用水反復(fù)沖通后,問(wèn)題得以解決。BHK的設(shè)計(jì)初衷是點(diǎn)火啟動(dòng)初期減溫水不投入,在后來(lái)的實(shí)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(nèi)。在緊急情況下增加的臨時(shí)減溫水管路可以作為應(yīng)急管路備用。見(jiàn)圖5。3.3解決磨入口收磨單由于現(xiàn)場(chǎng)空間條件的限制,磨煤機(jī)入口沒(méi)有足夠長(zhǎng)的直管段而磨風(fēng)量測(cè)量采用單點(diǎn)測(cè)風(fēng)裝置,僅能代表局部流場(chǎng)的風(fēng)速,而不能反應(yīng)整個(gè)風(fēng)道截面的風(fēng)量變化情況,從而影響了磨風(fēng)量測(cè)量的準(zhǔn)確性。試運(yùn)期間發(fā)現(xiàn),當(dāng)磨入口熱風(fēng)擋板開(kāi)度為40%時(shí),磨入口冷風(fēng)擋板從80%關(guān)小到60%時(shí),反而出現(xiàn)了磨通風(fēng)量變大的趨勢(shì)。解決辦法是在風(fēng)道中加裝均流柵;采用三點(diǎn)測(cè)風(fēng)的插入式超利巴風(fēng)量測(cè)量裝置;在磨出口直管段上安裝臨時(shí)測(cè)點(diǎn),對(duì)磨入口風(fēng)量裝置進(jìn)行標(biāo)定;將磨碗上下差壓作為風(fēng)量大小的輔助判斷依據(jù)。采取以上措施后,基本可以滿足磨風(fēng)量投自動(dòng)的要求。筆者認(rèn)為如果采用機(jī)翼測(cè)風(fēng)裝置等比較成熟的測(cè)風(fēng)元件,因?yàn)轱L(fēng)速場(chǎng)經(jīng)過(guò)機(jī)翼后更加規(guī)則,磨風(fēng)