1000MW超超臨界二次再熱鍋爐的工程實踐

蔣德勇，黃 俊

(1. 國電泰州發(fā)電有限公司， 江蘇泰州 225327； 2. 國電諫壁電廠， 江蘇鎮(zhèn)江 212006)

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1000MW超超臨界二次再熱鍋爐的工程實踐

蔣德勇1，黃 俊2

(1. 國電泰州發(fā)電有限公司， 江蘇泰州 225327； 2. 國電諫壁電廠， 江蘇鎮(zhèn)江 212006)

簡述了國內(nèi)某二次再熱鍋爐的設(shè)計方案及技術(shù)特點，通過解決該鍋爐安裝過程中存在的問題，分析鍋爐調(diào)試及機組運行時鍋爐主要參數(shù)和環(huán)保排放的實際情況，驗證了鍋爐設(shè)計方案的正確性，為二次再熱鍋爐的建設(shè)提供了經(jīng)驗。

超超臨界鍋爐； 二次再熱

為進一步提高火力發(fā)電廠發(fā)電效率，降低燃煤消耗量，減輕環(huán)境壓力，國家能源局2011年確定了某電廠二期工程作為國家二次再熱燃煤示范項目，以期深入了解二次再熱技術(shù)。筆者介紹了該項目二次再熱鍋爐的設(shè)計方案及技術(shù)特點、鍋爐安裝過程中存在的問題和解決方案、鍋爐調(diào)試方案及其實際效果，以及機組運行時鍋爐的主要參數(shù)和排放的實際數(shù)值，驗證了二次再熱鍋爐設(shè)計方案的正確性。工程的成功建設(shè)，證實了我國具備建設(shè)百萬千瓦二次再熱機組的能力，也為后續(xù)二次再熱鍋爐的建設(shè)提供了經(jīng)驗。

1 鍋爐簡介及技術(shù)特點

1.1總體布置

鍋爐為超超臨界變壓運行直流鍋爐，單爐膛塔式布置、二次中間再熱、四角切圓燃燒、平衡通風、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊構(gòu)造、露天布置，尾部布置2臺轉(zhuǎn)子直徑為17286mm的三分倉容克式空氣預熱器。鍋爐BMCR蒸發(fā)量為2710t/h，出口蒸汽參數(shù)為33.03MPa/605℃/613℃/613℃。

鍋爐總體布置見圖1。

鍋爐設(shè)計煤種為神華煤，為適應(yīng)機組投產(chǎn)后實際燃煤需求，以滿世混及東北煤作為校核煤種。煤種及主要參數(shù)見表1。

表1 煤質(zhì)參數(shù)

燃燒系統(tǒng)按正壓直吹式制粉系統(tǒng)設(shè)計，配置6臺磨煤機，每層制粉系統(tǒng)配備點火油槍，其中B層另外單獨設(shè)置等離子點火裝置，點火方式較為靈活。燃燒器采用高級復合空氣分級燃燒系統(tǒng)，在主燃燒器上方布置兩級分離燃盡風，通過深層次的空氣分級，可有效控制爐內(nèi)燃燒過程中NOx的生成；同時優(yōu)化主燃燒器區(qū)域的風門結(jié)構(gòu)，確保低負荷和滿負荷時主燃燒器區(qū)域的過量空氣系數(shù)在同一水平，從而有效控制低負荷的NOx排放。

等離子點火受煤粉濃度限值，給煤量一般不低于35t/h，冷爐直接點火時對鍋爐產(chǎn)生的熱沖擊較大。為消除該負面影響，熱力系統(tǒng)設(shè)計時增設(shè)了臨機加熱系統(tǒng)，利用輔汽加熱給水，通過調(diào)節(jié)輔汽量及上水流量可以有效控制鍋爐升溫率。

400MW以上負荷，脫硝系統(tǒng)可連續(xù)投運，短時間內(nèi)可實現(xiàn)300MW以上負荷脫硝投運。

1.2受熱面布置及材質(zhì)

爐膛由膜式水冷壁組成，全部采用12Cr1MoVG，水冷壁采用螺旋管加垂直管的布置方式，主要規(guī)格為直徑44.5mm、壁厚9mm，直徑38mm、壁厚8.5mm，直徑38mm、壁厚7mm；省煤器單級布置，過熱器分兩級布置，一次及二次再熱器均為兩級布置，爐內(nèi)沿煙氣流向依次布置低溫過熱器、高溫再熱器低溫段、高溫過熱器、高溫再熱器高溫段、低溫再熱器、省煤器，其中一次再熱器與二次再熱器對稱布置于前后爐膛。爐內(nèi)受熱面管排均為臥式布置，并通過懸吊管吊掛于鋼架上(見圖2)。該結(jié)構(gòu)有利于疏水，整臺鍋爐都可以進行酸洗，只需在酸洗以后將酸液排放徹底。

采用分隔煙道設(shè)計，利用部分低溫過熱器管束在爐內(nèi)形成中間隔墻，將爐膛分為前、后兩個煙道，一次再熱器及二次再熱器分別布置在前、后煙道中，并在煙道出口位置設(shè)置調(diào)溫擋板以平衡一、二次再熱器吸熱量。二次再熱的引入，使得再熱蒸汽吸熱比例大幅增加(約28%)，高溫受熱面大幅增加。將高溫過熱器布置于高溫再熱器低溫段與高溫段之間，有效解決了高溫受熱面吸熱問題，同時增強了再熱器溫度的輻射特性，有利于提高再熱器溫度。

隔墻過熱器采用與水冷壁相同的膜式壁結(jié)構(gòu)，屬于低溫過熱器的一部分。低溫過熱器進口集箱出口管束，一部分經(jīng)由爐內(nèi)懸吊管從上到下引到爐膛出口處的低溫過熱器；另一部分經(jīng)雙煙道隔墻及其出口分配母管引到爐膛出口處的低溫過熱器，進入第一級過熱器出口集箱。主要受熱面材質(zhì)及規(guī)格見表2。

表2 主要受熱面材質(zhì)及規(guī)格

1.3調(diào)溫方式

過熱器汽溫調(diào)節(jié)與常規(guī)超臨界鍋爐相同，通過煤水比和減溫水來控制。再熱器汽溫采用擺動燃燒器角度結(jié)合雙煙道擋板調(diào)節(jié)。一、二次再熱器溫度的高低主要調(diào)整通過擺動燃燒器角度實現(xiàn)，運行中還可以通過改變磨煤機組合方式、過量空氣系數(shù)、二次風門開度等手段靈活調(diào)節(jié)。調(diào)整煙氣擋板可以改變通過一、二次再熱器的煙氣流量，以此實現(xiàn)一、二次再熱器之間的吸熱分配，從而達到平衡一、二次再熱器之間溫度的目的。低溫再熱器進口連接管道上設(shè)置事故噴水，低溫再熱器出口連接管道設(shè)置有微量噴水作為輔助調(diào)節(jié)。機組運行中，負荷及爐內(nèi)燃燒工況變化較頻繁，通過微量噴水的輔助調(diào)節(jié)以保證再熱器溫度平穩(wěn)運行，事故減溫水用于事故狀態(tài)下，再熱器溫度的控制，防止管壁溫度超溫。

該方案結(jié)合了П形鍋爐及塔式鍋爐再熱器的調(diào)溫方式，簡單可靠。鍋爐設(shè)計時可以實現(xiàn)滑壓運行在30%～100%BMCR時過熱蒸汽能維持其額定汽溫；在50%～100% BMCR時一次再熱蒸汽能維持額定汽溫；在65%～100% BMCR時二次再熱蒸汽能維持額定汽溫。汽溫允許偏差不超過±5K。

2 工程應(yīng)用

2.1新規(guī)格材料的使用

2.1.1水冷壁

鍋爐參數(shù)的提高，使得水冷壁壁厚增加。根據(jù)DL/T 869—2012《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》相關(guān)要求，壁厚大于8mm的12Cr1MoVG管焊接后需要進行熱處理工作。由于水冷壁結(jié)構(gòu)應(yīng)力較大，特別是Y形、T形多通等結(jié)構(gòu)復雜部位，安裝初期焊接裂紋較為頻繁。經(jīng)過現(xiàn)場多次試驗，最終在Y形三通、T形多通、水冷套及冷灰斗轉(zhuǎn)角部位等異形管區(qū)域，每隔4～10根管子開一個長度為500mm的應(yīng)力釋放槽(見圖3)，有效

解決了焊接過程中產(chǎn)生的裂紋及熱處理帶來的管排彎曲變形現(xiàn)象；同時為避免運行中鍋爐漏灰，在保溫前填充高溫膠泥。

2.1.2懸吊管

懸吊管選用T91材料，壁厚較大(最厚的管子直徑為63.5mm、壁厚為18mm)，常規(guī)的拍片檢查已無法滿足檢驗要求，在現(xiàn)場復檢過程中多次發(fā)現(xiàn)“疑似裂紋”的缺欠(見圖4)，最后確定了采用超聲、導波結(jié)合的檢測手段。建議新規(guī)格材料的使用前，加工工藝及檢測手段要同步確定。

2.2調(diào)試

2.2.1鍋爐沖管

沖管工作分兩階段進行：第一階段單沖過熱器，采取蓄熱降壓沖管的方式，直至靶板考核合格；第二階段將過熱器、一次再熱器和二次再熱器串聯(lián)沖管，并在二次再熱器進口加裝集粒器，采取先穩(wěn)壓沖管、再蓄熱降壓沖管的方式，直至靶板考核合格。

根據(jù)試沖情況，最終確定降壓沖管時啟動分離器壓力控制在10MPa以內(nèi)，過熱器蒸汽溫度小于450℃；穩(wěn)壓沖管時啟動分離器壓力維持在7.0MPa左右，主蒸汽溫度通過過熱器減溫器減溫至430℃以內(nèi)，一次再熱蒸汽溫度通過一次再熱器減溫器減至460℃以內(nèi)，二次再熱蒸汽溫度通過二次再熱器減溫器減至520℃以內(nèi)。壓降沖管參數(shù)見表3，穩(wěn)壓沖管見表4。

表3 降壓沖管參數(shù)

表4 穩(wěn)壓沖管參數(shù)

整個沖管工作中，通過臨爐加熱系統(tǒng)，提高了鍋爐給水溫度，在不投運減溫水的前提下，有效地控制了再熱器溫度。正式降壓沖管共計72次，穩(wěn)壓沖管2次。第一階段正式降壓沖管共計為46次，期間停爐4次；第二階段穩(wěn)壓沖管共計2h，正式降壓沖管共計為26次，期間共計停爐3次。兩階段靶板考核時，靶板上沖擊斑痕粒度均不大于0.8mm，且0.2mm≤d≤0.8mm的斑痕為3點，沖管效果遠遠好于電力行業(yè)標準[1]，也優(yōu)于國電集團企業(yè)標準。

2.2.2低負荷穩(wěn)燃

試驗期間機組負荷穩(wěn)定在300MW，鍋爐給水流量為810t/h左右，燃燒穩(wěn)定，受熱面未出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。鍋爐不投油(等離子)穩(wěn)燃能力達到了鍋爐30%BMCR出力，符合設(shè)計水平，說明該鍋爐具備30%BMCR的低負荷斷油穩(wěn)燃能力。

2.2.3運行工況

通過燃燒初調(diào)整，鍋爐燃燒穩(wěn)定，火焰呈光亮的金黃色，具有良好的充滿度，爐膛無明顯結(jié)焦，灰、渣顏色正常。1000MW工況下，各指標能夠達到設(shè)計標準，汽水系統(tǒng)各參數(shù)穩(wěn)定，風煙、制粉系統(tǒng)運行狀況良好，爐膛出口兩側(cè)煙溫偏差小于50K，兩側(cè)主、再熱蒸汽溫度偏差值小于5K。鍋爐在機組各負荷階段及低負荷運行期間未有水冷壁、過熱器、再熱器壁溫超溫現(xiàn)象，水動力特性穩(wěn)定，具備安全運行的能力。

需要指出的是，在機組投產(chǎn)初期，爐膛較干凈，沾污系數(shù)達不到設(shè)計值，影響再熱器吸熱量。在部分負荷時，一次再熱器及二次再熱器溫度均低于設(shè)計值約10K。

2.2.4環(huán)保排放

采用先進的高級復合分離燃燒器系統(tǒng)，可以有效控制鍋爐出口煙氣中NOx含量，實際排放質(zhì)量濃度為130mg/m3，遠小于設(shè)計排放值180mg/m3的標準。鍋爐出口NOx排放量的降低，可以有效減少脫硝系統(tǒng)液氨的使用量，有利于緩解空氣預熱器中硫酸氫銨的產(chǎn)生，避免空氣預熱器堵塞，同時也為超低排放指標的實現(xiàn)創(chuàng)造了有利條件。

3 結(jié)語

該百萬千瓦二次再熱機組成功投入商業(yè)運行，各參數(shù)達到預期指標，鍋爐效率高于設(shè)計值，達到了94.8%，機組發(fā)電煤耗為256.8g/(kW·h)，體現(xiàn)了二次再熱的先進性。機組部分負荷時再熱器溫度偏低的情況需進一步優(yōu)化調(diào)整，鍋爐設(shè)計階段可以通過適當增加再熱器面積以適應(yīng)再熱器溫度的調(diào)整。

通過該項目的建設(shè)，成功地解決了由于鍋爐蒸汽參數(shù)提高帶來的新規(guī)格材料使用中存在的問題，為后續(xù)二次再熱鍋爐的建設(shè)提供了借鑒經(jīng)驗。

[1] 國家能源局. 火力發(fā)電建設(shè)工程機組蒸汽吹管導則：DL/T 1269—2013[S]. 北京：中國電力出版社，2014.

Engineering Practice of a 1000MW Double-reheat Ultra-supercritical Boiler

Jiang Deyong1, Huang Jun2

(1. Guodian Taizhou Power Generation Co., Ltd., Taizhou 225327, Jiangsu Province, China;2. Guodian Jianbi Power Plant, Zhenjiang 212006, Jiangsu Province, China)

Technical features of a self-developed double-reheat boiler designed and manufactured by a domestic boiler works were introduced, while main parameters for boiler commissioning and unit operation as well as actual conditions of environmental protection were analyzed by solving problems existing in the boiler installation, which proves the boiler design scheme to be correct and may serve as a reference for construction of similar double-reheat boilers.

ultra-supercritical boiler; double reheat

2016-01-21

蔣德勇(1982—)，男，工程師，從事火電廠基建管理工作。

E-mail: jiangdy1982@126.com

TK227

A

1671-086X(2016)06-0421-04