300MW鍋爐再熱氣溫低的原因及改造策略研究

吳旭

摘 要：本次研究主要針對300MW鍋爐運行過程中再熱汽溫較低的問題，分析了其中的原因，然后結合實際情況，定了相應的改造策略，通過改造后性能實驗可以看出，改造方案具有很好的適用性，再熱氣溫得到了顯著提升，與此同時，發電廠經濟效益也顯著得到提高。

關鍵詞：300MW鍋爐 再熱氣溫低 原因 改造對策

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2018）12-0-02

發電行業是國家經濟命脈行業，關系到國計民生，在整個國民經濟中扮演著十分重要的角色。最近幾年，隨著電力企業不斷深化改革，國家推行節能減排政策，國內300MW的機組鍋爐燃燒器大部分都進行了低氮改造，但通過技術改造之后，普遍存在再熱蒸汽溫度較低的問題，使得鍋爐運行狀態低下，嚴重影響到燃料利用效率。在鍋爐機組運行過程中，鍋爐再熱蒸汽溫度偏低，尤其是在低負荷運行狀態下，再熱蒸汽溫度偏低，是很多發電廠機組普遍存在的問題。針對這方面問題，有大量文獻進行了研究，并提出了各自的解決方案，取得了一定的成效。但鍋爐再熱汽溫偏低的問題一直沒有得到全面解決。在鍋爐機組運行過程中，如果再熱蒸汽溫度較低的問題一直得不到妥善處理，不僅會直接影響到整個機組的運行經濟性，而且還會進一步增加汽輪機的排汽濕度。在這樣的環境下長期運行，還會降低末級葉輪片的使用壽命，影響到整個機組的安全運行。

一、設備運行概況

本次研究所選擇的300MW機組鍋爐，為東方鍋爐股份有限公司生產的亞臨界中間再熱燃煤自然循環汽包鍋爐，該鍋爐配備了300MW級的汽輪發電機組。該機組從上世紀90年代初期投入生產以來，鍋爐整體運行情況較為良好，但隨著運行時間的增長，運行性能呈現下降趨勢。在鍋爐運行過程中，經常會出現再熱汽溫偏低的問題，再熱蒸汽溫度不能達到額定參數，這種問題在鍋爐低負荷運行狀態下更為明顯，對機組的整體運行經濟性產生了嚴重影響，需要對其進行進一步改造。該鍋爐為亞臨界，中間再熱自然循環，平衡通風，燃煤汽包鍋爐。制粉系統為冷一次風直吹式，燃燒設備為四角布置，切向燃燒，百葉窗式水平濃淡直流擺動式燃燒器，空氣風粉氣流，從爐膛四角噴射入爐膛內，噴口中心線與爐膛中心兩個假想切圓相切，配置了六臺HP803中速磨煤機，再熱器系統劃分為三個級別，分別為壁式再熱器、中溫再熱器、高溫再熱器。其中中溫再熱器和高溫再熱器之間并沒有設置混合集箱。中溫再熱器蛇形管穿過頂棚之后，每屏分成兩屏進入鍋爐內，鍋爐內部成為高溫散熱蛇形管道。為了有效減少高溫再熱器和中溫再熱器之間的熱力偏差，兩者之間的管道進行了管圈內外交叉。鍋爐的整個運行參數，如表1所示。

在主汽系統內部共設置有三級噴水降溫裝置，再熱器汽溫調節主要以煙氣調節為主，蒸汽調節為輔，煙氣調節主要依靠擺動式燃燒器改變噴口角度來實現對鍋爐內部火焰中心高度和吸熱量進行科學調整，然后再借助蒸汽調節系統對再熱汽溫進行輔助調節。2015年1月到8月，通過對該鍋爐的運行情況進行檢查發現，再熱器出口溫度平均值僅為503.4度，比設計參數值要低。再熱蒸汽溫度下降，一方面能夠顯著影響到鍋爐正常的運行，增加燃煤投入量，另一方面還會增加氣體的濕度，含有大量水分的蒸汽，不斷沖擊汽輪葉片，導致汽輪葉片出現磨損、腐蝕，降低汽輪機組的內在運行效率。

二、300MW鍋爐再熱蒸汽汽溫較低的原因分析

1.鍋爐內部熱偏差不能全面消除

在鍋爐內部燃燒調整過程中，由于鍋爐內部熱偏差較大，通過提高火焰中心高度，提高鍋爐內膛出口溫度時，分隔屏過熱器及高溫再熱器出口壁溫度超過設計范圍，從而導致再熱蒸汽氣溫偏低。在技術改造過程中，通過嘗試增大SOFA反切角度，加強反切風動量矩，并不能完全消除高溫再熱器的出口溫度和鍋爐爐膛溫差較大的問題。如果進一步增大下兩層SOFA反切角度，會使得鍋爐爐膛內風箱壓差下降到0.35MPa以下，會導致整個鍋爐的燃料燃燒不穩定。在鍋爐運行過程中，通過增加或減少某一角主燃燒區的通風量措施，也很難消除兩者之間的熱偏差問題。

2.水冷壁吸熱量過高，爐膛出口煙溫度下降

通過對低氮燃燒器進行技術改造之后，過熱器減溫水量以及各段的煙溫明顯下降，由此可以判斷，對流吸熱份額呈現下降趨勢。通過進行技術改造之后，雖然主燃區域的熱量呈現下降趨勢，但同時主燃區域的二次風量會減少，所以在該區域內的爐膛溫度不會出現過大變化。技術改造之后，在降低了二次風量的同時，二次風噴口外壁與二次風箱間隙偏大，漏風概率大大增強，使得二次風噴口的風速下降，造成二次風動量減小，進而使得二次風切圓直徑偏大，二次風區域的燃燒范圍更加接近水冷壁的壁面，使得水冷壁的熱量進一步增加，從而影響到爐膛出口煙氣溫度，最終導致再熱器蒸汽氣溫下降。

3.300MW鍋爐再熱氣溫低改造策略

通過對鍋爐進行摸底，燃燒調整試驗，掌握了鍋爐再熱汽溫低的原因，針對原因僅僅通過調整鍋爐運行，難以有效緩解再熱蒸汽溫度過低的問題，需要對整個燃燒器進行優化改造。首先對燃燒器上部的二次風可調水平擺角進行調整改造，拆除原有的EE2、EE3層共八只二次風噴口，更換全新的工作部件，同時增設手動水平，切角擺動設備，并保留原有的垂直擺動結構，實現水平方向左右20℃范圍的擺動，使垂直方向的擺動不受影響，通過增加裝置，能夠有效減弱主燃燒區旋轉動量矩，減少爐膛上部煙氣旋轉的殘余量；其次，局部封堵SOFA噴口及主燃燒區域的二次風噴口。通過對各層SOFA噴口及主燒區域的二次風噴口進行局部封堵，能夠有效減小二次風噴口總面積，提高二次風風速和動量，增強二次風對一次風的卷吸控制能力，達到提高運行穩定，減輕或消除殘渣，降低爐膛出口兩側煙溫偏差，減少飛灰可燃物的目的。

4.改造效果

在改造之前，利用兩種磨煤機的運行方式，對鍋爐的原始工況運行情況進行了摸底試驗，并對燃燒效果進行了調整，改造結束后，按照同樣標準進行摸底試驗，然后再進行兩種磨煤機運行方式的燃燒調整試驗，試驗工況下鍋爐運行參數如表2所示。結合表2數據可以看出，改造之后，低負荷狀態下，再熱蒸汽溫度比改造前分別提高了22℃（C、D、E磨煤機運行方式）和14℃（A、B、C磨煤機運行方式）。改造之后，脫硝裝置入口，氮氧化物質量濃度比改造前，各種工況條件下均有所下降，末級再熱器最高，壁溫相差變小，通過日常運行和觀察人員反映，改造之后，爐膛結渣情況也得到明顯改善。

結語

改造之后，低負荷狀態下，再熱蒸汽溫度比改造前分別提高了22℃（C、D、E磨煤機運行方式）和14℃（A、B、C磨煤機運行方式）。同時在優化后低負荷運行狀況下，C、D、E磨煤機運行方式再熱蒸汽溫度能夠持續維持在532℃，但與額定設計的540度溫度存在8℃的差距，建議在今后技術改造過程進行未燃帶的核算復核。

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