630MW超臨界機組鍋爐及其輔助系統節能診斷

彭志福

大唐華東電力試驗研究院

根據國務院印發《“十三五”節能減排綜合工作方案》［1］，到2020年火電供平均電煤耗要達306g/kWh,因此火電的節能工作日益重要。某電廠共4臺機組，其中1號機組及2號機組能耗指標較好，但3號機組煤耗明顯高于其他幾臺機組，問題突出。為評估該電廠3號機組的能耗狀況［2］，對該機組鍋爐及其輔助系統進行節能診斷，找出鍋爐及其輔助系統的問題，并給出建議措施。

1 鍋爐概述

該機組選用哈爾濱鍋爐有限責任公司與三井巴布科克（MB）公司合作設計制造的超臨界本生（Benson）直流鍋爐，型號：HG-1890/25.4-YM4。一次中間再熱、滑壓運行，鍋爐配置再循環泵啟動系統，固態排渣、單爐膛、平衡通風、Π型布置、全鋼結構懸吊結構、露天布置，機組容量由600MW增容改造至630MW。

爐膛為單爐膛，斷面尺寸22.18m×15.63m，設計煤種為神府東勝煤，校核煤種為大同塔山煤。最大連續蒸發量1 890t/h，過熱器出口蒸汽溫度571℃，再熱器出口蒸汽溫度569℃，給水溫度283.7℃。

鍋爐超凈排放改造中尾部煙道加裝了管式MGGH換熱器，包含煙氣冷卻器和煙氣加熱器兩段：管式MGGH煙氣冷卻器布置在低低溫靜電除塵器入口前的水平直段煙道上，管式MGGH煙氣加熱器，布置在濕式電除塵出口與煙囪入口前的煙道上。

2 鍋爐及其輔助系統節能診斷

在機組75%負荷工況下，對該鍋爐進行了鍋爐效率的測試，并將鍋爐效率及各項熱損失同75%負荷下的鍋爐設計值進行對比，對比數據如表1，從表中可以發現鍋爐效率低于設計值0.96%，較設計值低的主要原因是排煙熱損失q2遠高于設計值，導致鍋爐整體效率下降，低于設計值。

表1 鍋爐效率及各項熱損失試驗值同設計值對比

對2017年鍋爐輔助系統的電耗平均值進行統計，并與設計值進行對比，見表2，從表2中可以看出引風機電耗高于設計值0.13%，主要原因是由于尾部煙道阻力大于設計值。

表2 輔機電耗完成值同設計值對比

針對該鍋爐及其輔助系統的試驗、檢查并與設計值對比，發現了該鍋爐存在一系列問題，并對這些問題的節能潛力進行分析。鍋爐及其輔助系統的節能潛力合計為4.99g/kWh，其中排煙溫度較設計值高23.3℃，影響煤耗3.73g/kWh。

表3 鍋爐及其輔助系統的問題及節能潛力

3 存在問題

對鍋爐進行全面檢查，并進行了鍋爐冷態動力場、煙道阻力和鍋爐效率測試等試驗[3-5]。對影響鍋爐效率的原因進行了分析，提出鍋爐側及其輔助系統所存在的問題進行分析，提出相關建議和措施。

3.1 燃燒器燒損嚴重

鍋爐共有6層30個燃燒器，除B層磨煤機對應燃燒器采用等離子燃燒器，其他層燃燒器均采用新型低NOX軸向旋流燃燒器。在燃燒器中，燃燒的空氣被分成5股，中心風、一次風、二次風、三次風和四次風。主燃燒空氣分為二次風、三次風和四次風，以加大空氣分級程度。二次風、三次風和四次風通過燃燒器內同心的環形通道，在燃燒的不同階段進入爐膛，有助于NOx總量的降低和燃料的燃盡。

由于在運行的時候，二次風通道較窄，二次風補風能力不佳，導致燃燒器二次風區域冷卻能力不足，金屬在長期高溫下嚴重燒損變形，該鍋爐除B層等離子燃燒器外，其他層燃燒器均有不同程度的燒損，二次風筒出現大量鼓包、變形擠壓、局部切割情況，導致二次風基本不能形成由組織風參與燃燒；因為二次風筒的鼓包、變形擠壓，不僅影響三次風通流面積、破壞三次風流場還導致部分三次風葉片卡澀；部分燃燒器旋流葉片拉桿卡澀、拉桿指示刻度不能真實反映葉片旋流強度。圖1為燃燒器及空氣動力場試驗燃燒器煙花示蹤側面圖。旋流燃燒器在主一次風氣流與旋流風之間，存在環形回流區；氣流在爐膛斷面上分布不均勻，存在偏斜射流、直流風竄進旋流風相互影響的情況。

圖1 鍋爐旋流燃燒器及冷態動力場煙花示蹤圖

建議措施：

（1）在有條件的情況下更換或修復燃燒器。

（2）運行中應保證主燃燒區域氧量，避免因缺氧運行造成結焦、管壁超溫、排煙溫度異常升高。

3.2 機組不能長期處于滿負荷運行

機組原設計容量為600MW，后增容改造，機組容量由600MW增加至630MW。在實際運行中，當機組負荷達到530MW時，引風機全壓已經達到了8 100MPa為引風機安全出力的上限；一次風機全壓及風量均已超過BMCR工況全壓與風量，一次風機超出力。經分析得出造成機組出力不足的原因主要有兩點：

（1）鍋爐設計煤種為神府東勝煤，滿負荷運行時磨煤機5臺運行1臺備用。實際運行時，鍋爐摻燒褐煤，由于摻燒褐煤熱值較低，水分含量較高，磨煤機全部投入運行時，未達滿負荷時，磨煤機出力已達上限。

（2）尾部煙道煙風阻力大于設計值，該機組在引風機增容改造后在尾部煙道增設了MGGH。MGGH在長時間運行后，由于受熱面低溫腐蝕，導致MGGH內部堵塞。MGGH設計阻力小于600Pa，根據試驗測量，MGGH阻力近1 490Pa，遠大于設計值，增大了尾部煙道的煙風阻力，導致在未達滿負荷運行時引風機出力已達上限。

建議措施：

（1）進行配煤摻燒試驗，制定合理的配煤摻燒方案。

（2）制定煙道阻力優化方案或引風機出力優化方案，對MGGH的腐蝕受熱面進行更換，換用防腐性能更好的材質。

（3）對引風機增容改造，可考慮汽電雙驅改造方案：負荷較高時引風機由小汽輪機及電機雙驅動，在低負荷情況下，引風機驅動汽機可保持額定功率運行，驅動電機轉換為發電機運行帶廠用電，降低廠用電率，提升經濟性。

3.3 排煙溫度高

該機組在75%負荷下設計排煙溫度為109.3℃，實測排煙溫度達132.6℃，超出設計溫度23.3℃。經分析原因主要為燃燒器部分燒損導致各層燃燒器噴口不同程度損壞，風粉混合差，不能有效組織燃燒；燃燒器區域二次風補風能力不足，尤其低負荷高煤量運行時受限于二次風母管壓力低，導致主燃燒器區域缺氧，煤粉燃盡滯后，造成排煙溫度升高；實際燃燒煤種與設計煤種有差異，在摻燒褐煤時，燃燒煤種與設計煤種相比，水分偏大，鍋爐總風量增加，排煙溫度上升，鍋爐排煙熱損失增加。

建議措施：

（1）在有條件的情況下更換或修復燃燒器。

（2）優化煙氣余熱利用系統。

如：改造MGGH系統為低溫省煤器（如圖2）

圖2 低溫省煤器流程示意圖

或在MGGH系統基礎上改造為MGGH+低低溫省煤器系統（如圖3）

圖3 MGGH+低低溫省煤器系統流程示意圖

4 結論

該機組鍋爐及其輔助系統由于設備運行問題較大，存在較大的節能潛力，節能潛力達4.99g/kWh。若挖掘該鍋爐及其輔助系統節能潛力，按照標煤單價700元/t、機組年平均負荷為75%計算，每年可節約標煤約20 000t，發電成本約下降1400萬元。