在大比例褐煤摻燒工況下充分利用火電廠汽包鍋爐蓄熱能力提高機組經濟效益的運行調整手段研究

牟 超

國能承德熱電有限公司 河北 承德430000

引言

在當前形勢下,各燃煤電廠為降低成本大量燃用低品質燃煤(褐煤),導至機組出力不足,而在深冬供熱階段鍋爐熱負荷需求卻日趨增加,這成為火力熱電廠當今主要矛盾。通過在極端工況下,對運行調整手段加以改進,從而提高鍋爐燃燒效率迫在眉睫。

眾所周知,相同工況下提高蒸汽基本初參數可以大幅度提升機組循環效率,而燃煤品質低下,又要保證適應調度負荷,大大阻礙了蒸汽壓力和溫度的提升空間,那么我們只可從調整手段上入手。以下我們將以 國能承德熱電有限公司#1爐為例(下簡稱#1爐),來闡述調整手段的改進方式并列出相應的數學模型。

一、設備簡介

#1爐是由上海鍋爐廠有限公司生產的SG-1025/18.55-M727型鍋爐,該鍋爐為亞臨界參數、一次中間再熱、自然循環、單爐膛、平衡通風,擺動燃燒器四角切圓燃燒,五臺直吹式中速磨自上而下按EDCBA 順序排布,最高總煤量可達188t/h。#1汽輪機為北京重型電機廠引進法國阿爾斯通技術生產的NC330-17.75/540/540/0.3 型亞臨界蒸汽參數、一次中間再熱、單軸、三缸雙排汽、采暖抽汽凝汽式汽輪機。深冬供熱期為維持128-130℃供熱蒸汽溫度,需在四段抽汽抽取200t/h左右蒸汽。另外,#1機四抽同時為熱泵系統提供汽量為200t/h左右的蒸汽,作為熱泵的驅動汽源以充分提高供熱溫度。因為在傳統調整模式下大量燃用褐煤使得鍋爐燃燒率下降,導致蒸汽初參數低,汽輪機做功能力下降,機組效率降低,影響了機組部分出力。為了提高鍋爐燃燒效率列出以下運行調整模型。

二、調整模型前提條件

1.負荷調節方式為調度帶基點正常調節子模式(BLR 模式,簡稱R 模式)。

2.由于機組出力不足而造成負荷不能滿足調度需求,燃煤總量恒定188t/h且煤質不變,綜合閥位100%。

3.熱網熱泵供汽量400t/h不變。

三、模型建立

M:利用所有提高壓力調整手段后而產生的汽包鍋爐蓄熱慣性動能。

M=M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7

其中:M1-M7為不同調整手段產生的慣性分動能。

手段介紹:

(一)強化燃燒

M1:適當加大送風機出力或者減小A、B、C、D、E層周界風開度從而提高小風箱差壓,相應提高周界風壓力,以提高煤粉剛性,加大燃燒區域風粉混合程度。

M2:適當開大AA、AB、BC、CD、DE、EE層混合輔助風開度,提高輔助風風量,從而進一步加大風粉混合程度,提高下層煤粉燃盡率,增加爐內動力場切圓效果。這樣既能減小水冷壁結焦程度又能強化下排燃燒,提高飽和水汽化能力。另外,由于燃燒中心下移,還可以降低再熱汽溫,從而減少再熱器減溫水用量。

圖1

M3:合理分配五臺磨組出力。在安全運行允許范圍內,將上排煤量適當下移,以延長燃煤在水冷壁位置燃燒時間,進一步加大飽和水汽化程度,從而提高蒸汽壓力。

(二)提高機組初參數

M4:在機組允許的范圍以內將再熱汽溫和主汽溫度維持在較高水平(#1爐主、再熱汽溫上限為548℃)。在安全范圍之內,較高的進汽溫度可以在保證機組在運行安全的基礎上,提高汽輪機逐級焓降,增加汽輪機內效率,從而提升所帶電負荷能力(維持再熱汽溫547℃同比維持542℃時可多帶5 MW/h電負荷)。在同等AGC調度指令下所需蒸汽流量減小,汽機調門也會隨之關小,主汽壓力得到相應提升。

M5:保證磨組最佳出力(短時間降低單磨組給煤量,提高一次風壓)。當磨組長時間處于低煤質、大煤量的工作環境時,磨組可能會由于堵粉而造成出力降低甚至堵磨事故,因此應對五臺磨組分別進行短時間的抽磨處理。以大風量、低煤量的形式將積粉從磨出口管排出,從而使磨組恢復到最佳出力水平。單獨抽磨操作時,如果將時間控制在2 min以內,不但不會造成主汽參數下降,反而會因為瞬間大量積粉排入爐內而使鍋爐參數相應上升。

(三)特殊調整手段的利用

M6:由于在機組“R”調度運行模式下,基點不變時,當前調度負荷會隨著機組出力變化而變化。適當的短時間一次性關小調門,不僅可以為壓力上升提供大量的初動能,更可以減小機組負荷與調度偏差帶來的負面影響。待壓力上升至較高水平時在將調門逐步緩慢開大至原始數值,從而使壓力維持在上漲后的較高水平而不下降。

M7:由于供熱熱量是按照時間段總熱量計算,那么可以通過短時間(5 min左右)適當一次性關小供熱抽汽從而加大機組帶電負荷能力,以提高壓力上升初動能,待主汽壓力上升至較高水平后,逐步開大供熱抽汽,這樣既能保證供熱熱量,又能將壓力維持在較高水平后從而帶更多的熱負荷。

(四)慣性動能的利用。以上提升壓力慣性動能的手段中,M1-M4為持久型手段。它們從根本上改變了爐內燃燒特性,提高了燃燒區的效率,無論煤種如何,通過這些方法均可延長燃煤在鍋爐底層的放熱時間,從而為主汽壓力的提升做好基礎性的鋪墊。而M5-M7則為暫時型手段,它們只能為主汽壓力的上升提供強大的慣性初動力。由于M6、M7更是涉及到供熱溫度、負荷偏差等重要參數,因此這些手段并不能長時間使用,必須要遵循短時間、一次性的開大原則,之后再進行恢復的時候也要逐步緩慢關小,從而放大慣性動力的作用。

圖2為調整前參數變化趨勢,可見主汽壓力水平較低無法滿足負荷需求,經調整后如圖3所示,在煤質無任何變化情況下通過合理運用M1-M7的調整手段,使得壓力(紅色曲線)上升至較高水平,并維持6 小時基本不變。

圖3

四、調整后機組經濟性分析

通過對M1-M7方法的合理運用,如圖4、5、6所示,丙值#1機組為試驗班組,其他值均未使用本文所述調整手段,在煤質不變的情況下,由于壓力得到有效提升后,機組帶負荷能力增強,在保障同等供熱水平、同煤種相同煤量的情況下,同比不調整的狀態下平均每小時能多發電7.5 MW/h左右。參考2016年度承德熱電有限公司數據,按照上網電價0.38元/度、全年單機組平均利用小時4510h計算,單機組全年可增加收益近1285萬元。

圖4 試驗日各值單機組消耗煤量(單位:噸)

圖5 試驗日化學煤質化驗結果

圖6 試驗日各值機組出力匯總

另外通過對鍋爐二次風配風調整后(圖1所示),由于火焰中心的下移,再熱蒸汽溫度得到有效控制,超溫現象減少,再熱器減溫水投入量明顯降低。在煤質、蒸汽流量不變的情況下,每小時可節約3.5 t/h左右再熱減溫水用量,全年可節省約15.33萬元。

結論

由于汽包鍋爐存在蓄熱能力的特性,當燃燒十分穩定的時候,為了破壞這種穩定的狀態,需要用外因——負荷變化、內因——改變燃燒的手段來為其提供足夠的改變慣性動能。當動能不足時,例如單個使用M1、M2、M3、M4的方法時并不能對參數帶來太大改變,為了使鍋爐參數,尤其是主汽壓力達到質的飛躍,我們需要將M1-M7這些手段同時并配合使用:先用M1-M4的方法對鍋爐本身燃燒進行本質改變之后再利用M5-M7提供的大量初動能使壓力快速上升至較高水平并較長時間維持在該水平,再將調門、供熱等參數進行緩慢逐步恢復,這樣就可以將主汽壓力快速的提升并維持在很高的水平,從而增加機組長時間的穩定較高出力。