600 MW亞臨界機(jī)組再熱汽溫低原因分析及對(duì)策

葛巍

（國(guó)能浙江北侖第一發(fā)電有限公司,浙江 寧波 315800）

1 概述

某電廠600 MW亞臨界機(jī)組鍋爐設(shè)備由加拿大巴威公司設(shè)計(jì)制造，鍋爐為單爐膛，Π形布置，一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐，采用前后墻對(duì)沖燃燒方式，配有中速磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)，在后煙井內(nèi)，后煙道布置低溫過(guò)熱器和省煤器，前煙道布置低溫再熱器受熱面，采用尾部煙道煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱蒸汽溫度[1]。鍋爐受熱面布置如圖1所示。

圖1 鍋爐受熱面布置

該機(jī)組于2018年進(jìn)行的綜合提效改造項(xiàng)目中，維持主蒸汽壓力及溫度不變，對(duì)鍋爐再熱器系統(tǒng)進(jìn)行改造，更換低溫再熱器、高溫再熱器以及聯(lián)箱等設(shè)備，以滿足爐側(cè)出口再熱蒸汽溫度由原先的540 ℃提溫至573 ℃，從而降低機(jī)組運(yùn)行煤耗[1]。鍋爐的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)

在改造后鍋爐運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)機(jī)組連續(xù)快速減負(fù)荷或長(zhǎng)時(shí)間處于低負(fù)荷運(yùn)行階段，爐側(cè)出口再熱汽溫會(huì)從滿負(fù)荷時(shí)能達(dá)到的額定值573 ℃，快速減至50%負(fù)荷階段時(shí)只能維持的530 ℃左右，在此后較長(zhǎng)一段運(yùn)行時(shí)間內(nèi)無(wú)法有效回升，嚴(yán)重影響低負(fù)荷階段鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，并且過(guò)低的再熱蒸汽溫度會(huì)造成汽輪機(jī)低壓缸末級(jí)濕度增加，對(duì)機(jī)組運(yùn)行安全性造成影響。

為了更好地了解再熱汽溫欠溫情況，通過(guò)拉歷史曲線的方式，制作了一個(gè)星期內(nèi)再熱汽溫欠溫統(tǒng)計(jì)表，如表2所示。

表2 再熱汽溫欠溫統(tǒng)計(jì)表

2 再熱汽溫偏低原因分析

2.1 串級(jí)PID控制方法不適用大滯后對(duì)象

在電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)中，再熱汽溫具有大慣性、大延時(shí)、動(dòng)態(tài)特性隨工況參數(shù)變化的特點(diǎn)，因此較難控制且不易穩(wěn)定[2]。實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，采用傳統(tǒng)的以減溫器出口汽溫作為導(dǎo)前信號(hào)的串級(jí)PID控制方法，在再熱汽溫控制時(shí)易造成再熱汽溫控制不穩(wěn)定，煙氣調(diào)節(jié)擋板自動(dòng)控制調(diào)節(jié)性能差，再熱汽溫下降或連續(xù)減負(fù)荷時(shí)，擋板不能及時(shí)自動(dòng)開(kāi)大，導(dǎo)致再熱汽溫持續(xù)降低。機(jī)組的再熱蒸汽壓力和負(fù)荷的前饋調(diào)節(jié)，由于使用中產(chǎn)生的擾動(dòng)較大，也并未投入使用。

2.2 深度調(diào)峰過(guò)程中主汽溫降低

機(jī)組在連續(xù)減負(fù)荷或深度調(diào)峰時(shí)，主汽溫受鍋爐煤量和風(fēng)量影響會(huì)大幅降低，某一階段也會(huì)出現(xiàn)小幅欠溫狀態(tài)，導(dǎo)致高排出口的冷再溫度同步降低，使得再熱器受熱面進(jìn)口溫度降低，加劇爐側(cè)再熱器出口溫度提升困難。由于深度調(diào)峰階段鍋爐總風(fēng)量及煙氣流量的減少，意味著再熱器受熱面對(duì)流換熱量減少，從而導(dǎo)致了再熱汽溫難以提升至額定值。

2.3 受熱面吹灰影響

機(jī)組在高負(fù)荷階段運(yùn)行過(guò)程中，需要對(duì)屏式過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器、爐膛水冷壁等區(qū)域進(jìn)行選擇性吹灰，以調(diào)整各受熱面壁溫在合理運(yùn)行范圍內(nèi)，減少機(jī)組運(yùn)行中過(guò)熱器減溫水量，增加爐膛水冷壁吸熱量等。但運(yùn)行中一旦投運(yùn)多支過(guò)熱器區(qū)域長(zhǎng)吹，則會(huì)造成低負(fù)荷階段再熱器受熱面吸熱量嚴(yán)重不足，給再熱汽溫在快速減負(fù)荷階段帶來(lái)更大幅度的下降[3]。

2.4 機(jī)組冷段再熱供熱流量調(diào)節(jié)性能差

機(jī)組負(fù)荷快速下降過(guò)程中，隨著冷段再熱蒸汽壓力降低，冷段抽汽供熱流量同步減少。冷再供熱調(diào)節(jié)閥受調(diào)節(jié)性能影響，不能及時(shí)跟蹤對(duì)外供熱母管壓力降低而同步開(kāi)大，這會(huì)導(dǎo)致冷再供熱量短時(shí)間內(nèi)減少，增量的再熱蒸汽流量進(jìn)一步造成再熱汽溫降低。

3 提升再熱汽溫的運(yùn)行調(diào)整及措施

3.1 調(diào)整燃燒器出力和配風(fēng)

通過(guò)開(kāi)大上層停運(yùn)磨組二次風(fēng)風(fēng)門，關(guān)小中、下層運(yùn)行磨組二次風(fēng)風(fēng)門，將鍋爐二次風(fēng)配風(fēng)方式調(diào)整為“倒三角配風(fēng)”方式，同時(shí)適當(dāng)提高中間層運(yùn)行磨組出力，使得中、下層部分未完全燃盡煤粉等還原性煤粉氣流在上層后富氧區(qū)域反應(yīng)燃燒，從而提升爐膛火焰中心高度。如表3所示，開(kāi)大上層停運(yùn)磨煤機(jī)二次風(fēng)風(fēng)門后，對(duì)再熱汽溫有明顯的提升效果。

表3 “倒三角配風(fēng)”方式后再熱汽溫變化

3.2 投運(yùn)再熱器區(qū)域吹灰器

尾部煙道積灰會(huì)使換熱變差，從而導(dǎo)致再熱器管壁溫度上升而再熱汽溫降低，此時(shí)投運(yùn)再熱器段吹灰可以加強(qiáng)受熱面換熱，能有效提升再熱汽溫水平[4]。

3.3 提高冷段抽汽供熱流量

快速減負(fù)荷階段可同步提高冷再供熱流量，使得一部分冷段再熱蒸汽用于供給冷再對(duì)外供熱，適當(dāng)減少冷段再熱蒸汽進(jìn)入再熱器受熱面的流量，從而提高熱段再熱蒸汽溫度。

3.4 提高鍋爐運(yùn)行過(guò)剩空氣系數(shù)

提高鍋爐運(yùn)行過(guò)剩空氣系數(shù)，一方面可以提升爐膛火焰中心高度，提高爐膛出口煙溫，從而提高半輻射半對(duì)流的再熱器受熱面吸熱份額；另一方面煙氣流量的增加可提高煙氣流速，增加對(duì)流換熱的低溫再熱器的對(duì)流吸熱份額，使再熱汽溫提高[5]。

3.5 封堵后煙井中后煙道過(guò)熱器區(qū)域部分擋板,提高前煙道再熱器區(qū)域煙氣流通量

尾部煙道調(diào)節(jié)擋板的開(kāi)度調(diào)整，是再熱汽溫調(diào)節(jié)的主要手段，通過(guò)改變后煙井中前、后煙道內(nèi)再熱器、過(guò)熱器的煙氣流量比例，使再熱汽溫達(dá)到額定設(shè)計(jì)值。鍋爐低溫過(guò)熱器調(diào)溫?fù)醢褰M間存在3個(gè)310 mm間隙，單個(gè)煙溫調(diào)節(jié)擋板在不同擋板開(kāi)度下的通流部分尺寸如圖2和圖3所示。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，計(jì)算出煙氣流通截面積如表4所示。

圖2 煙道擋板間間隙

圖3 單個(gè)煙溫調(diào)節(jié)擋板示意圖(單位mm)

表4 煙氣流通截面積

目前運(yùn)行中，尾部煙道調(diào)節(jié)擋板過(guò)熱器側(cè)自動(dòng)低限為30%開(kāi)度，通過(guò)數(shù)據(jù)模擬得出，將過(guò)熱器側(cè)煙道擋板開(kāi)度從30%關(guān)小到15%，煙氣流通面積將從11.4 m2減少到7.89 m2，減少比例為30%。因此在機(jī)組檢修中對(duì)鍋爐后煙道過(guò)熱器側(cè)擋板進(jìn)行間隔封堵，增加后煙道煙氣阻力，提升前煙道煙氣流量，從而有效改善煙道擋板調(diào)節(jié)特性，能保證鍋爐低負(fù)荷下再熱器出口汽溫，提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

3.6 改善再熱汽溫左右側(cè)偏差

再熱蒸汽A、B兩路溫度偏差較大，再熱汽采用A、B兩路交叉的方法。再熱汽溫左右偏差大，根據(jù)尾部煙道調(diào)節(jié)擋板調(diào)節(jié)策略，較高側(cè)再熱汽溫達(dá)到設(shè)定值后，調(diào)節(jié)擋板不會(huì)繼續(xù)開(kāi)大，從而導(dǎo)致較低側(cè)再熱汽溫不會(huì)繼續(xù)上升。所以，改善再熱汽溫左右側(cè)偏差對(duì)提升再熱汽溫有重要意義[6]。針對(duì)再熱汽溫左右側(cè)偏差大，主要有以下兩種改善方法：一是調(diào)整末級(jí)過(guò)熱器減溫水A/B側(cè)偏置，使得末級(jí)過(guò)熱器A/B側(cè)出口汽溫有偏差。如提升末級(jí)過(guò)熱器A側(cè)出口溫度，會(huì)導(dǎo)致?tīng)t膛A側(cè)的煙氣溫度上升，從而提升再熱汽溫A側(cè)出口溫度。二是對(duì)4塊過(guò)熱器/再熱器尾部煙道調(diào)節(jié)擋板開(kāi)度進(jìn)行精確控制。過(guò)熱器/再熱器尾部煙道調(diào)節(jié)擋板A和B的調(diào)節(jié)，對(duì)A側(cè)再熱汽溫有影響，過(guò)熱器/再熱器尾部煙道調(diào)節(jié)擋板C和D的調(diào)節(jié)，對(duì)B側(cè)再熱汽溫有影響。

4 調(diào)整效果

從圖4可以看出，7月調(diào)整前，再熱汽溫為564.68 ℃，8月開(kāi)始嘗試探索，再熱汽溫提高到570.53 ℃，9月試驗(yàn)后，再熱汽溫提高到572.11 ℃，有顯著提高。從表5可以看出，經(jīng)過(guò)運(yùn)行調(diào)整，再熱汽溫欠溫現(xiàn)象也有明顯改善，低溫的時(shí)間和頻次都大幅降低。

表5 調(diào)整后再熱汽溫欠溫統(tǒng)計(jì)表

圖4 再熱汽溫變化圖

5 結(jié)論

通過(guò)運(yùn)行方式的調(diào)整，提升對(duì)沖燃燒鍋爐在低負(fù)荷階段火焰中心高度，從而提高鍋爐再熱器溫度。本文列舉了“倒三角配風(fēng)”方式對(duì)爐側(cè)出口再熱汽溫的影響，后期運(yùn)行中可再通過(guò)調(diào)整一次風(fēng)比重等手段，繼續(xù)摸索提升低負(fù)荷階段再熱汽溫的有效方式。

通過(guò)加強(qiáng)再熱器區(qū)域吹灰器投運(yùn)，提高機(jī)組低負(fù)荷階段運(yùn)行總風(fēng)量，提高冷再供熱流量等手段，可以有效提高再熱器溫度，但需同步考慮機(jī)組再熱器受熱面磨損情況，運(yùn)行時(shí)應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)視過(guò)熱器和再熱器的運(yùn)行壁溫情況，防止局部超溫造成氧化皮脫落。

通過(guò)對(duì)后煙井中過(guò)熱器側(cè)擋板的間隔封堵，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷為50%負(fù)荷段時(shí)，鍋爐再熱汽溫較此前運(yùn)行中增加約20～28 ℃，這在一定程度上解決了中低負(fù)荷下再熱汽溫偏低問(wèn)題。通過(guò)計(jì)算，機(jī)組的發(fā)電煤耗降低了2.37 g/kW·h，排煙溫度下降了1.9 ℃。