2080 t/h亞臨界鍋爐性能試驗(yàn)與結(jié)果分析

伍志朋，史俊瑞，冷 杰，陳鵬飛，谷聰偉

(1.沈陽(yáng)工程學(xué)院能源與動(dòng)力學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)110136;2.東北電力科學(xué)研究院有限公司鍋爐技術(shù)研究所，遼寧沈陽(yáng)110006)

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)電力工業(yè)也發(fā)生了巨大的變化，發(fā)電裝機(jī)容量在2013年已經(jīng)達(dá)到3 000 GW，其中火電機(jī)組以8%的裝機(jī)容量逐年增加。與此同時(shí)，由于燃煤的價(jià)格持續(xù)上漲，使得發(fā)電行業(yè)的生產(chǎn)成本增加［1，2，5，9］。為了充分提升鍋爐熱效率，提高電廠的經(jīng)濟(jì)性［4-6］，對(duì)某電廠 HG-2080/17.5-HM12型鍋爐的熱效率進(jìn)行了測(cè)試試驗(yàn)，其結(jié)果為提高鍋爐的熱效率，減少能耗提供了理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

HG-2080/17.5-HM12型鍋爐為亞臨界壓力、四角切圓燃燒、固態(tài)排渣、單爐膛、一次中間再熱、控制循環(huán)汽包鍋爐、鍋爐整體Π型布置、全鋼構(gòu)架懸吊緊身全封閉結(jié)構(gòu)。鍋爐配備7臺(tái)輥式中速磨煤機(jī)，燃用設(shè)計(jì)煤種滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，6臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用;配置2臺(tái)三分倉(cāng)空氣預(yù)熱器;多級(jí)噴水減溫過(guò)熱器采用三級(jí)噴水減溫，第一級(jí)噴水減溫器布置于低溫過(guò)熱器與分隔屏之間，第二級(jí)噴水減溫器布置于分隔屏與過(guò)熱器后屏之間，第三級(jí)噴水減溫器布置于過(guò)熱器后屏與末級(jí)過(guò)熱器之間;再熱器采用擺動(dòng)燃燒器調(diào)溫。

鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1，燃料特性見(jiàn)表2。

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 鍋爐設(shè)計(jì)煤質(zhì)數(shù)據(jù)

2 試驗(yàn)準(zhǔn)備條件

在進(jìn)行鍋爐各項(xiàng)試驗(yàn)時(shí)，需要滿足以下的測(cè)試要求［3］:

1)電廠備好試驗(yàn)用煤，要求試驗(yàn)用煤盡量接近設(shè)計(jì)煤種，且試驗(yàn)保持連續(xù)進(jìn)行，防止由于煤質(zhì)的波動(dòng)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)造成影響。

2)試驗(yàn)前，鍋爐在試驗(yàn)負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行1 h以上。

3)試驗(yàn)期間，蒸汽溫度、壓力、流量、過(guò)量空氣系數(shù)、爐膛負(fù)壓、給水溫度等主要運(yùn)行參數(shù)保持穩(wěn)定，試驗(yàn)期間可接受的主要參數(shù)的浮動(dòng)范圍為:鍋爐蒸發(fā)量±3%、過(guò)熱蒸汽壓力±2%、過(guò)熱蒸汽溫度±5℃。

4)空氣預(yù)熱器出、入口和低溫省煤器出口的煙氣取樣測(cè)點(diǎn)能夠順利開(kāi)啟;取樣泵電源連接完畢，試運(yùn)行正常;煙氣分析儀校驗(yàn)合格，保證測(cè)試煙氣的成分準(zhǔn)確可靠。

5)試驗(yàn)期間禁止啟停磨煤機(jī)。

6)試驗(yàn)前進(jìn)行受熱面吹灰，并且在試驗(yàn)正式開(kāi)始前1 h完成全部吹灰工作，試驗(yàn)期間嚴(yán)禁吹灰。

7)關(guān)閉汽包的定排與連排閥門(mén)，試驗(yàn)期間禁止排污、打焦等。

8)試驗(yàn)期間不投油助燃。

3 試驗(yàn)測(cè)量方法與樣品分析

3.1 溫度測(cè)量

在煙道的空氣預(yù)熱器進(jìn)、出口處采用等截面網(wǎng)格法的原則，安裝T型鎧裝熱電偶測(cè)量煙氣溫度，將每2 s采集一次的溫度信號(hào)送至IMP數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

3.2 煙氣取樣測(cè)量

在采集溫度參數(shù)的同時(shí)，用混合罐采集所需煙氣，利用TESTO330煙氣分析儀每隔10 min分析一次煙氣中O2、CO2和CO含量。

3.3 原煤取樣及分析

在給煤機(jī)下料管中每30 min取樣一次，每次取樣2 kg，取樣結(jié)束后，立即將樣本封存，送至相關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)行煤質(zhì)化驗(yàn)，化驗(yàn)的內(nèi)容包括工業(yè)分析、發(fā)熱量和元素分析。

3.4 灰渣取樣及分析

采用零壓等速法，按網(wǎng)格法逐點(diǎn)取樣的原則，在空氣預(yù)熱器出口的每個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)位置用煙道飛灰采用槍采集，每點(diǎn)采樣5 min，取樣有效時(shí)間與鍋爐試驗(yàn)工況時(shí)間相等。爐渣取樣位置在爐底撈渣機(jī)出口，每30 min取樣一次，并將采集的灰渣樣品送至相關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)行灰、渣可燃物含量分析。

3.5 大氣條件測(cè)量

在送風(fēng)機(jī)入口附近用干濕球溫度計(jì)測(cè)量溫度和濕度;用膜盒式壓力計(jì)測(cè)量大氣壓力，每20 min測(cè)量一次。試驗(yàn)過(guò)程中所需要的其他機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，每隔30 min在控制室獲取一次。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 鍋爐熱效率試驗(yàn)結(jié)果

鍋爐熱效率試驗(yàn)依據(jù)GB10184-1988《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》［3］進(jìn)行，采用反平衡方法計(jì)算鍋爐熱效率。

依據(jù)試驗(yàn)鍋爐機(jī)組的設(shè)計(jì)參數(shù)，鍋爐熱效率試驗(yàn)分別在機(jī)組600 MW、500 MW和420 MW電負(fù)荷下進(jìn)行，在性能試驗(yàn)前鍋爐已達(dá)到上述的試驗(yàn)要求。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果將鍋爐熱效率試驗(yàn)的主要數(shù)據(jù)結(jié)果列于表3中。在進(jìn)行鍋爐排煙溫度測(cè)量過(guò)程中發(fā)現(xiàn)空氣預(yù)熱器出口煙道斷面上煙氣溫度的最低值出現(xiàn)在B側(cè)煙道的最外側(cè)，以上3個(gè)工況實(shí)際測(cè)量排煙溫度的最低值分別為102.6 ℃、96.4 ℃和92.5 ℃，試驗(yàn)結(jié)果的鍋爐熱效率曲線如圖1所示。

圖1 鍋爐熱效率隨機(jī)組電負(fù)荷變化曲線

隨著負(fù)荷的逐步增加，鍋爐的熱效率也隨之變大，出現(xiàn)這一變化的原因有兩點(diǎn):一是由于單位容積的散熱量不會(huì)隨負(fù)荷的增多而增多，鍋爐的散熱相對(duì)減少，也就意味著效率增加;二是由于隨著鍋爐負(fù)荷增大，燃燒更穩(wěn)定，灰渣的中含碳量減小，所以燃燒效率也增大。從表3中可以看出:隨著機(jī)組負(fù)荷的上升，鍋爐排煙溫度有所上升，但氧量大幅度下降，最終使得排煙熱損失隨負(fù)荷上升而下降。在運(yùn)行過(guò)程中，氧量隨負(fù)荷上升而下降，使得爐內(nèi)燃燒變差，機(jī)械未完全燃燒熱損失上升。不同負(fù)荷下鍋爐本體的散熱量變化很小，但隨著負(fù)荷的下降，鍋爐的輸入熱量是下降的，散熱損失是隨著負(fù)荷下降而上升的?；以锢頍釗p失受煤質(zhì)、排煙溫度、基準(zhǔn)溫度等多個(gè)因素影響，與負(fù)荷的變化規(guī)律無(wú)關(guān)。

表3 鍋爐熱效率試驗(yàn)主要數(shù)據(jù)結(jié)果

在現(xiàn)場(chǎng)采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)的過(guò)程中，存在部分不確定因素，因此，在進(jìn)行鍋爐熱效率計(jì)算之后需要對(duì)其結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，分析試驗(yàn)結(jié)果的可信度［7］。根據(jù)GB10184-1988規(guī)定的計(jì)算方法，影響鍋爐熱效率的主要因素有:①煤粉收到基碳、氫、氧、氮、硫含量;②煤粉收到基全水分;③收到基灰分;④收到基低位發(fā)熱量;⑤排煙中氧氣、一氧化碳、溫度的含量;⑥送風(fēng)機(jī)及入口空氣的溫度、爐渣和灰分可燃物的含量。該鍋爐機(jī)組600 MW電負(fù)荷工況下各主要因素對(duì)鍋爐熱效率產(chǎn)生影響的幅度變化，如圖2所示。

圖2 各主要因素對(duì)鍋爐熱效率產(chǎn)生影響的幅度變化

從圖2中可以看出:對(duì)鍋爐熱效率計(jì)算結(jié)果影響最大的主要是煤的收到基碳含量、收到基氫含量、鍋爐排煙氧量和飛灰可燃物含量，與文獻(xiàn)［2］相符。因此，可利用圖2得到的結(jié)果調(diào)整鍋爐運(yùn)行中的主要參數(shù)，了解該參數(shù)變化對(duì)鍋爐熱效率的影響幅度，從而為判斷不同工況下鍋爐熱效率提供參考。該試驗(yàn)中主要影響因素的參數(shù)變化范圍都是比較小的，不會(huì)對(duì)鍋爐熱效率的計(jì)算結(jié)果帶來(lái)明顯的不確定度。在鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，如果這幾項(xiàng)主要影響因素的參數(shù)變化幅度較大，則采用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行鍋爐熱效率預(yù)測(cè)會(huì)產(chǎn)生較大誤差。

4.2 空氣預(yù)熱器漏風(fēng)及煙氣阻力試驗(yàn)結(jié)果

空氣預(yù)熱器漏風(fēng)及阻力試驗(yàn)在鍋爐額定工況下進(jìn)行，在每臺(tái)空氣預(yù)熱器入口及出口煙道的采樣斷面以網(wǎng)格法布置40個(gè)采樣點(diǎn)，試驗(yàn)開(kāi)始后，在空氣預(yù)熱器入口及出口同時(shí)進(jìn)行煙氣采樣，并通過(guò)煙氣分析儀進(jìn)行分析，分析結(jié)果每15 min記錄一次;同時(shí)利用U型差壓計(jì)測(cè)量空氣預(yù)熱器入口及出口煙道內(nèi)的煙氣靜壓，試驗(yàn)數(shù)據(jù)每15 min記錄一次?？諝忸A(yù)熱器漏風(fēng)及煙風(fēng)阻力試驗(yàn)與機(jī)組600 MW電負(fù)荷鍋爐熱效率試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行。

試驗(yàn)期間保持機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，未進(jìn)行影響試驗(yàn)工況的調(diào)節(jié)，符合空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率試驗(yàn)所需的要求。鍋爐空氣預(yù)熱器漏風(fēng)及煙氣阻力試驗(yàn)主要數(shù)據(jù)結(jié)果，如表4所示。

表4 空預(yù)器漏風(fēng)及煙氣阻力試驗(yàn)主要數(shù)據(jù)結(jié)果

4.3 鍋爐主要輔機(jī)功率試驗(yàn)結(jié)果

鍋爐輔機(jī)功率試驗(yàn)與不同工況下的鍋爐熱效率試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，試驗(yàn)過(guò)程中機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，記錄試驗(yàn)期間輔機(jī)電流以計(jì)算功率，鍋爐輔機(jī)功率試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 鍋爐輔機(jī)功率試驗(yàn)結(jié)果

4.4 問(wèn)題分析

根據(jù)文獻(xiàn)［8］提供的鍋爐煙氣酸露點(diǎn)溫度計(jì)算方法，針對(duì)鍋爐實(shí)際燃煤的煤質(zhì)進(jìn)行分析計(jì)算，得出機(jī)組在600 MW、500 MW和420 MW電負(fù)荷工況下的排煙酸露點(diǎn)溫度分別為 93.45 ℃、90.74 ℃ 和 88.90 ℃。在進(jìn)行鍋爐排煙溫度測(cè)量過(guò)程中發(fā)現(xiàn):在鍋爐空氣預(yù)熱器出口煙道斷面上，煙氣溫度的最低值出現(xiàn)在B側(cè)煙道的最外側(cè)，以上3個(gè)工況實(shí)際測(cè)量排煙溫度的最低值分別為102.6℃、96.4℃和92.5℃。為了防止鍋爐受熱面發(fā)生低溫腐蝕，排煙溫度至少比煙氣的露點(diǎn)溫度高10℃，而根據(jù)此試驗(yàn)結(jié)果，該鍋爐的排煙溫度并沒(méi)有達(dá)到此要求。該發(fā)電廠地處寒冷地區(qū)，進(jìn)入冬季時(shí)最低氣溫能夠達(dá)到-30℃左右，此環(huán)境下的鍋爐排煙溫度將更低，更容易發(fā)生低溫腐蝕現(xiàn)象。為避免此現(xiàn)象發(fā)生，可以考慮采用以下兩種方式:一方面在鍋爐機(jī)組中投入暖風(fēng)器，提高鍋爐排煙溫度，防止低溫腐蝕的同時(shí)能夠提高鍋爐熱效率;另一方面，可以考慮低溫省煤器的運(yùn)行時(shí)機(jī)，在低溫省煤器入口煙氣溫度低于110℃的情況下自動(dòng)斷開(kāi)低溫省煤器，保護(hù)鍋爐尾部設(shè)備的受熱面。

5 結(jié)論

1)在試驗(yàn)中，該鍋爐機(jī)組的熱效率、空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率和主要輔機(jī)功率均達(dá)到相關(guān)的設(shè)計(jì)和保證標(biāo)準(zhǔn)，鍋爐機(jī)組運(yùn)行正常。

2)在用鍋爐反平衡法計(jì)算鍋爐熱效率時(shí)，需要注意對(duì)其試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行不確定度的分析。煙道中煙氣溫度是典型的三維分布，應(yīng)采用多點(diǎn)測(cè)量且取平均值。試驗(yàn)過(guò)程中要嚴(yán)格控制排煙溫度和煙氣中氧量的測(cè)量誤差，消除人為因素的影響，提高對(duì)飛灰含碳量及煤粉中氫元素的測(cè)量精度。

3)保護(hù)鍋爐尾部受熱面，一方面可以視時(shí)機(jī)的投運(yùn)低溫省煤器，另一方面可以投運(yùn)暖風(fēng)器。

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