630MW超臨界機(jī)組鍋爐及其輔助系統(tǒng)節(jié)能診斷

彭志福

大唐華東電力試驗(yàn)研究院

根據(jù)國(guó)務(wù)院印發(fā)《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》［1］，到2020年火電供平均電煤耗要達(dá)306g/kWh,因此火電的節(jié)能工作日益重要。某電廠共4臺(tái)機(jī)組，其中1號(hào)機(jī)組及2號(hào)機(jī)組能耗指標(biāo)較好，但3號(hào)機(jī)組煤耗明顯高于其他幾臺(tái)機(jī)組，問(wèn)題突出。為評(píng)估該電廠3號(hào)機(jī)組的能耗狀況［2］，對(duì)該機(jī)組鍋爐及其輔助系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能診斷，找出鍋爐及其輔助系統(tǒng)的問(wèn)題，并給出建議措施。

1 鍋爐概述

該機(jī)組選用哈爾濱鍋爐有限責(zé)任公司與三井巴布科克（MB）公司合作設(shè)計(jì)制造的超臨界本生（Benson）直流鍋爐，型號(hào)：HG-1890/25.4-YM4。一次中間再熱、滑壓運(yùn)行，鍋爐配置再循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)，固態(tài)排渣、單爐膛、平衡通風(fēng)、Π型布置、全鋼結(jié)構(gòu)懸吊結(jié)構(gòu)、露天布置，機(jī)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(shè)計(jì)煤種為神府東勝煤，校核煤種為大同塔山煤。最大連續(xù)蒸發(fā)量1 890t/h，過(guò)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(tǒng)節(jié)能診斷

在機(jī)組75%負(fù)荷工況下，對(duì)該鍋爐進(jìn)行了鍋爐效率的測(cè)試，并將鍋爐效率及各項(xiàng)熱損失同75%負(fù)荷下的鍋爐設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比數(shù)據(jù)如表1，從表中可以發(fā)現(xiàn)鍋爐效率低于設(shè)計(jì)值0.96%，較設(shè)計(jì)值低的主要原因是排煙熱損失q2遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致鍋爐整體效率下降，低于設(shè)計(jì)值。

表1 鍋爐效率及各項(xiàng)熱損失試驗(yàn)值同設(shè)計(jì)值對(duì)比

對(duì)2017年鍋爐輔助系統(tǒng)的電耗平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并與設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表2，從表2中可以看出引風(fēng)機(jī)電耗高于設(shè)計(jì)值0.13%，主要原因是由于尾部煙道阻力大于設(shè)計(jì)值。

表2 輔機(jī)電耗完成值同設(shè)計(jì)值對(duì)比

針對(duì)該鍋爐及其輔助系統(tǒng)的試驗(yàn)、檢查并與設(shè)計(jì)值對(duì)比，發(fā)現(xiàn)了該鍋爐存在一系列問(wèn)題，并對(duì)這些問(wèn)題的節(jié)能潛力進(jìn)行分析。鍋爐及其輔助系統(tǒng)的節(jié)能潛力合計(jì)為4.99g/kWh，其中排煙溫度較設(shè)計(jì)值高23.3℃，影響煤耗3.73g/kWh。

表3 鍋爐及其輔助系統(tǒng)的問(wèn)題及節(jié)能潛力

3 存在問(wèn)題

對(duì)鍋爐進(jìn)行全面檢查，并進(jìn)行了鍋爐冷態(tài)動(dòng)力場(chǎng)、煙道阻力和鍋爐效率測(cè)試等試驗(yàn)[3-5]。對(duì)影響鍋爐效率的原因進(jìn)行了分析，提出鍋爐側(cè)及其輔助系統(tǒng)所存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，提出相關(guān)建議和措施。

3.1 燃燒器燒損嚴(yán)重

鍋爐共有6層30個(gè)燃燒器，除B層磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)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(fēng)、一次風(fēng)、二次風(fēng)、三次風(fēng)和四次風(fēng)。主燃燒空氣分為二次風(fēng)、三次風(fēng)和四次風(fēng)，以加大空氣分級(jí)程度。二次風(fēng)、三次風(fēng)和四次風(fēng)通過(guò)燃燒器內(nèi)同心的環(huán)形通道，在燃燒的不同階段進(jìn)入爐膛，有助于NOx總量的降低和燃料的燃盡。

由于在運(yùn)行的時(shí)候，二次風(fēng)通道較窄，二次風(fēng)補(bǔ)風(fēng)能力不佳，導(dǎo)致燃燒器二次風(fēng)區(qū)域冷卻能力不足，金屬在長(zhǎng)期高溫下嚴(yán)重?zé)龘p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(fēng)筒出現(xiàn)大量鼓包、變形擠壓、局部切割情況，導(dǎo)致二次風(fēng)基本不能形成由組織風(fēng)參與燃燒；因?yàn)槎物L(fēng)筒的鼓包、變形擠壓，不僅影響三次風(fēng)通流面積、破壞三次風(fēng)流場(chǎng)還導(dǎo)致部分三次風(fēng)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(shí)反映葉片旋流強(qiáng)度。圖1為燃燒器及空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)燃燒器煙花示蹤側(cè)面圖。旋流燃燒器在主一次風(fēng)氣流與旋流風(fēng)之間，存在環(huán)形回流區(qū)；氣流在爐膛斷面上分布不均勻，存在偏斜射流、直流風(fēng)竄進(jìn)旋流風(fēng)相互影響的情況。

圖1 鍋爐旋流燃燒器及冷態(tài)動(dòng)力場(chǎng)煙花示蹤圖

建議措施：

（1）在有條件的情況下更換或修復(fù)燃燒器。

（2）運(yùn)行中應(yīng)保證主燃燒區(qū)域氧量，避免因缺氧運(yùn)行造成結(jié)焦、管壁超溫、排煙溫度異常升高。

3.2 機(jī)組不能長(zhǎng)期處于滿負(fù)荷運(yùn)行

機(jī)組原設(shè)計(jì)容量為600MW，后增容改造，機(jī)組容量由600MW增加至630MW。在實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷達(dá)到530MW時(shí)，引風(fēng)機(jī)全壓已經(jīng)達(dá)到了8 100MPa為引風(fēng)機(jī)安全出力的上限；一次風(fēng)機(jī)全壓及風(fēng)量均已超過(guò)BMCR工況全壓與風(fēng)量，一次風(fēng)機(jī)超出力。經(jīng)分析得出造成機(jī)組出力不足的原因主要有兩點(diǎn)：

（1）鍋爐設(shè)計(jì)煤種為神府東勝煤，滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)磨煤機(jī)5臺(tái)運(yùn)行1臺(tái)備用。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，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(jī)全部投入運(yùn)行時(shí)，未達(dá)滿負(fù)荷時(shí)，磨煤機(jī)出力已達(dá)上限。

（2）尾部煙道煙風(fēng)阻力大于設(shè)計(jì)值，該機(jī)組在引風(fēng)機(jī)增容改造后在尾部煙道增設(shè)了MGGH。MGGH在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，由于受熱面低溫腐蝕，導(dǎo)致MGGH內(nèi)部堵塞。MGGH設(shè)計(jì)阻力小于600Pa，根據(jù)試驗(yàn)測(cè)量，MGGH阻力近1 490Pa，遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值，增大了尾部煙道的煙風(fēng)阻力，導(dǎo)致在未達(dá)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)引風(fēng)機(jī)出力已達(dá)上限。

建議措施：

（1）進(jìn)行配煤摻燒試驗(yàn)，制定合理的配煤摻燒方案。

（2）制定煙道阻力優(yōu)化方案或引風(fēng)機(jī)出力優(yōu)化方案，對(duì)MGGH的腐蝕受熱面進(jìn)行更換，換用防腐性能更好的材質(zhì)。

（3）對(duì)引風(fēng)機(jī)增容改造，可考慮汽電雙驅(qū)改造方案：負(fù)荷較高時(shí)引風(fēng)機(jī)由小汽輪機(jī)及電機(jī)雙驅(qū)動(dòng)，在低負(fù)荷情況下，引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽機(jī)可保持額定功率運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)運(yùn)行帶廠用電，降低廠用電率，提升經(jīng)濟(jì)性。

3.3 排煙溫度高

該機(jī)組在75%負(fù)荷下設(shè)計(jì)排煙溫度為109.3℃，實(shí)測(cè)排煙溫度達(dá)132.6℃，超出設(shè)計(jì)溫度23.3℃。經(jīng)分析原因主要為燃燒器部分燒損導(dǎo)致各層燃燒器噴口不同程度損壞，風(fēng)粉混合差，不能有效組織燃燒；燃燒器區(qū)域二次風(fēng)補(bǔ)風(fēng)能力不足，尤其低負(fù)荷高煤量運(yùn)行時(shí)受限于二次風(fēng)母管壓力低，導(dǎo)致主燃燒器區(qū)域缺氧，煤粉燃盡滯后，造成排煙溫度升高；實(shí)際燃燒煤種與設(shè)計(jì)煤種有差異，在摻燒褐煤時(shí)，燃燒煤種與設(shè)計(jì)煤種相比，水分偏大，鍋爐總風(fēng)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(fù)燃燒器。

（2）優(yōu)化煙氣余熱利用系統(tǒng)。

如：改造MGGH系統(tǒng)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(tǒng)基礎(chǔ)上改造為MGGH+低低溫省煤器系統(tǒng)（如圖3）

圖3 MGGH+低低溫省煤器系統(tǒng)流程示意圖

4 結(jié)論

該機(jī)組鍋爐及其輔助系統(tǒng)由于設(shè)備運(yùn)行問(wèn)題較大，存在較大的節(jié)能潛力，節(jié)能潛力達(dá)4.99g/kWh。若挖掘該鍋爐及其輔助系統(tǒng)節(jié)能潛力，按照標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)700元/t、機(jī)組年平均負(fù)荷為75%計(jì)算，每年可節(jié)約標(biāo)煤約20 000t，發(fā)電成本約下降1400萬(wàn)元。