三煙道擋板調(diào)溫在660MW高效超超臨界二次再熱燃煤電站鍋爐中的應(yīng)用

賈本康

（國(guó)電蚌埠發(fā)電有限公司，安徽 懷遠(yuǎn)233411）

1 引言

二次再熱燃煤發(fā)電技術(shù)是當(dāng)前世界領(lǐng)先的燃煤發(fā)電技術(shù)[1]。與常規(guī)超超臨界一次再熱機(jī)組相比，其熱效率提高約2%，與超臨界機(jī)組相比，其熱效率可提高約5%，熱效率的提高意味著大幅度降低了燃煤消耗和減少了污染物排放。

由于新增加了一組再熱回路，二次再熱技術(shù)使機(jī)組熱力系統(tǒng)更加復(fù)雜，鍋爐氣溫精準(zhǔn)調(diào)節(jié)難度加大。鍋爐氣溫調(diào)節(jié)方式的成敗，往往成為二次再熱技術(shù)能否取得高效率的關(guān)鍵。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為二次再熱機(jī)組最理想的調(diào)溫方式應(yīng)該是既能確保再熱器調(diào)溫范圍大（對(duì)于燃煤機(jī)組，高、低壓再熱器保證額定氣溫范圍為50%～100%BMCR，BMCR為鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量），盡量不采用減溫水且有較寬的調(diào)節(jié)裕度的調(diào)溫方式。

2 二次再熱鍋爐調(diào)溫方式

國(guó)外二次再熱發(fā)展較早，但機(jī)組主要以燃油燃?xì)鉃橹?，因此，大多采用再循環(huán)調(diào)溫輔以擋板或噴水等調(diào)溫方式。國(guó)內(nèi)二次再熱技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，各主機(jī)廠也提出了各自不同的調(diào)溫方案，常規(guī)的有擺動(dòng)燃燒器+擋板調(diào)溫、煙氣再循環(huán)+煙氣擋板調(diào)溫。

2.1 擺動(dòng)燃燒器

擺動(dòng)燃燒器是通過(guò)改變火焰中心位置，從而改變爐膛出口煙氣溫度，以調(diào)節(jié)再熱氣溫（見(jiàn)圖1）?？繑[動(dòng)燃燒器調(diào)溫通常要求爐內(nèi)布置輻射式受熱面，理論上燃燒器上下擺動(dòng)角度20°～30°，調(diào)溫幅度可達(dá)40～60℃。但大容量超超臨界機(jī)組受參數(shù)、材料或結(jié)構(gòu)的限制不宜布置輻射式再熱器，使得擺動(dòng)燃燒器的氣溫調(diào)節(jié)能力下降，調(diào)節(jié)范圍變小。同時(shí)，燃燒器的傾角也不能太大，過(guò)大的上傾角會(huì)增加燃料的未燃盡損失，而下傾角過(guò)大又會(huì)造成冷灰斗的結(jié)渣。所以，目前擺動(dòng)燃燒器上傾斜角僅為10°～15°，下傾角僅為20°，調(diào)溫范圍約30～50℃。此外，擺動(dòng)燃燒器調(diào)溫方式受煤種變化或者汽輪機(jī)熱平衡偏差的影響較大。

再者，二次再熱鍋爐同時(shí)存在2個(gè)再熱器，擺動(dòng)燃燒器對(duì)2個(gè)再熱器氣溫的影響是同向的，擺動(dòng)調(diào)溫不能實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)2個(gè)再熱氣溫的差值，需要配合煙氣擋板同時(shí)調(diào)節(jié)。

國(guó)內(nèi)某電廠二次再熱機(jī)組即采用擺動(dòng)燃燒器+煙氣擋板+噴水減溫方式，其保證一次再熱蒸汽出口溫度在50%～100%BMCR工況下達(dá)到設(shè)計(jì)值，而二次再熱氣溫被證明只能在65%～100%BMCR工況范圍內(nèi)才能達(dá)到設(shè)計(jì)值，再熱氣溫保證范圍小。

圖1 擺動(dòng)式燃燒器調(diào)節(jié)再熱氣溫

2.2 煙氣再循環(huán)

該種調(diào)溫方式抽取部分鍋爐冷煙氣再反送入爐膛內(nèi)，影響爐內(nèi)溫度場(chǎng)，改變輻射受熱面和對(duì)流受熱面吸熱比例，從而調(diào)節(jié)鍋爐氣溫。按再循環(huán)煙氣來(lái)源不同，業(yè)內(nèi)煙氣再循環(huán)主要有以下幾種不同方案：

1）從省煤器后抽取再循環(huán)煙氣，煙溫較高，對(duì)爐膛燃燒影響小，且再循環(huán)煙氣不影響機(jī)組其他輔助設(shè)備，再循環(huán)風(fēng)機(jī)壓頭較低，運(yùn)行時(shí)電耗較小，但是該方案的再循環(huán)風(fēng)機(jī)的工作環(huán)境惡劣，長(zhǎng)期處于高粉塵濃度，高溫?zé)煖氐沫h(huán)境下，風(fēng)機(jī)葉片須長(zhǎng)期承受煙氣磨損和高溫。因此，材料及制造成本高且風(fēng)機(jī)可靠性差，通常只能保證1～2年甚至更短的使用壽命，需定期進(jìn)行維護(hù)，維護(hù)費(fèi)用較高。

2）從除塵器后或引風(fēng)機(jī)后抽取煙氣（見(jiàn)圖2）。采用此種煙氣再循環(huán)方式的鍋爐，對(duì)煙道、空氣預(yù)熱器和除塵器而言增加了部分煙氣量，增加了設(shè)備改造成本，并且會(huì)增加除塵器運(yùn)行電耗，同時(shí)由于除塵器后的負(fù)壓最大，而送入爐膛需要微正壓，再循環(huán)風(fēng)機(jī)壓頭較高，電耗也較高。但該方案的風(fēng)機(jī)運(yùn)行條件較好，風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)。

總體來(lái)說(shuō)，煙氣再循環(huán)優(yōu)點(diǎn)是調(diào)溫幅度較大且可靠穩(wěn)定，但由于需要新增煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)，設(shè)備成本、電耗及維護(hù)成本會(huì)大幅度增加，且排煙熱損失有所增加，造成鍋爐熱效率整體降低。

圖2 煙氣再循環(huán)布置示意圖（引風(fēng)機(jī)后抽取煙氣）

2.3 煙氣擋板調(diào)節(jié)

煙氣擋板調(diào)溫是二次再熱鍋爐最近發(fā)展的調(diào)溫方式。與常規(guī)一次再熱鍋爐煙氣擋板調(diào)節(jié)類(lèi)似，二次再熱鍋爐煙氣擋板調(diào)溫仍然是通過(guò)改變鍋爐尾部煙道內(nèi)流經(jīng)再熱器的煙氣流量來(lái)調(diào)節(jié)再熱氣溫。煙氣擋板調(diào)溫優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，調(diào)溫幅度較大，設(shè)備投資低，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，不影響爐內(nèi)燃燒及熱效率。三煙道擋板調(diào)溫通過(guò)尾部3個(gè)煙道擋板調(diào)節(jié)（見(jiàn)圖3），可以通過(guò)一種調(diào)節(jié)手段實(shí)現(xiàn)2個(gè)再熱氣溫調(diào)節(jié)，不增加機(jī)組電耗，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性好。

圖3 擋板總體布置示意圖

3 本工程鍋爐再熱器調(diào)溫方案

3.1 三煙道擋板結(jié)構(gòu)布置

本工程在世界范圍內(nèi)首次采用二次再熱鍋爐三煙道擋板調(diào)溫方案。鍋爐尾部并列布置有2個(gè)煙道（見(jiàn)圖4），前煙道用于布置一次低再受熱面，中間煙道布置二次低再受熱面，后煙道內(nèi)則布置有低過(guò)受熱面。采用調(diào)節(jié)擋板控制每個(gè)煙道通過(guò)的煙氣量，共布置3個(gè)調(diào)節(jié)擋板。每個(gè)擋板的葉片為對(duì)開(kāi)式平板結(jié)構(gòu)，流線型。每個(gè)擋板配置2臺(tái)執(zhí)行器，共6臺(tái)執(zhí)行器，分別裝在鍋爐的兩側(cè)（見(jiàn)圖5）。

圖4 受熱面總體 布置示意圖

圖5 擋板結(jié)構(gòu)詳圖（僅示單側(cè)）

3.2 不同負(fù)荷下各煙道的煙氣份額

根據(jù)過(guò)熱器、一次再熱器、二次再熱器吸熱量不同的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)科學(xué)分析優(yōu)化了過(guò)熱器及再熱器布置方式和結(jié)構(gòu)形式，過(guò)熱器采用輻射-對(duì)流型，一次再熱為半輻射-對(duì)流型，二次再熱為純對(duì)流布置。通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算，本工程合理分配了再熱器各級(jí)受熱面的吸熱比例，增加了低溫再熱器受熱面積，改善了煙氣擋板的氣溫耦合特性。從表1和圖6可以看出，各負(fù)荷下各煙道煙氣份額合理，通過(guò)煙氣擋板改變煙氣流量，在50%～100%負(fù)荷范圍內(nèi)一次、二次再氣溫均能達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)值（見(jiàn)表2）。

表1 煙氣份額計(jì)算表

圖6 各煙道煙氣份額隨負(fù)荷變化曲線

表2 各負(fù)荷蒸氣溫度℃

3.3 三煙道擋板控制邏輯

通過(guò)一次低再出口煙氣調(diào)節(jié)擋板調(diào)節(jié)一次高再與二次高再出口氣溫的偏差，低過(guò)出口煙氣擋板調(diào)節(jié)對(duì)象為一次低再與二次低再氣溫的平均值，二次低再出口煙氣擋板自動(dòng)跟蹤一次低再出口煙氣調(diào)節(jié)擋板與低過(guò)出口煙氣調(diào)節(jié)擋板開(kāi)度。實(shí)際運(yùn)行中，一次低再與二次低再氣溫的平均值期望值由鍋爐負(fù)荷指令計(jì)算生成，二次低再出口煙氣擋板開(kāi)度調(diào)節(jié)較小，僅用一次低再出口煙氣調(diào)節(jié)擋板和低過(guò)出口煙氣調(diào)節(jié)擋板動(dòng)作即可完成氣溫調(diào)節(jié)，且調(diào)節(jié)性能較好。

4 三煙道擋板調(diào)溫的技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益

隨著蚌埠電廠二期工程2×660MW超超臨界二次再熱機(jī)組順利投入商業(yè)運(yùn)行，標(biāo)志著三煙道擋板調(diào)溫技術(shù)在世界范圍內(nèi)首次應(yīng)用且成功通過(guò)考核。

鍋爐各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到額定參數(shù)：660MW負(fù)荷下，鍋爐主汽壓力達(dá)32.45MPa、過(guò)熱氣溫不低于605℃，一次、二次再熱氣溫均不低于623℃。同時(shí)，在50%BMCR以上負(fù)荷下，鍋爐兩級(jí)再熱蒸氣溫度均能達(dá)到623℃，符合三煙道擋板調(diào)溫技術(shù)預(yù)期值。經(jīng)過(guò)優(yōu)化調(diào)整后的鍋爐效率達(dá)到94.78%；鍋爐出口NOx排放低于180mg/Nm3。機(jī)組供電煤耗比常規(guī)一次再熱超超臨界機(jī)組低約20g/（kW·h）；與同容量同參數(shù)二次再熱機(jī)組相比降低約2g/（kW·h），單臺(tái)機(jī)組每年可節(jié)約8 580t標(biāo)準(zhǔn)煤（按年利用小時(shí)數(shù)6 500h計(jì)），每年減少二氧化碳排放約21 400t，具有良好的節(jié)能環(huán)保效果。

5 項(xiàng)目意義

三煙道擋板調(diào)溫技術(shù)已在蚌埠電廠二期工程成功應(yīng)用，該工程的長(zhǎng)期運(yùn)行實(shí)踐表明，三煙道擋板調(diào)溫技術(shù)是可靠、高效的調(diào)溫手段，是二次再熱鍋爐最佳的氣溫調(diào)節(jié)方案。