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(jī)組經(jīng)濟(jì)效益的運(yùn)行調(diào)整手段研究

牟 超

國(guó)能承德熱電有限公司 河北 承德430000

引言

在當(dāng)前形勢(shì)下,各燃煤電廠為降低成本大量燃用低品質(zhì)燃煤(褐煤),導(dǎo)至機(jī)組出力不足,而在深冬供熱階段鍋爐熱負(fù)荷需求卻日趨增加,這成為火力熱電廠當(dāng)今主要矛盾。通過在極端工況下,對(duì)運(yùn)行調(diào)整手段加以改進(jìn),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(shù)可以大幅度提升機(jī)組循環(huán)效率,而燃煤品質(zhì)低下,又要保證適應(yīng)調(diào)度負(fù)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(diào)整手段上入手。以下我們將以 國(guó)能承德熱電有限公司#1爐為例(下簡(jiǎn)稱#1爐),來闡述調(diào)整手段的改進(jìn)方式并列出相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。

一、設(shè)備簡(jiǎn)介

#1爐是由上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的SG-1025/18.55-M727型鍋爐,該鍋爐為亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、自然循環(huán)、單爐膛、平衡通風(fēng),擺動(dòng)燃燒器四角切圓燃燒,五臺(tái)直吹式中速磨自上而下按EDCBA 順序排布,最高總煤量可達(dá)188t/h。#1汽輪機(jī)為北京重型電機(jī)廠引進(jìn)法國(guó)阿爾斯通技術(shù)生產(chǎn)的NC330-17.75/540/540/0.3 型亞臨界蒸汽參數(shù)、一次中間再熱、單軸、三缸雙排汽、采暖抽汽凝汽式汽輪機(jī)。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(jī)四抽同時(shí)為熱泵系統(tǒng)提供汽量為200t/h左右的蒸汽,作為熱泵的驅(qū)動(dòng)汽源以充分提高供熱溫度。因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)調(diào)整模式下大量燃用褐煤使得鍋爐燃燒率下降,導(dǎo)致蒸汽初參數(shù)低,汽輪機(jī)做功能力下降,機(jī)組效率降低,影響了機(jī)組部分出力。為了提高鍋爐燃燒效率列出以下運(yùn)行調(diào)整模型。

二、調(diào)整模型前提條件

1.負(fù)荷調(diào)節(jié)方式為調(diào)度帶基點(diǎn)正常調(diào)節(jié)子模式(BLR 模式,簡(jiǎn)稱R 模式)。

2.由于機(jī)組出力不足而造成負(fù)荷不能滿足調(diào)度需求,燃煤總量恒定188t/h且煤質(zhì)不變,綜合閥位100%。

3.熱網(wǎng)熱泵供汽量400t/h不變。

三、模型建立

M:利用所有提高壓力調(diào)整手段后而產(chǎn)生的汽包鍋爐蓄熱慣性動(dòng)能。

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

其中:M1-M7為不同調(diào)整手段產(chǎn)生的慣性分動(dòng)能。

手段介紹:

(一)強(qiáng)化燃燒

M1:適當(dāng)加大送風(fēng)機(jī)出力或者減小A、B、C、D、E層周界風(fēng)開度從而提高小風(fēng)箱差壓,相應(yīng)提高周界風(fēng)壓力,以提高煤粉剛性,加大燃燒區(qū)域風(fēng)粉混合程度。

M2:適當(dāng)開大AA、AB、BC、CD、DE、EE層混合輔助風(fēng)開度,提高輔助風(fēng)風(fēng)量,從而進(jìn)一步加大風(fēng)粉混合程度,提高下層煤粉燃盡率,增加爐內(nèi)動(dòng)力場(chǎng)切圓效果。這樣既能減小水冷壁結(jié)焦程度又能強(qiáng)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(tái)磨組出力。在安全運(yùn)行允許范圍內(nèi),將上排煤量適當(dāng)下移,以延長(zhǎng)燃煤在水冷壁位置燃燒時(shí)間,進(jìn)一步加大飽和水汽化程度,從而提高蒸汽壓力。

(二)提高機(jī)組初參數(shù)

M4:在機(jī)組允許的范圍以內(nèi)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(nèi),較高的進(jìn)汽溫度可以在保證機(jī)組在運(yùn)行安全的基礎(chǔ)上,提高汽輪機(jī)逐級(jí)焓降,增加汽輪機(jī)內(nèi)效率,從而提升所帶電負(fù)荷能力(維持再熱汽溫547℃同比維持542℃時(shí)可多帶5 MW/h電負(fù)荷)。在同等AGC調(diào)度指令下所需蒸汽流量減小,汽機(jī)調(diào)門也會(huì)隨之關(guān)小,主汽壓力得到相應(yīng)提升。

M5:保證磨組最佳出力(短時(shí)間降低單磨組給煤量,提高一次風(fēng)壓)。當(dāng)磨組長(zhǎng)時(shí)間處于低煤質(zhì)、大煤量的工作環(huán)境時(shí),磨組可能會(huì)由于堵粉而造成出力降低甚至堵磨事故,因此應(yīng)對(duì)五臺(tái)磨組分別進(jìn)行短時(shí)間的抽磨處理。以大風(fēng)量、低煤量的形式將積粉從磨出口管排出,從而使磨組恢復(fù)到最佳出力水平。單獨(dú)抽磨操作時(shí),如果將時(shí)間控制在2 min以內(nèi),不但不會(huì)造成主汽參數(shù)下降,反而會(huì)因?yàn)樗查g大量積粉排入爐內(nèi)而使鍋爐參數(shù)相應(yīng)上升。

(三)特殊調(diào)整手段的利用

M6:由于在機(jī)組“R”調(diào)度運(yùn)行模式下,基點(diǎn)不變時(shí),當(dāng)前調(diào)度負(fù)荷會(huì)隨著機(jī)組出力變化而變化。適當(dāng)?shù)亩虝r(shí)間一次性關(guān)小調(diào)門,不僅可以為壓力上升提供大量的初動(dòng)能,更可以減小機(jī)組負(fù)荷與調(diào)度偏差帶來的負(fù)面影響。待壓力上升至較高水平時(shí)在將調(diào)門逐步緩慢開大至原始數(shù)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(shí)間段總熱量計(jì)算,那么可以通過短時(shí)間(5 min左右)適當(dāng)一次性關(guān)小供熱抽汽從而加大機(jī)組帶電負(fù)荷能力,以提高壓力上升初動(dòng)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(fù)荷。

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

圖2為調(diào)整前參數(shù)變化趨勢(shì),可見主汽壓力水平較低無法滿足負(fù)荷需求,經(jīng)調(diào)整后如圖3所示,在煤質(zhì)無任何變化情況下通過合理運(yùn)用M1-M7的調(diào)整手段,使得壓力(紅色曲線)上升至較高水平,并維持6 小時(shí)基本不變。

圖3

四、調(diào)整后機(jī)組經(jīng)濟(jì)性分析

通過對(duì)M1-M7方法的合理運(yùn)用,如圖4、5、6所示,丙值#1機(jī)組為試驗(yàn)班組,其他值均未使用本文所述調(diào)整手段,在煤質(zhì)不變的情況下,由于壓力得到有效提升后,機(jī)組帶負(fù)荷能力增強(qiáng),在保障同等供熱水平、同煤種相同煤量的情況下,同比不調(diào)整的狀態(tài)下平均每小時(shí)能多發(fā)電7.5 MW/h左右。參考2016年度承德熱電有限公司數(shù)據(jù),按照上網(wǎng)電價(jià)0.38元/度、全年單機(jī)組平均利用小時(shí)4510h計(jì)算,單機(jī)組全年可增加收益近1285萬元。

圖4 試驗(yàn)日各值單機(jī)組消耗煤量(單位:噸)

圖5 試驗(yàn)日化學(xué)煤質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果

圖6 試驗(yàn)日各值機(jī)組出力匯總

另外通過對(duì)鍋爐二次風(fēng)配風(fēng)調(diào)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(xiàn)象減少,再熱器減溫水投入量明顯降低。在煤質(zhì)、蒸汽流量不變的情況下,每小時(shí)可節(jié)約3.5 t/h左右再熱減溫水用量,全年可節(jié)省約15.33萬元。

結(jié)論

由于汽包鍋爐存在蓄熱能力的特性,當(dāng)燃燒十分穩(wěn)定的時(shí)候,為了破壞這種穩(wěn)定的狀態(tài),需要用外因——負(fù)荷變化、內(nèi)因——改變?nèi)紵氖侄蝸頌槠涮峁┳銐虻母淖儜T性動(dòng)能。當(dāng)動(dòng)能不足時(shí),例如單個(gè)使用M1、M2、M3、M4的方法時(shí)并不能對(duì)參數(shù)帶來太大改變,為了使鍋爐參數(shù),尤其是主汽壓力達(dá)到質(zhì)的飛躍,我們需要將M1-M7這些手段同時(shí)并配合使用:先用M1-M4的方法對(duì)鍋爐本身燃燒進(jìn)行本質(zhì)改變之后再利用M5-M7提供的大量初動(dòng)能使壓力快速上升至較高水平并較長(zhǎng)時(shí)間維持在該水平,再將調(diào)門、供熱等參數(shù)進(jìn)行緩慢逐步恢復(fù),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(jī)組長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定較高出力。