1000MW二次再熱鍋爐受熱面設(shè)計(jì)特點(diǎn)及汽溫調(diào)整試驗(yàn)研究

匡 磊

（廣東大唐國(guó)際雷州發(fā)電有限責(zé)任公司）

0 引言

與一次再熱機(jī)組相比，二次再熱機(jī)組鍋爐熱力系統(tǒng)更為復(fù)雜［1］，高溫受熱面壁溫容易產(chǎn)生偏差，出現(xiàn)汽溫難達(dá)標(biāo)現(xiàn)象，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。鍋爐出口處的蒸汽溫度比設(shè)計(jì)值低會(huì)使汽輪機(jī)裝置的熱效率下降，促使機(jī)組的煤耗升高，降低經(jīng)濟(jì)效益，溫度進(jìn)一步降低時(shí)還會(huì)加劇汽輪機(jī)末級(jí)葉片的水滴侵蝕等情況發(fā)生［2］。

本文以某廠百萬二次再熱超超臨界機(jī)組2號(hào)鍋爐為研究對(duì)象，探討二次再熱π型鍋爐在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行的系列優(yōu)化的特點(diǎn)，以及投入運(yùn)行后一次風(fēng)速、鍋爐氧量、SOFA風(fēng)門開度、磨煤機(jī)組合、燃燒器擺角、尾部煙氣擋板、再循環(huán)風(fēng)量等因素［3-4］與主、再熱蒸汽溫度關(guān)系，通過冷熱態(tài)一次風(fēng)調(diào)平、熱態(tài)參數(shù)優(yōu)化，保證了機(jī)組在各負(fù)荷下汽溫達(dá)到設(shè)計(jì)值，在保障設(shè)備安全的情況下提高了機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

1 鍋爐設(shè)備系統(tǒng)概況

某廠鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司研制開發(fā)的1000MW等級(jí)超超臨界二次再熱燃煤鍋爐。該鍋爐為超超臨界變壓運(yùn)行，帶內(nèi)置式再循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)的直流鍋爐。該爐為π型鍋爐，布置有八角燃燒器，雙切圓燃燒，尾部雙煙道；爐內(nèi)采用螺旋管圈水冷壁，三級(jí)過熱器，兩級(jí)再熱器。

過熱器系統(tǒng)為三級(jí)布置，分別為分隔屏過熱器、后屏過熱器、末級(jí)過熱器，均布置在爐膛上部，采用煤水比進(jìn)行溫度粗調(diào)，一、二級(jí)減溫水細(xì)調(diào)；再熱器系統(tǒng)采用煙氣再循環(huán)、尾部煙氣擋板和燃燒器擺動(dòng)的組合方式調(diào)溫。

2 鍋爐受熱面設(shè)計(jì)特點(diǎn)

機(jī)組為國(guó)內(nèi)首臺(tái)1000MW二次再熱π型鍋爐，屬于國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，可借鑒的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)較少。對(duì)比投運(yùn)更早的撫州電廠1000MW一次再熱π型鍋爐和華能萊蕪1000MW二次再熱塔式爐，鍋爐各級(jí)的熱負(fù)荷有其自身特點(diǎn)。

1000MW二次再熱鍋爐和一次再熱鍋爐相比增加了一組高溫受熱面，包括過熱系統(tǒng)、一次再熱系統(tǒng)和二次再熱系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的一次再熱1000MW鍋爐相比，二次再熱1000MW鍋爐過熱器設(shè)計(jì)吸熱比例大幅度下降，再熱器的吸熱比例大幅增加，過熱器吸熱量減小的部分，基本用于增加二次再熱受熱面吸熱量，水冷壁和省煤器的總吸熱量較一次再熱鍋爐，吸熱比例基本保持一致。因此在設(shè)計(jì)中需考慮受熱面匹配以滿足過熱蒸汽和再熱蒸汽吸熱量的變化，同時(shí)滿足再熱蒸汽出口溫度提高帶來的安全性的要求。

1000MW二次再熱塔式爐鍋爐投運(yùn)后出現(xiàn)主蒸汽超溫、過熱器減溫水超標(biāo)及過熱器管壁超溫限制再熱汽溫的調(diào)整的情況，分析認(rèn)為造成該現(xiàn)象的原因在于鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)熱負(fù)荷分配與受熱面計(jì)算精度不夠，從而導(dǎo)致過熱器吸熱量過大和再熱器吸熱不足的現(xiàn)象。項(xiàng)目借鑒其經(jīng)驗(yàn)，對(duì)受熱面面積及再循環(huán)煙氣量進(jìn)行了調(diào)整，調(diào)整后取消中溫過熱器，過熱器總受熱面積大幅降低，大幅度地提高一次再熱器、二次再熱器總面積；煙氣再循環(huán)量初步設(shè)計(jì)為8.5%，增強(qiáng)對(duì)過熱器和再熱器熱量分配能力。受熱面面積變化情況如表1所示。

表1 各級(jí)受熱面積優(yōu)化情況

雖然借鑒大量的經(jīng)驗(yàn)，但在機(jī)組鍋爐的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行熱力計(jì)算中，BMCR工況保持煙氣循環(huán)量8.5%，各受熱面設(shè)計(jì)煙氣放熱量與受熱面換熱量并不完全匹配。大致情況為過熱器系統(tǒng)總體面積基本滿足要求，略有不足；再熱器受熱面布置中一次高再面積偏少，其他受熱面均布置過多；省煤器面積布置偏少，對(duì)于鍋爐的蒸汽溫度調(diào)整還需要根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行更多的探索。

3 汽溫優(yōu)化調(diào)整

3.1 運(yùn)行氧量?jī)?yōu)化試驗(yàn)

在1000MW工況下，針對(duì)不同運(yùn)行氧量開展優(yōu)化試驗(yàn)，分別在爐膛出口氧量2.4%、2.8%、3.0%、3.3%工況下進(jìn)行測(cè)試，各參數(shù)變化情況見圖1。運(yùn)行氧量從2.4%提高到3.3%，主蒸汽汽溫逐漸攀升，一次再熱汽溫和二次再熱汽溫逐漸變大到3.0%時(shí)達(dá)到最大，繼續(xù)增大氧量對(duì)提高汽溫度無明顯作用。隨著過量空氣系數(shù)提高，爐內(nèi)氧氣含量提高，燃料燃燒更充分，爐內(nèi)溫度隨之上升，輻射傳熱能力增強(qiáng)，使主蒸汽汽溫升高。與此同時(shí)爐內(nèi)煙氣體積增加，流動(dòng)速度加快，對(duì)流換熱受到影響，表現(xiàn)為初期的對(duì)流換熱能力增強(qiáng)再熱汽溫的上升，隨后由于煙氣流速繼續(xù)增強(qiáng)煙氣未能充分換熱致使再熱汽溫上升不明顯，甚至有下降趨勢(shì)。

圖1 不同運(yùn)行氧量下鍋爐汽溫參數(shù)

3.2 SOFA風(fēng)門開度試驗(yàn)

在1000MW負(fù)荷下，磨煤機(jī)組合為ABCDE，設(shè)置25%、35%、45%的SOFA風(fēng)門開度對(duì)照工況，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，主蒸汽汽溫隨SOFA風(fēng)門開度增加而略有降低；一次再熱汽溫和二次再熱汽溫隨SOFA風(fēng)門開度增加先升高后降低。

圖2 不同SOFA風(fēng)門開度下鍋爐汽溫參數(shù)

3.3 再熱煙氣擋板調(diào)整試驗(yàn)

煙氣擋板調(diào)溫是把鍋爐對(duì)流煙道用隔墻分隔成兩個(gè)或多個(gè)平行煙道，將再熱器和過熱器分別布置在相互隔開的兩個(gè)或多個(gè)煙道中。過熱器和再熱器的下面布置省煤器，在省煤器的下方裝設(shè)煙氣調(diào)節(jié)擋板。在鍋爐運(yùn)行中根據(jù)鍋爐再熱汽溫的調(diào)節(jié)要求，用煙氣擋板調(diào)節(jié)各分隔煙道的煙氣流量份額，從而改變鍋爐低溫再熱器受熱面的吸熱量，調(diào)節(jié)再熱汽溫使之維持額定值。試驗(yàn)中保持一、二次再熱煙氣擋板開度之和為120%，分別探究不同一次再熱煙氣擋板開度下（20%～100%）鍋爐蒸汽參數(shù)的變化。在1000MW負(fù)荷下，隨著煙氣擋板開度的提高，鍋爐主蒸汽溫度基本不變，一次再熱蒸汽溫度不斷上升，二次再熱蒸汽溫度不斷下降。這是因?yàn)榭偟臒煔饬炕静蛔?，所以主汽溫度基本不變，但一次再熱煙氣擋板開大的同時(shí)，二次再熱煙氣擋板開度相應(yīng)關(guān)小，二者煙氣量比例相應(yīng)變化，導(dǎo)致一次再熱吸熱量提高，二次再熱吸熱量下降，最終反映在溫度的變化上，如圖3所示。

圖3 燃燒器擺角傾角鍋爐性能參數(shù)

3.4 再循環(huán)風(fēng)量調(diào)整試驗(yàn)

鍋爐配有四臺(tái)再循環(huán)風(fēng)機(jī)，再循環(huán)風(fēng)量的變化通過增減風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)量與風(fēng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)。1000MW負(fù)荷下，煙氣再循環(huán)的投入對(duì)主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度影響見圖4。試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著煙氣再循環(huán)的風(fēng)量升高，爐膛內(nèi)燃燒溫度下降、輻射受熱面吸熱量下降，汽水分離器出口及主汽溫度降低；對(duì)流受熱面吸熱量增加，高壓再熱蒸汽、低壓再熱蒸汽溫度提。

圖4 煙氣再循環(huán)率對(duì)蒸汽溫度的影響

在1000MW負(fù)荷，磨煤機(jī)組合BCDEF工況下，保持低壓再熱煙氣側(cè)擋板全開，高壓再熱煙氣側(cè)擋板開度10%。全開四臺(tái)運(yùn)行再循環(huán)風(fēng)機(jī)，調(diào)整其轉(zhuǎn)速進(jìn)行試驗(yàn)，記錄過程中再熱汽溫變化情況。結(jié)果表明，再循環(huán)風(fēng)量對(duì)再熱汽溫調(diào)節(jié)作用明顯，再循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?50r／min提高至750r／min，高壓再熱汽溫、低壓再熱汽溫顯著升高，如圖5所示。

圖5 不同再循環(huán)風(fēng)機(jī)出力下再熱汽變化

3.5 汽溫偏差調(diào)整

該爐存在汽溫偏差問題，水冷壁頂棚集箱及汽水分離器出口B側(cè)高于A側(cè)約10～15℃，在完成各磨煤機(jī)粉管一次風(fēng)調(diào)平、消除粉管風(fēng)速對(duì)汽溫偏差的影響后，使用SOFA燃燒器噴口水平擺動(dòng)功能（約±10°），可減弱爐膛內(nèi)氣流的殘余旋轉(zhuǎn)，來爐膛出口兩側(cè)煙溫偏差。在SOFA燃燒器與煤粉燃燒器水平擺角一致時(shí)，分別調(diào)節(jié)SOFA燃燒器水平擺角至-5°及-10°反切位置（擺角0°代表與煤粉燃燒器擺角相同），不同角度及汽溫情況見表2。通過調(diào)整SOFA燃燒器水平擺角，汽溫偏差減小明顯，水冷壁頂棚集箱入口、汽溫偏差從17.4℃減小至2.4℃，分離器出口汽溫偏差從10.4℃減小至1.7℃。

表2 不同SOFA燃燒器水平擺角下汽溫變化

4 結(jié)束語(yǔ)

二次再熱鍋爐相對(duì)于一次再熱鍋爐多了二次再熱系統(tǒng)，重新設(shè)計(jì)了過熱蒸汽和再熱蒸汽吸熱量比例。增強(qiáng)了煙氣再循環(huán)對(duì)過熱器和再熱器熱量分配能力，以應(yīng)對(duì)主蒸汽超溫、過熱器減溫水超標(biāo)、再熱汽溫?zé)o法調(diào)整的情況。

運(yùn)行氧量提高時(shí)，主蒸汽汽溫會(huì)逐漸攀升，一次再熱汽溫和二次再熱汽溫在氧量3.0%時(shí)達(dá)到最大，繼續(xù)增大氧量對(duì)提高汽溫度無明顯作用；主蒸汽汽溫隨SOFA風(fēng)門開度增加而略有降低；一次再熱汽溫和二次再熱汽溫隨SOFA風(fēng)門開度增加先升高后降低；隨著煙氣擋板開度的提高，鍋爐主蒸汽溫度基本不變，一次再熱蒸汽溫度不斷上升，二次再熱蒸汽溫度不斷下降；調(diào)節(jié)煙氣再循環(huán)風(fēng)量的升高，高壓蒸汽溫度、低壓再熱蒸汽溫度提高，再循環(huán)風(fēng)機(jī)對(duì)再熱汽溫調(diào)節(jié)作用明顯；SOFA燃燒器水平擺角調(diào)整至反切位置，能夠有效減小水冷壁至分離器汽溫偏差。