670MW机组超临界直流锅炉经济运行技术研究.doc

670MW机组超临界直流锅炉经济运行技术研究孙德金 胡代军 徐伟 咸兰辉（大唐黄岛发电有限责任公司，山东 青岛，266500）摘要：通过一系列基础试验，摸清和掌握目前大型直流锅炉制粉系统及燃烧系统的运行性能，对存在的问题进行解决或诊断，并提出合理的运行优化建议和解决方案，使得锅炉的整体安全性、经济性都有一定程度的提高。关键词：超临界 直流锅炉 经济运行 制粉系统 燃烧系统 调整试验 0 引言大唐黄岛发电有限责任公司6号机组（670MW超临界机组）于2007年11月份投产，锅炉制粉系统和燃烧系统陆续暴露出一些问题，如：制粉系统出力低、单耗大；磨煤机磨损严重；锅炉燃烧效果差效率低；锅炉再热汽温偏低；锅炉两侧烟温偏差大等一些列问题，对机组的安全、经济运行影响较大。为此，黄岛电厂通过与西安热工院、上海锅炉厂共同配合，全面开展锅炉制粉系统及燃烧系统优化诊断、调整试验，专题对该炉的整体运行经济性进行研究并提出优化方案，对存在的问题进行分析解决，并提出合理的调整措施指导运行操作，使得锅炉的整体安全性、经济性都有一定程度的提高，对大型锅炉的经济运行有一定的参考意义。1 概况黄岛电厂6号锅炉为上海锅炉厂有限公司生产，型号为SG2102/25.40-M953，属超临界参数变压运行螺旋管圈直流燃煤锅炉，锅炉采用单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构、型露天布置，配套670MW汽轮发电机组。锅炉配备了6台ZGM113G型中速磨煤机，采用冷一次风机正压直吹式制粉系统。锅炉燃烧方式采用从美国阿尔斯通能源公司引进的摆动式四角切圆燃烧技术。1.1锅炉主要设计参数表1：锅炉主要设计参数项 目单位BMCRBRL主蒸汽流量t/h21022002主蒸汽压力MPa25.425.28主蒸汽温度571571再热蒸汽流量t/h17611682再热蒸汽进口压力MPa4.724.50再热蒸汽进口温度322317再热蒸汽出口压力MPa4.524.31再热蒸汽出口温度569569给水温度282279进风温度（一次风）2727进风温度（二次风）2323热风温度（一次风）328325热风温度（二次风）335331排烟温度（修正前）132131排烟温度（修正后）127126燃料消耗量t/h248.5238.7锅炉热效率%93.5593.581.2煤质资料 表2：锅炉燃用煤质数据序号项 目符 号单位设计煤种校核煤种1校核煤种2工业分析1收到基低位发热量Qnet，arkJ/kg2401020630240802干燥无灰基挥发份Vdaf%39.7940.1323.743收到基水份Mt%6.608.9011.414空气干燥基水份Mad%2.102.691.055收到基灰份Aar%17.9823.9214.12元素分析6收到基碳Car%61.5454.9761.247收到基氢Har%3.653.753.858收到基氮Nar%0.980.921.329收到基氧Oar%8.636.987.2910收到基硫Sar%0.620.560.67可磨性系数HGI6255842 制粉系统存在的主要问题以及解决方案2.1 磨煤机单耗偏大，各磨煤机一次风量偏差大。2.1.1 下表3是对各磨煤机的摸底试验情况：表3：各磨煤机基本运行情况摸底项 目单位A磨煤机B磨煤机C磨煤机D磨煤机E磨煤机F磨煤机给煤机出力t/h46.746.147.646.447.949.1分离器挡板开度°505050505050表盘风量t/h79.777.585.486.48382加载油泵压力MPa15.1213.9813.2614.113.4513.99磨煤机电流A49.652.353.851.848.161.1磨煤机电耗kWh412.35434.80447.27430.64399.88507.96磨煤单耗kWh/t8.839.439.409.288.3510.35煤粉细度R90%21.222.825.623.629.226.0煤粉均匀性指数 -1.161.221.211.281.201.05可见：1）试验前磨煤机分离器挡板开度均置于50°，没有进行过调整；2）试验前磨煤单耗普遍处于9kWh/t以上；3）各个磨煤机煤粉细度大小不一；4）除F磨煤机外，其它磨煤机的煤粉均匀性指数均在1.2左右，处于较好的水平；5）F磨煤机电流、功率明显高于其它磨煤机。2.1.2 各个磨煤机4根粉管的风速（风量）分布和煤粉分配状况如表4所示。表4：各磨煤机4根粉管的风速分布和煤粉分配状况项 目单位A1管A2管A3管A4管风速偏差%-6.40-4.336.084.65粉量偏差%-9.148.581.84-1.28项 目单位B1管B2管B3管B4管风速偏差%-3.16-6.395.583.98粉量偏差%-10.872.51-27.7532.95项 目单位C1管C2管C3管C4管风速偏差%-6.67-8.43-2.4417.54粉量偏差%-5.9538.02-17.00-15.07项 目单位D1管D2管D3管D4管风速偏差%12.81-10.17-1.26-1.37粉量偏差%-1.09-4.272.093.27项 目单位E1管E2管E3管E4管风速偏差%-1.046.01-6.992.02粉量偏差%24.08-6.94-15.11-2.02项 目单位F1管F2管F3管F4管风速偏差%-4.796.84-12.5910.53粉量偏差%13.376.695.19-25.26可见：1）各个磨煤机4根粉管的风速（风量）分布偏差均较大，超过了±5%；2）AD磨煤机4根粉管煤粉分配状况良好，偏差在±10%以内；BCEF磨煤机4根粉管的煤粉分配偏差较大，超过了±20%。2.1.3 通过以上数据分析，对存在的问题，采取如下方案进行解决：1）首先进行煤粉管风量调平：机组新机投产期间虽然已经进行了风量调平，但是经过一年的运行后，煤粉管道、磨煤机系统的阻力发生变化，容易导致各粉管风量偏差大的问题，通过对各个磨煤机4根粉管上的可调缩孔进行调整，各台磨煤机4根粉管风量进行了调平，正常运行工况下4根粉管风量偏差控制在了±5%以内，为优化燃烧创造好了基础。2）分离器挡板特性试验，确定挡板最佳开度：通过改变磨煤机的挡板开度，得到了开度对煤粉细度、磨煤机单耗、煤粉均匀性的影响曲线，见图1、2、3：图1 分离器挡板开度对煤粉细度R90影响 图2 分离器挡板开度对磨煤单耗影响图3 分离器挡板开度对煤粉均匀性的影响由图中的数据可以看出：随着分离器挡板开度的增大，煤粉细度R90呈近似线性急剧上升的趋势，分离器挡板开度每增大1°，煤粉细度R90大约上升0.8%；随着分离器挡板开度的增大，磨煤机电流、磨煤单耗呈近似线性平缓下降的趋势，分离器挡板开度每增大1°，磨煤单耗大约下降0.05kWh/t；分离器挡板开度对磨煤机风量有一定的影响，在相同的风门开度下，分离器挡板开度越大，磨煤机阻力越小，磨煤机风量越大。结合锅炉燃烧特性，并考虑到煤种的变化，试验后各个磨煤机入炉煤粉细度R90均调整至20%左右。试验前、后各个磨煤机分离器挡板开度如表5所示。表5：分离器挡板开度按照经济煤粉细度调整前后数据项 目单位A磨煤机B磨煤机C磨煤机D磨煤机E磨煤机F磨煤机分离器挡板开度试验前°505050505050试验后°4250474745443）进行最佳通风量的确定：一次风量（风速）的大小和煤粉的着火过程密切相关。一次风速高，着火点相应远离燃烧器，有利于保护燃烧器，但一次风速过高将影响燃烧的稳定性和运行的经济性；一次风速低，着火点又相对提前，有可能出现使燃烧器变形及烧损。因此，通过试验选择合理的一次风量（风压），使着火点相对合适，燃烧稳定，经济性好，并且此时一次风机电耗达到最佳值。通过分别改变磨煤机的通风量，得出表6数据：表6：6D磨煤机风量特性数据项 目单位工况1工况2工况3磨煤机风量实测值t/h94.6798.4882.30表盘值t/h86.491.982.8热风门开度%69.481.956冷风门开度%19.442.413.6磨煤机电流A51.85154磨煤单耗kWh/t9.569.419.97煤粉细度R90%23.624.221.4煤粉均匀性指数/1.281.271.28可见：随着磨煤机风量的增大，煤粉细度R90呈近似线性平缓上升的趋势，磨煤机风量每增大10t/h，煤粉细度R90大约上升1.73%；随着磨煤机风量的增大，磨煤机电流、磨煤单耗呈近似线性平缓下降的趋势，磨煤机风量每增大10t/h，磨煤单耗大约下降0.35kWh/t。综合根据磨煤机处理情况以及煤粉细度情况，得出磨煤机最佳风煤比曲线，与磨煤机原设计标准风煤比曲线比较，差异较大：图4：磨煤机风煤比曲线4）进行最佳加载力的确定： 通过试验，与设计基本符合。图5：磨煤机加载压力曲线通过上述方法调整，磨煤机最大出力可以达到60t/h，最小出力可以达到16t/h。磨煤机在较大出力下运行有利于降低磨煤单耗，一般磨煤机出力在55t/h左右时磨煤单耗可以下降至8kWh/t以下，对于大机组带来的节能效果非常明显。2.2 磨煤机一次风量测点线性度差。由表6中风量实测值与表盘值的对比可以看出，磨煤机风量实测值与表盘值之间差异较大，有时则偏小或基本一致，因此，判定磨煤机风量测量装置线性度较差，不能真实反映磨煤机风量，导致磨煤机无法按照设定的风煤比曲线运行。通过现场就地观察发现，磨煤机风量测量装置安装的位置距离进入磨煤机风道的弯头太近，此处空气流场极不稳定，不符合风量测量装置安装的位置要求，难于实现准确测量。 采取措施：选择一台磨煤机的风量测量装置，将其移动至进入磨煤机风道直管段的中间位置（即目前的磨煤机入口压力测点位置附近），待重新标定并运行一段时间后再检验其效果。如果仍然线性度较差，则说明此风量测量装置本身存在问题，可对其进行改造或更换其它类型的测量装置。2.3 磨煤机出口压力、磨煤机压差测点堵塞从目前磨煤机的运行情况来看，磨煤机出口压力、磨煤机压差测点几乎全部堵塞，这对判断磨煤机和粉管是否安全运行造成不利的影响。采取措施：从测点附近割开传压管，吹通后再恢复；建立每月12次的定期吹扫制度。3 燃烧系统存在的主要问题以及解决方案3.1 高负荷飞灰偏大，锅炉效率下降。图6机组负荷对飞灰、大渣可燃物含量的影响 图7 机组负荷对Q2、Q4损失的影响图8 机组负荷对锅炉热效率的影响主要原因：1）空气预热器阻力偏大导致二次风箱压力偏低。二次风箱压力偏低，一方面导致炉内二次风射流刚性较差，二次风切圆偏大，飞灰可燃物含量偏高，另一方面导致UFA（火下风）托粉能力较差，大渣可燃物含量偏高，这是影响机组高负荷时锅炉燃烧效果的主要原因之一。高负荷（机组负荷600MW以上）时飞灰、大渣可燃物含量较高，而低负荷（机组负荷500MW以下）时由于二次风箱压力较高飞灰、大渣可燃物含量则较低。整改措施：利用停炉机会进行预热器高压水冲洗，效果较好。表7、预热器冲洗前后压差变化负荷（MW）预热器烟气差压（Pa）氧量（%）一次风温（）二次风温（）排烟温度（）风机单耗预热器水冲洗后62295043053131231.53预热器水冲洗前62316503.82953051261.58差值-1-7000.2108-3-0.052）送风机设计全压偏低。表8送风机设计参数对比项 目单位黄岛电厂某 厂送风机型 号FAF26.6-12.5-1FAF26.6-14-1型 式动叶可调轴流式制造厂家上海鼓风机厂流 量m3/s224.61242.72全 压Pa33264010转 速r/min985电 机型 号YKK560-6YKK630-6制造厂家上海电机厂额定功率kW11201600额定电压kV6额定电流A（125）190转 速r/min985整改措施：建议收资调研，进行风机性能试验，确定是否改造及方案。3）预热器漏风大，导致预热器后风压降低。整改措施：加强对预热器漏风管理，确保漏风控制系统（LCS）可靠运行。3.2 锅炉两侧烟温偏差大。黄岛#6锅炉对流受热面最高一级的烟气温度测点是高温再热器出口烟气温度，按照烟气温度降低顺序，锅炉两侧依次布置有高温再热器出口烟气温度、过热器出口烟气温度、低温再热器入口烟气温度、水平再热器出口烟温、省煤器出口烟气温度。在运行发现两侧高温再热器出口烟气温度存在左高右低的温度差，温差较大时可达130。分析原因：1）四角切圆燃烧方式由于存在烟气残余扭旋，普遍存在烟温偏差大问题。2）SOFA风需要进一步优化、调整。3）二次风的配风方式进行优化。整改措施：1）调整SOFA风反切角度以及风量SOFA风水平摆角对NOx排放影响是比较小的，SOFA 风水平摆角反切角度减小时，炉膛出口烟气的残余旋转趋于强烈，烟温偏差随之增加，SOFA 风水平摆动具有改变炉膛出口烟气残余旋转，调节烟温偏差的作用，通过试验，将SOFA 风水平摆角调整在反切最大15°。同时，高温再热器后烟温偏差再通过调整5层SOFA风门开度后，烟温偏差可控制在4，说明可以将高温再热器后烟温调平，但是又带来新的问题，就是汽温偏差大，两侧减温水用量偏差大。分析原因认为：分隔屏汽温偏差与烟温偏差的趋势相反，在现象上烟温偏差对分隔屏汽温偏差形成一定校正作用：烟温偏差大了，校正作用效果大，分隔屏后汽温偏差减小。分隔屏的工作环境比较恶劣，过大的汽温偏差意味着部分管壁温超温的危险加大，应当尽量减小分隔屏的汽温偏差。从减小分隔屏出口汽温偏差方面考虑，过分减小烟温偏差，减弱了对分隔屏出口汽温偏差的校正作用，并不可取。因此综合各方面因素考虑，额定负荷下烟温偏差保持在50-80左右即可。2）为了减小炉膛出口烟温偏差，提高风箱炉膛压差，增加燃烧器区域二次风分配的均匀性和扰动，在额定负荷下，对燃烧器区域二次风的配风方式进行改变，由原来风门开度较大的配风方式改变为风门开度较小的配风方式，由于SOFA风门开度不变，因此SOFA风量增加明显，而SOFA风为反切风，减小了炉膛出口烟气残余扭转。但是应该注意，通过减小二次风门总操来提高二次风箱压力，容易导致氧量不足，影响机组经济型，因此通过试验认为：机组高负荷时二次风门总操开度不宜小于40%，机组低负荷时二次风门总操开度不宜小于30%。3.3 再热汽温偏低。再热汽温作为一项重要的锅炉参数，要求在50-100% BMCR时再热蒸汽能维持额定汽温，汽温允许偏差±5。黄岛电厂6号炉投产一年来，平均再热汽温偏低，低负荷（50%）仅为545-550左右，距离设计值偏差较大。为保证再热汽温在大负荷范围内，能够保持较好水平，应针对不同负荷，磨煤机的投运层数、燃烧器摆角及过量空气系数等重要影响因素进行优化，以满足再热汽温的要求。黄岛电厂通过与上海锅炉厂联合进行锅炉再热汽温的研究，收到了较好的效果，再热汽温经过优化方式，前后升高了约10，主要采取措施有：1）锅炉低负荷（约50%BMCR）经济运行方式优选为：a）投用CDEF（BCDE）四台磨，尽量不运行A磨；b）省煤器出口氧量设定在6%-6.5%；c）水煤比设定在6.9-7（310MW）；d）风箱/炉膛压差设定在700-800Pae）二次风门开度设定：BC层直吹二次风开度设定在80%，运行磨周界风开度约50-60%，偏置风开度约10%，CCOFA开度设定在100%，SOFA-开度设定在80%，其余SOFA全关，B磨以下风门全关；f）燃烧器摆角向上至最大30°2）调整吹灰方式，在炉膛沾污少的情况下尽可能少投炉膛吹灰，减少过热器吹灰，保证再热器吹灰（长吹）。规定：炉膛吹灰原则上每周全吹一次，白班进行，为提高低负荷时再热汽温，长吹在前夜班进行。3）进行设备改造，消除故障。原锅炉厂配四角喷燃器、燃烬风喷嘴调节拉杆轴套为石墨材质的轴套，过热后导致拉杆轴转动卡涩，通过机组大修已经将四角喷燃器喷嘴拉杆轴套全部更换为铜轴套，彻底消除了卡涩问题，目前运行正常。4）加强摆动燃烧器传动机构管理，确保转动灵活。热工人员加强摆动火嘴控制设备巡检，确保摆动火嘴四角动作同步，避免出现大的偏差；变负荷时运行人员经常对摆动火嘴进行动作试验，避免其长时间不动造成机械卡涩；一旦发现摆动火嘴出现卡涩或故障不能与其它角同步时，应立即汇报相关部门检查处理。4 效益分析经过上述的优化、完善，系统运行稳定，锅炉效率提高0.5%，折算成煤耗降低1.55g/kwh；磨煤单耗下降2kWh/t。按照6机组年度计划电量35亿度（670000kW×5200小时）、标煤单价700元/吨计算，年节约燃煤费用： 3500000000×1.55÷1000000×700=379.75万元。磨煤单耗下降2kWh/t，按年磨制1400000吨原煤，0.4元/kwh计算：节电：2×14000002800000 kWh节约电费：2800000×0.4112万元合计：491.75万元总之，通过对制粉系统和燃烧系统的试验、优化、调整，黄岛厂6号炉的整体经济运行水平有了较大的提高，具体表现在：锅炉热效率提高了0.5%以上，一般可以达到94.5%以上，煤质较好时可以达到95%以上；由于采取优化的风煤比曲线、最佳的煤粉经济细度、合适的炉膛氧量、最佳的磨煤机投运方式，使得制粉单耗以及排烟损失和机械不完全损失降低；预热器漏风以及压差的有效控制（漏风率3-4），使风机单耗也降低明显。6号机组也被评为2009年度集团公司标杆机组称号。当然，对于锅炉经济运行的研究远不止这些，还有很多问题需要我们去认真分析、试验、优化，不断向更高的目标冲刺。