朱学东
宁夏大坝发电有限责任公司，宁夏回族自治区 751607
摘要：某330MW亚临界机组锅炉因煤种变化及低氮燃烧改造,存在再热器超温问题,对锅炉运行的安全性、经济性带来影响。通过热力计算并结合实际运行情况,对机组再热器超温问题原因进行详细分析,找出再热器超温因素,并提出了受热面改造解决方案,为同类型机组提供建议。
关键词：亚临界锅炉;煤种变化;再热器超温;解决方案
1设备简介及燃用煤种
某电厂2×330MW机组锅炉为亚临界参数,自然循环汽包炉,一次中间再热,采用四角切圆燃烧方式,配用中速磨煤机的冷一次风机正压直吹式制粉系统,过热汽温调节采用二级喷水减温,再热汽温采用燃烧器喷嘴摆动调节汽温,在再热器进口管道上设置事故喷水减温器。
过热器受热面由五部分组成:炉顶及包覆过热器、低温过热器、分隔屏过热器、后屏过热器、末级过热器。低温过热器布置在尾部烟道中、省煤器的上方,分隔屏、后屏过热器布置在炉膛上部,末级过热器布置在水平烟道中、末级再热器的后面。各受热面之间通过大口径管道连接,在低温过热器出口及后屏过热器出口分别设置一、二级喷水减温器。
主汽系统再热器受热面由三部分组成:墙式再热器、屏式再热器、末级再热器。墙式再热器布置在炉膛上部水冷壁前墙和两侧墙上。末级再热器布置在水平烟道前端、屏式再热器的后面。各受热面之间通过大口径管道连接,在墙式再热器进口左右两侧管道上分别设置再热器事故喷水减温器。
再热系统尾部烟道下方分别布置省煤器和2台三分仓回转式空气预热器。省煤器由水平管束和尾部受热面悬吊管组成。
实际燃用煤种较原设计煤种发生变化,主要体现在:
(1)煤结渣性、沾污性大大增强。
(2)热值大幅降低,锅炉运行煤耗量大幅增加。
(3)全水分增加,单位热值煤种燃烧后生成的烟气量也大幅增加,增加幅度约13%。
2再热器超温原因分析
再热器超温主要是由于煤种变化及低氮燃烧改造引起的,具体影响因素如下:
(1)运行煤种结渣性、沾污性较强,锅炉水冷壁发生了严重的结渣问题,这导致炉膛水冷壁吸热减小,炉膛出口烟温升高。再热器分三级布置:墙式再热器、屏式再热器和末级再热器,墙式再热器吸收辐射热、屏式再热器和末级再热器主要是对流换热,各级受热面吸热比例约为3∶4∶3。炉膛出口烟温升高,对流受热面吸热增多,再热器减温水增多;
(2)运行煤种热值比原设计煤种低,生成的烟气量大,烟气流速提高,对流受热面吸热增加,再热器减温水量增多[1];
(3)原设计再热汽温采用燃烧器喷嘴摆动调节,由于再热器布置于炉膛出口高温烟气区域,对摆动喷嘴的调温具有较大的敏感性,但是由于锅炉运行多年,摆动机构出现卡涩,目前燃烧器已无法摆动,再热器超温仅能通过喷水减温调节[2]。
3受热面改造需要考虑的因素
3.1锅炉负荷变化的影响
根据锅炉运行情况,高负荷时再热器减温水量较大,通常约40t/h～50t/h,但低负荷时减温水量较小,通常只有约4t/h。根据现有的运行数据,最低负荷在50%THA。高负荷时,再热器减温水量偏大将影响机组效率,易造成再热器受热面超温,影响锅炉的安全运行;同样,低负荷时,再热汽温若偏低也影响机组效率,为兼顾高、低负荷的汽温情况,需综合考虑减少受热面面积对高、低负荷汽温的影响。
3.2锅炉燃煤变化的影响
按锅炉原有结构及汽水参数,对锅炉燃用实际煤种与原设计煤种进行核算,额定负荷下,燃用原设计煤种时,再热器减温水量将减少约12t/h,需要考虑燃煤变化及运行方式变化对汽温造成的影响。由于受热面改造的不可逆性,如后期燃煤热值变高,水分降低,生成的烟气量小,将对再热汽温产生影响,尤其是低负荷下,再热器受热面减少过多后,将难以达到额定汽温;如后期燃煤热值变低,水分增加,生成的烟气量大,烟气流速提高,对流受热面吸热增加,再热器减温水量增多。
4受热面改造方案
4.1墙式再热器改造方案
本方案通过减少墙式再热器面积来降低再热器辐射吸热,通过热力计算分析将墙式再热器受热面炉内高度减少约27%。墙式再热器布置于炉膛上部的前墙和两侧墙前部,并将部分水冷壁遮盖,墙式再热器主要吸收辐射热,割除部分墙式再热器后,原被遮盖的水冷壁可以吸收炉膛的辐射热。SCR入口烟温及排烟温度基本维持不变,对锅炉效率影响可忽略不计。由于墙式再热器与水冷壁组装成一体,墙式再热器受热面改造要影响到水冷壁管子,原设计由墙式再热器覆盖部分的水冷壁为光管,但是,当部分墙式再热器管子割除后,这部分水冷壁管子就处于高热负荷下,因此需要将这部分水冷壁管子换成内螺纹管,保证水动力的安全。对墙式再热器受热面改造后的数据进行核算[3]。通过核算:ECR负荷下,再热器减温水量为12.5t/h,减少29.77t/h;75%THA负荷下,再热器减温水量为6.2t/h,减少22.38t/h;50%THA负荷下,再热器减温水量为0t/h。满足锅炉在额定负荷下减少再热器减温水量,同时低负荷时再热汽温能满足设计值。
4.2末级再热器改造方案
本方案通过减少末级再热器面积来降低再热器对流吸热。通过热力计算对末级再热器受热面进行调整,原设计末级再热器受热面将减少约23%。对末级再热器受热面改造后数据进行核算。通过核算:ECR负荷下,再热器减温水量为13.5t/h,减少28.77t/h;75%THA负荷下,再热器减温水量为6.7t/h,减少21.88t/h;50%THA负荷下,再热器减温水量为0t/h。满足锅炉在额定负荷下减少再热器减温水量,同时低负荷时再热汽温能满足设计值。末级再热器受热面改造后,除再热器减温水量减少外,末级过热器壁温提高,末级过热器需进行强度校核。由于末级再热器是对流受热面,换热面积减少后,排烟温度提高2～4℃,锅炉效率降低。
4.3再热器提温增效改造方案
本方案将再热汽温由541℃提高到571℃,主蒸汽温度保持不变,锅炉出力不变的情况下,机组效率提高,实现机组增容及节能降耗。综合再热器受热面的结构情况及目前锅炉运行情况,墙式再热器不改,屏式再热器、末级再热器管径不变,增加片数,材质根据强度核算结果进行升级。
5结语
再热器超温问题,严重影响机组的安全可靠运行,根据热力计算与分析,本文提供了3种改造方案。
方案一:墙式再热器改造,减少再热器减温水量的前提下,SCR入口烟温及排烟温度基本维持不变,对锅炉效率影响可忽略不计。
方案二:末级再热器改造,末级再热器受热面减少后,除再热器减温水量减少外,过热器减温水量有所增加,末级过热器壁温提高,为保证机组安全运行,末级过热器需进行强度校核。SCR入口烟温及排烟温度均有所提高,锅炉效率降低。
方案三:再热器提温增效改造,再热汽温由541℃提高到571℃,主蒸汽温度不变。墙式再热器不改,屏式再热器和末级再热器均增加片数,再热器受热面材质根据强度核算结果决定全部升级或部分升级。
参考文献
[1]宋文雷,何翔,赵春荣,张博,陈国巍,王克.基于300MW亚临界供热机组灵活性深度调峰的研究应用[J].电站系统工程,2020,36(04):63-66.
[2]崔锐,孙锐.300MW亚临界机组协调控制系统建模与仿真[J].山西电力,2020(03):43-46.
[3]孙哲,赵虎军,蒙涛,张源,李建睿,康志忠.亚临界330MW机组制粉系统增容提效改造分析[J].电力设备管理,2020(06):86-89.