200MW火电机组综合改造

。 东北电力 技术)1997年第 4期 200MW 火电机组综合改造 东北电力集团公司(110006) 张福银 李伯云 金 丰 6￡f、) 东北电力科学研究院(110006) 史明武 徐宪斌 苏东 。 ‘ A摘要惭舭一一 ⋯⋯新 ⋯ ⋯⋯⋯栅 情况。重点叙述了锅炉设备在改善燃烧、优化煤粉分配、省煤器防磨和强化传热方面采用的先进技术和改造效果； 介绍了三排汽汽轮机低压通流部分现代化改造的技术措施及效益；对采用数字电调并实现机组协调控制与机组节 方面 器⋯ ⋯流⋯能 纽， 放 ，发电l厂 关键词 燃烧器持离器省煤器低压通流 电调功能 ＼；逍一，／ b 、 ，庐 ’【／／ 1 东北电网200MW锅炉设备改造 截止 1995年，东北电力集团公司直属厂已 拥有44台200MW 火力发电机组，这些机组担 负着电网的主要发电任务。其配套锅炉大多是 哈尔滨锅炉厂生产的 HG670／140型超高压、 中问再热、单汽包自然循环煤粉炉，主、辅机设 备属国内70年代末 8o年代初的水平。由于设 备技术落后及机组老化，发电煤耗一般为 350g ／kW-h，有害气体特别是Nq 的排放量高达 1000mg／m3。为了提高经济性和安全性，降低 污染物的排放．保护生态环境．近年来，对 200MW锅炉机组进行了大量的综合改造，收 到了良好的效果。 1．1 低 NO 浓淡燃烧技术的研究与应用 1．1．1 浓淡型煤粉燃烧器构造及其稳燃机理 浓淡型煤粉燃烧器将煤粉气流分离成两股 含煤粉量较多的“浓”气流和含煤粉量较少的 “淡”气流并进入炉内燃烧。其浓淡分离方式见 圈 1。 浓淡型煤粉燃烧器主要采用偏流导向器和 分离隔板或轴向浓淡分离装置。其稳定燃烧的 实质在于通过分离出来的浓、淡煤粉气流，使燃 烧过程形成有利于煤粉燃烧的“三高区”，即高 温、较高的扰动度及高浓度的煤粉(图 2)。在 “三高区 内煤粉开始着火，形成稳定的着火源， 一 56 一 犏流导向装置 陌扳 图 l 维渣分离方式 被粉流侧 菠粉赢1勇I 并点燃已处于向火侧、高烟温区的高浓度煤粉． 使火焰扩展到整个射流。由于有了局部引焰煤 粉气流的良好着火源，无需将全部煤粉同时加 热到着火温度。因而煤粉气流射入炉内后着火 时间缩短．燃烧过程提前．煤粉燃烧更加稳定。 图2 分离装置产生的局部高浓度区 在采用切圆燃烧方式的直流燃烧器上实现 煤粉的浓淡分离，规现场具体情况，有的需加偏 流导向器，而有的只加分离隔板即可实现煤粉 浓淡分离的目的。 维普资讯 http://www.cqvip.com 1．1．2 浓淡燃烧器降低 NOx生成的原理 对 NO 生成特性的研究表明：NO 生成量 与一次风粉比有关。如图 3所示，一次风粉比 在 3～4kg／kg煤时，NO 的生成量最高，偏离 该数值，不管是高浓度煤粉侧，还是低浓度煤粉 侧．NO 的生成量均下降。 7--8 一捉风煤 比 晦／kg 圈 3 一伏风粉 比对 NO,生成量的髟响 在一次风管中，风粉比 一般为 2～3kg ／kg煤，采用浓淡燃烧避开了NO 生成量最高 的区域．达到降低 NOx的 目的．同时也克服了 单烧“淡”气流煤粉燃烧不稳及单烧“浓”煤粉气 流不完全燃烧损失增大的弊端。 1．1．3 应用效果 目前，东北电网直属厂已在 l1台670／140 锅炉上安装了浓淡燃烧器．长期试验考核，结果 表明．燃烧器经过改造后．锅炉能在 50％发电 负荷下断油稳定运行，同时可使 NOx的排放量 大大降低．由原来的1000rag／m 降至530mg／ m|．减轻了环境污染。 1．2 高效租粉分离器的研究与应用 1．2．1 原粗粉分离器存在的问题及改进 粗粉分离器是火力发电厂中储式制粉系统 的主要设备之一．其性能的优劣直接影响锅炉 机组运行的安全性和经济性。 东北电力科学研究院和锦州发电厂共同研 制出高效粗粉分离器，并在锦州发电厂进行了 工业性试验．取得了成功。 2炉共配有DTM一350／600型钢球磨煤 机，原每台磨煤机配 1台HG—CB4300径向挡 板型离心分离器．结构见图4。 ．1 I ＼ ／ ＼ ／ 图 4 改造前的辑l精丹离器 径向挡板型粗粉分离器存在有分离效率低 (50％左右)，通风阻力大(达 1．1～1．2kPa)，煤 粉粗，分离器下部磨损严重等问题，导致磨煤机 出力低，飞灰可燃物含量大，制粉电耗高，尤其 是在磨煤机钢球量减少和煤质变差时，影响更 为突出。 一 些电厂将径 向挡板型改成轴向挡板型． 分离器的筒体略有加高，分离效率可提高到 65％左右，通风阻力下降到 0．8kPa，提高了磨 煤机出力．制粉电耗也有所下降，但普遍存在积 粉和磨损等问题。 高效粗粉分离器是将内锥体加高并分成两 段，顶端是与水平线呈一定夹角的锥体，下段为 一 圆台，使煤粉无法在内锥体上部积存，减少了 积粉带来的爆燃危害。此外，内锥体下部采用 了小圆台形倒锥体，下部的有效容积增大，提高 了分离效率，降低了分离器的阻力，减轻了筒体 的磨损(图5)。 1．2．2 应用效果 试验结果表明．和改造前的粗粉分离器相 比，在通风量相同的情况下，磨煤机出力提高了 5 6t／h，分离器效率 由原来的 58％提高到 78．2％，制粉电耗下降了 4．5kW·h／t,排粉机 人口门开度改造前 70％，改造后仅为 40％，煤 粉细度也有所下降。 经计算，仅单台炉的节电效益每年即可达 95万元．由于高效粗粉分离器的应用效果好， 已在其它几台锅炉上推广使用。 一 57 — 维普资讯 http://www.cqvip.com 圈 5 改遗后的租扮分 器 1．3 主、再热汽温的综合治理 1．3．1 问题的提出 锦州发电厂现有6台200MW 发电机组， 1～ 3锅炉是 哈尔滨 锅炉 制造 厂生产 的 HG670／14o一7型超高压、中间再热、自然循环 煤粉炉，设计烧阜新煤，投产后，再热汽温严重 偏低，采取措施后，仍低于设计值。受再热汽温 的影响，主汽温度也达不到设计值 5~0"C 为 提高经济性和安全性，在1993～1996年期间进 行了汽温综合治理。 1．3．2 综合治理措施 在大量现场试验及理论计算基础上，采取 了综合治理措施，取得 ，满意的效果。首先，划 燃烧器进行了改造，将四层燃烧器均上倾 一定 的角度以提高炉内火焰中心，减小辐射换热的 比例，同时对受热面进行了重新调整，加大了热 段再热器的受热面积。更换了运行多年立管式 空气预热器，保证 氧量的供给。同时在除尘 器出口加装了烟气导流板以减小烟道阻力，增 大引风机出力。 1．3．3 改造效果 试验结果表明，通过实施汽温综合治理的 各项措施，再热汽温较改造前平均提高 20℃左 右，机组在满负荷 下运行 汽温可达设计 值 540℃，同时启用了已经停用的三通阀，使再热 蒸汽有了一定的旁通量，在通过调节各支路的 再热蒸汽流量，大大地减少了再热汽温偏差 改造后，主汽汽温可达设计值，一、二级减温水 一 58 一 量大大增加，满足 r汽温 自动调节的需 要 1．4 膜式省煤器的试验研究及工业性应用 燃煤锅炉受热面常常发生磨损，见以省煤 器的磨损最为严重，掘统计，仅 1990年锦州发 电厂⋯朗投产的 卜一 3炉省煤器就囡磨损撮 泄 l7次，磨损的根乖原因是设计管问流速高 因此 降低烟气流无疑是解决省煤器严重磨损 的根术途径 采用膜式管是减轻省煤器磨损的 有效。由于降低烟气流速，改变烟气在省 煤器管束问的流动情 兄．使磨损大夫减辑 在膜式受热面传热持性和防磨特性的模化 试验研究基础 土：．提 出 厂膜式省煤 器的传热准 则式及粘污特性曲线，为膜式省煤器的设计提 供 ，重要的依据 在此基础上， 丸在通辽发 电厂进行 l『工业性试验，之后叉在锦州发电厂 实施了光管省煤器改膜式省煤器的改造： 几年来的运行情况表明，膜式省煤器有良好的 防磨效果，省煤器磨损漏泄明显减少 1．5 结束语 a． 浓淡燃烧技术的开发与应用，大大地 提高了大型电站锅炉的低负荷稳燃能力及词峰 能力，N(t 排放量崾 减少，自利于环境保护 b 在中储式制粉系统中应用高效粗粉分 离器，呵提高磨燥机出力，降低通风阻力和制粉 电耗，解决 ，粗粉分离器长期存在的 粉和磨 损严重的问题 刈再热汽温低而寰施的汽温综合治 理，有效地提高了发电机组的经济性和安全性。 d． 膜式省煤器的应用大大地减轻 l『省煤 器的飞灰磨损，由此而引起非计划停帆明显减 少 2 东北电网200MW 汽轮机通流部分改 造 截止 1996年末，东北电力集躅公司直接管 辖的 200MW 火 电机 组 共 44台，总 容 量 8840MW，其中前苏联 ．YIM3制造的自 7台，其 余都是晴尔滨汽轮机厂制造的 从排汽类型 分，三排汽的27台，两排汽的 l0台。 哈尔滨汽轮机厂制造的三排汽20()MW 机 维普资讯 http://www.cqvip.com 组是60年代开发的产品。当时的设计技术，制 造工艺和现代的汽轮机设计制造技术相比有较 大差距，尤其是低压通流部分完全沿用了高压 100MW 机组的低压通流部分。因此．机组效 率低、煤耗高，动叶的安全性能及调峰性能也不 理想。供电煤耗率为376～392g／kW-h。 随着我国科学技术及制造业水平的提高， 特别是改革开放以来，引进消化 厂国外汽轮机 设计技术，完善了制造加工机具，加强了制造质 量控制管理，完全有能力对这批汽轮机进行改 造。在生产部门要求下，暗尔滨汽轮机厂承担 了这项，根据汽轮机分缸效率数据．首先从 效率最有效益的低压通流部分开始改造，并划 高压通流部分的改造进行试点。后来，龙威公 司也提出了改造方案．承担部分改造工程。 低压通流部分效率低的原因如下。 a． 子午面流道不光滑，导叶顶部的局部 扩张角大，产生局部涡流损失(原导叶顶部的局 部扩张角接近60。)。 b． 根径小．速比偏小。由于低压缸分缸 压力比较高，而动叶根径偏小，低压各级速比 U／c(，偏离最佳值，增加 lr动叶进口冲角损 失，同时级出口气流角偏离 90。，级排汽余速不 能充分利用。 c． 动静叶叶型损失大。由于叶片型线为 前苏联50年代老叶型，叶型损失大。 d． 拉筋多、围带少，附加损失大。低压通 流第四级动叶有一根拉筋，第三级动叶有二根 拉筋，两级叶片没有围带，拉筋的存在增加了脱 流、扩压和局部加速的流动损失，没有围板形成 了叶片顶部的扰流、窜流损失。 e 末级长叶片的效率低。 针对上述的原因．采用如下改进措施。 a． 提高前四级动叶根径，低压通流内外 壁设计成光滑子午面通道，改造后外壁扩张角 最大为36。52 ，避免 r导叶顶部突然扩张而引 起的脱流。 由于前四级根径的提高，最小速比由o 42 提高到 o．46．动叶出口汽流角由 43．7。提高到 61 5。，提高 级效率。 b． 采用高教率的新叶型。前四级动叶选 用自行设计，并经吹风试验的低型损叶型，五级 导叶选用高效率的“HQ一4”叶型。 C． 采用带冠叶片技术。重新设计的四级 动叶全部为自带围带整圈连接，围带内斜外平， 内斜构成 了，光滑的扩张汽道，外平便于加装动 叶顶部围带汽封，并取消了三根拉筋。 d 采用三元流设计方法。低压通流部分 设计采用中国科学院工程、热物理所、哈尔滨工 业大学．哈尔滨汽轮机厂联合开发的基于三元 流动理论的完全径向平衡程序进行，采用“可控 涡”技术使流场参数沿叶高的分布更趋合理。 e． 末级采用复合弯扭长叶片级，可以大 幅度减小径向一二次流、横向二次流，而且还可 以提高根部反动度．有效地提高级效率，适应机 组大辐度调峰运行的需要。 为提高叶片运行的可靠性，各级动叶应力 水平部有所降低，末级动叶还测定了动频率。 经过 低 压 通 流 改 造 的 机 组 按 ASME PTC6--1976做 r热力试验．求得低压缸 效率为 86．48％(含排汽余速损失)．较改造前 效率77 76％提高8．7％，相当于相同主汽流量 时，出力提高 6000kW，考虑了热力试验的不确 定度及设备的老化后，由于低压缸效率的提高 使煤耗降低 8g／kw·h。 龙威公司提出的改造方案是在美国西屋公 司的技术支持下进行的．西屋公司负责技术设 计和动叶片加工，其余部件是国内加工的。改 造原则与暗尔滨汽轮机厂基本相同．但用的是 西屋叶型、西屋的设计准则，目前已改造 i 台机组 。 高压通流部分的改造也已开始试点，采用 的改进技术主要有：改造调节级，采用收缩子午 面型线喷嘴．采用 HQ叶片型线；压力级 2～12 级采用多分流叶型静叶，动静叶片型线均采用 HQ型线；i0～12级采用弯扭静叶．预计可使高 压缸效率提高3％。 3 200MW 机组自动化改造 东北电蜘的200MW 火电机组大多数投产 一 S9 一 维普资讯 http://www.cqvip.com 年代较早，热控设备比较陈旧，甚至在部分苏联 机组上，一些 6O年代的 KY调节设备仍在使 用，热工自动投入率一般在60％～80％左右． 不能满足机组安全稳定经济运行的要求。影响 自动投入的原因主要有控制和检测设备不完 善，控制策略不理想及主辅设备可控性差等。 目前未改造机组使用的调节显示仪表主要有 DDZ一Ⅱ、Ⅲ型仪表、TF一9O0、MZ一Ⅲ型组合 仪表、单回路调节器及各种模拟数字指示、记录 表，PC机、Solar机等构面的 DAS系统等。 为全面提高机组的控制水平，吸收 f进大 机组控制系统的成功经验，从 1995年起，开始 进行 200MW 机组热控自动化改造工作。到 1996年底，已改造了8台机组。改造的原则是 根据 200MW 机组运行安全、稳定、经济、可调 的基本要求，在系统设计上以实用、先进、可靠、 性能价格比好为指导方针，在工程上以解决主 辅设备可控性问题和控制策略问题为主攻方 向，力图使包括 CCS在内现代控制系统的基本 功能和优势在200MW 机组上得以体现。根据 这个基本原则，在首批热控系统改造中选择 了 DOS系统的三个部分，即 DAS、MCS(CCS)和 DEH。控制系统采用了面向过程控制的分散 控制系统(DCS)，对暂时没有考虑的 BMS和 SCS等子系统留有扩充的余地。同时．对原有 设备采取尽量利用的原则，利用D(二s系统的网 络和通讯技术及标准的 I／O介面将现场、原有 设备和系统有机地结台在 一起。改造后的 200MW 机组控制系统用操作员站．通过 CRT 可以对机组进行全面监视和全过程控制(带有 软手操功能)，丰富的图面窗口功能及专家指导 系统可帮助运行人员及时分析处理随机过程的 生产同题。暂时保留的部分常规仪表和手操器 可以做为DCS系统的功能补充，在非常规状态 下临时处理机组运行同题。新增的汽轮机电调 功能(电液并存方式)使汽机控制功能和指标大 幅度提高，实现了机组协调控制功能(CCS)。 目前，经过综合 自动化改造(即有 DAS、CCS、 DEH三部分内容)的机组，热工 自动投入率均 达到100％，机炉 调控制(CCS)全部投入工业 运行，从而使运行人员的劳动强度大大减低，热 控系统的可靠性和可维护性大大提高，使整个 电站的设备综合治理水平和管理水平迈上了一 个新的台阶。 (收稿 日期 1997—01一l5】 (上接第55页) 合算，赦正通过适当提高磨煤机转速，由450r／ rain提高到475r／rain及增加易磨损部件的寿 命的办法予以缓解。 对于结焦严重和炉膛出口烟温高等问题， 已提出了多种改造办法，其中彻底改造燃烧器 和在抽炉烟管道内增设蒸发受热面在技术上把 握较大，投资相对较小。但从电罔总体经济性 考虑，由于投资回报、施工周期等因素，改造时 机尚不成熟。今年大修后，采用了分级送风的 燃烧方式，并通过燃烧器改造等措施，辅以全面 的燃烧调整试验。力争使运行水平再有所提 高。 (收稿日期 1997—01一I5】 维普资讯 http://www.cqvip.com