1000MW超超临界机组锅炉运行技术分析

1000MW超超临界机组锅炉运行技术分析 付龙龙 雷兆团 赵景涛 （西安热工研究院有限公司，陕西 西安 710032） Analysis of two 1000MW ultra-supercritical unit boiler operation technique Fu Long-long  Lei Zhao-tuan  Zhao Jing-Tao Xi’an Thermal Power Research Institute Co Ltd, Xi’an 710032, Shaanxi Province, PRC Abstract::The Yuhuan power plant and the Haimen power plant two 1000MW ultra supercritical unit boiler equipment separately manufacture by the Harbin boiler company limited and the Dongfang boiler guoup co., ltd. This article through analyses two power plant boiler combustion system, the water cooling wall system, the superheater and spray desuperheaters water system's similarities and differences, introduced the problem and the solution during the process of commissioning, gives some suggestions about boiler operation according to the system characteristic, may be useful as guidance for the better operation of the ultra-supercritical unit boiler. Key words: ultra-supercritical; boiler; analysis; operation ［摘      要］玉环电厂和海门电厂两种1000MW超超临界机组锅炉设备分别由哈锅厂和东锅厂制造，本文通过分析两个电厂锅炉燃烧系统、水冷壁系统、过热器及减温水系统的异同点，介绍试运过程中出现问题及解决方法，根据系统特点给出锅炉运行的一些建议，对更好的运行1000MW超超临界机组锅炉有一定的参考价值。 ［关  键  词］超超临界；锅炉；分析；运行 1 锅炉设备简介 1.1 玉环电厂 玉环电厂锅炉系哈尔滨锅炉厂引进日本三菱重工业株式会社（MHI）技术设计制造的HG-2953/27.46-YM1型1000MW超超临界变压运行直流锅炉，采用П型布置、平衡通风、固态排渣、单炉膛、反向双切园燃烧方式、摆动式燃烧器，燃用神府东胜煤、晋北煤，锅炉主要设计技术规范见表1。 表1 主要设计技术规范 电厂名称   玉环电厂 海门电厂 项 目 单位 BMCR BRL BMCR BRL 过热蒸汽流量 t/h 2953 2807 3120 2971 过热蒸汽压力 MPa 27.46 27.33 26.15 26.03 过热蒸汽温度 ℃ 605 605 605 605 再热蒸汽流量 t/h 2446 2316 2540 2414 再热器进口压力 MPa 6.14 5.18 5.03 4.78 再热器出口压力 MPa 5.94 5.62 4.83 4.59 再热器进口温度 ℃ 377 366 356 350 再热器出口温度 ℃ 603 603 603 603             1.2 海门电厂 海门电厂超超临界机组锅炉为东方锅炉厂制造的超超临界参数变压直流锅炉，锅炉型号DG3000/26.25-Ⅱ1型，机组容量1036MW，为单炉膛，一次中间再热，尾部双烟道结构。锅炉固态排渣，全钢构架，全悬吊结构半露天布置。锅炉设计燃用神府东胜烟煤，锅炉主要设计技术规范见表1。 2 燃烧系统分析 2.1 玉环电厂 采用MHI的低NOX型PM主燃烧器和MACT型低NOx分级送风燃烧系统，燃烧器为摆动式，其燃烧器采用前后墙布置，共布置8组燃烧器，前、后墙各布置四组燃烧器，逆时针排列，顺序为№1～№8。八组燃烧器采用反向双切圆方式布置（见图1）。这种反向双切圆的燃烧方式可以保证燃烧室具有良好的空气动力场，并使出口温度场比较均匀。 图1  反向双切圆燃烧器布置示意图 在每组主燃烧器的上方布置有一个附加风（A-A）风箱，A-A风的设置有利于减少NOX排放量。通过调整A-A风风箱上下和水平方向的摆动角度，可调节炉膛火焰中心，减弱炉膛内空气气流的残余旋转，减少炉膛出口两侧烟温偏差。 2.2 海门电厂 燃烧系统设计采用分级燃烧和浓淡燃烧等技术，燃烧器采用日立-巴布科克公司（BHK）的低NOX旋流式煤粉燃烧器（HT-NR3），可有效降低NOX排放量和降低锅炉最低稳燃负荷。燃烧器装在炉膛的前后墙上，对冲式燃烧。每台炉配六台磨煤机，每台磨煤机对应一层煤粉燃烧器。48只HT－NR3燃烧器分前三后三层布置在炉膛前后墙上，上部共布置有20只燃尽风(OFA)风口，前后墙各10只，通过手动调节机构调节进入每个燃尽风风口的风量，燃尽风总风量通过调节风箱入口风门执行器实现调节。 2.3 两个电厂异同点 玉环电厂采用八角双切圆燃烧技术，燃烧器分六层布置，每台磨煤机对应一层8个燃烧器，磨煤机出口为4根煤粉管，装有4个可调缩孔，每根煤粉管在炉前通过三通将管道对等的一分为二，通过调节缩孔保持全部煤粉管误差在±5%内，在调平过程中发现个别煤粉管一分二后风速一大一小。海门电厂采用前后墙对冲旋流燃烧器，前后墙各三层共六层，磨煤机出口为4根煤粉管，装有4个可调缩孔，每根煤粉管在炉前采煤粉分配器将管道一分为二，在分配器上装有调节装置，可以对分配器后管道的风速进行调节，使相邻两根煤粉管的风速均匀。 两个电厂制粉系统都配置六台给煤机和六台磨煤机，给煤机都为沈阳施道克公司生产的ED3690电子称重式给煤机。磨煤机都为上海重型机器厂生产的HP型中速磨煤机，海门电厂型号稍大些。采用两种不同的燃烧器和燃烧方式，玉环电厂燃烧器为摆动式，前后墙布置，反向双切圆燃烧方式；采用PM燃烧器具有着火能力强，低负荷稳燃性能好，能有效抑制NOX排放等优点；八角双切圆将整个炉膛作为二个大燃烧器组织燃烧，对每只燃烧器的风量控制简单。海门电厂采用前后墙对冲旋流式煤粉燃烧器，炉内火焰充满情况较好，烟气温度和速度分布比较均匀，过热器温度偏差较小；为了提高燃烧器的低负荷稳燃、防止结渣及降低Nox 排放，采用了煤粉浓缩器、火焰稳燃环及稳焰齿。 3水冷壁系统分析 3.1 玉环电厂 采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁，其汽水以内置式汽水分离器为分界点，从水冷壁入口集箱到汽水分离器为水冷壁系统，从分离器出口到过热器出口集箱为过热器系统，玉环电厂水冷壁系统流程图见图2。 图2 玉环电厂水冷壁系统流程图 为了降低顶棚包墙系统阻力以保证后水冷壁的可靠性，由顶棚出口集箱引出的工质并非全部送往后烟道包墙管，而是有一部分通过旁通管直接送往后包墙出口集箱与后烟道包墙系统汇合后全部引入汽水分离器。旁路管内流量由2个调节阀进行控制，该管路在超临界时投运以降低阻力，在亚临界时关闭以保证包墙系统有足够的质量流量，保证水循环的安全性。 3.2 海门电厂 炉膛四周为螺旋盘绕、全焊式膜式水冷壁，其汽水流程以内置式汽水分离器为分界点，从水冷壁入口集箱到汽水分离器为水冷壁系统，分为下部的螺旋水冷壁和上部的垂直吹冷壁，从分离器出口到过热器出口集箱为过热器系统。 由省煤器出口集箱两端引出集中下水管进入位于锅炉左、右两侧的集中下降管分配头，在通过下水连接管进入螺旋水冷壁入口集箱。工质经螺旋水冷壁管、螺旋水冷壁出口集箱、混合集箱、垂直水冷壁入口集箱、垂直水冷壁管、垂直水冷壁出口集箱后进入水冷壁出口混合集箱汇集，经引入管引入汽水分离器进行汽水分离。 3.3 水冷壁系统分析 玉环电厂采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁，顶棚管和包墙管包括在水冷壁系统，而海门电厂炉膛四周为螺旋盘绕、全焊式膜式水冷壁，顶棚管和包墙管包括在过热器系统。 水冷壁吸热量份额受煤种、炉膛结渣程度、燃烧器投入层数等因素的影响，较高的水冷壁管内质量流速对水动力安全有利。玉环电厂采用内螺纹水冷壁，加装中间混合集箱及两级分配器，减少水冷壁偏差，防止出现汽水分离；并在水冷壁入口装有节流孔圈，提高调节流量能力。保证水冷壁出口工质温度均匀，防止个别管段产生DNB（膜态沸腾）和出现DRO（干涸）现象。垂直水冷壁和螺旋水冷壁的优缺点见表2。 表2 垂直水冷壁和螺旋水冷壁的优缺点   优点 缺点 内螺纹 垂直水冷壁 金属消耗量少；水冷壁阻力较小；水冷壁本身支吊结构简单；水冷壁上灰渣容易脱落。 出口温度偏差大；管径较小并要采用内螺纹管，提高加工难度；水冷壁入口装节流圈，使结构复杂； 下部螺旋、上垂直水冷壁 布置与选择管径灵活；管间吸热偏差小；抗燃烧干扰能力强；适应锅炉变压运行要求。 金属耗量较多，水冷壁阻力较大；支吊系统与过渡区结构复杂；水冷壁制造工艺复杂，安装周期长。       4 过热器及减温水系统 4.1 过热器布置型式 玉环电厂过热器系统采用四级布置，沿蒸汽流程依次低温过热器、分隔屏过热器、屏式过热器、末级过热器。再热器采用两级布置，分别为低温、高温再热器。 海门电厂过热器系统采用五级布置，依次为顶棚过热器、包墙过热器、低温过热器、屏式过热器、高温过热器。再热器系统分为两级，低温再热器和高温再热器。再热器采用两级布置，分别为低温、高温再热器。 两个电厂低温再热器和低温过热器分别布置于尾部烟道的前、后竖井中，均为逆流布置。在上炉膛、折焰角和水平烟道内分别布置了分隔屏过热器、屏式过热器、末级过热器和末级再热器，由于烟温较高均采用顺流布置。玉环电厂过热器采用四级布置，海门电厂过热器采用五级布置，顶棚管和包墙管在玉环电厂属于水冷壁系统，而在海门电厂属于过热器系统。 4.2 过热器温度调节相同之处 过热器系统采用煤/水比作为主要汽温调节手段，通过煤水比控制分离器出口过热度在合理范围，并配合喷水减温作为主汽温度的细调节，喷水减温每级左、右二点布置以消除各级过热器的左右吸热和汽温偏差。再热器事故喷水装置均采用一级两点喷水减温，左右侧喷水点可分别调节。过热器正常喷水水源来自省煤器出口；再热器喷水水源来自给水泵中间抽头。 4.3 过热器温度调节不同之处 玉环电厂过热器减温水采用三级布置，海门电厂过热器减温水采用两级布置。玉环电厂再热器调温以烟气挡板调温为主，燃烧器摆动调温为辅，事故喷水装置布置在低温再热器入口管道上。海门电厂再热器调温采用烟气挡板调温，事故喷水装置布置在低温再热器至高温再热器连接管上。玉环电厂再热器减温水布置在低温再热器入口管道上，减温水和蒸汽混合时温差更大；海门电厂再热器减温水靠近高温再热器，对再热汽温调节迅速，低再吸热相对减小。如果再热器喷水量过多，再热器入口温度低于饱和温度，为保证机组安全，应保证再热器入口蒸汽过热度，在低负荷时，禁止使用再热器减温水。