超临界直流锅炉吹管运行分析

超临界直流锅炉吹管运行分析

中国大唐湘潭能源有限公司（以下简称“湘潭电厂”）一期扩建项目为23000万元，采用两根导线（3.4号）。东路桥股份有限公司与东路桥有限公司合作设计，开发，共同生产dg1900。25.4-1号临界参数，内部传输，平衡通风、固定炉销、单销和型。采用一次加热、平衡通风、固体排放、单管和型，采用双轩结构，采用支撑板调整再热蒸汽温度，全钢框架、悬索结构和户外布局。3号锅炉过热器、再热器吹管从2006年1月20日开始，整个吹管过程用时6天，4套制粉系统正常投运，降压吹管41次，稳压吹管5次，停炉冷却4次，共耗燃油560t，燃用劣质贫煤约1500t，除盐水19000t（包括锅炉首次水冲洗用水）。冲管期间A、B、D、F制粉系统运行正常。1锅炉的主要系统1.1启动分离器设计火炬点启动循环系统由启动分离器、储水罐、储水罐水位控制阀(361阀)等组成。两个启动分离器布置在炉前，垂直水冷壁混合集箱出口。经水冷壁加热以后的工质进入启动分离器，分离出的水通过启动分离器下方的连接管进入储水罐，蒸汽则由启动分离器上方的连接管引入顶棚入口集箱。设有启动分离器储水罐一个，根据储水罐水位控制阀(361阀)调节储水罐水位。储水罐中的水经过361阀，在锅炉清洗及点火初始阶段被排到定排扩容器或循环到冷凝器中。1.2煤粉燃烧材料燃烧设备系统采用对冲燃烧、旋流式燃烧器系统。前、后墙各布置3层HT-NR3燃烧器，每层4只；同时在前、后墙各布置一层燃尽风喷口。每只煤粉燃烧器布置有一只250kg/h的小油枪(机械雾化)，用于启动油枪和煤粉燃烧器的点火及维持煤粉燃烧器的稳燃；前墙中排和后墙中排每只燃烧器中心布置有启动油枪(蒸汽雾化)，单只出力4700kg/h，共8只。制粉系统采用双进双出钢球磨冷一次风机正压直吹系统，每炉配6台磨煤机(5台运行，1台备用)，设计煤种煤粉细度按200目筛通过量为80%。2管道的范围和质量保证2.1管道管道的主要范围吹管的主要范围包括锅炉过热器，再热器及其系统；主蒸汽管、再热蒸汽冷段管及热段管；高压旁路系统；汽动给水泵汽源管路等。2.2或排汽口处安装靶板过热器、再热器及其管道各段的吹管系数应大于1；在被吹管末端的临时排汽管内(或排汽口处)装设靶板，靶板可用铝板制成，其宽度约为排汽管内径的8%，长度纵贯管子内径；在保证吹管系统的前提下，连续两次更换靶板检查，靶板上冲击班痕粒度不大于0.8mm，且肉眼可见斑痕不多于8点即认为吹管合格。3吹扫法3.1降压吹管系统的特点蒸汽吹管方式一般分为稳压法和蓄能降压法。稳压法吹管是在保持锅炉汽温、汽压不变情况下进行吹管，具有每次有效吹管时间长、吹管效果佳；锅炉水动力工况较稳定、可以稳定投入制粉系统；尽管操作复杂，但制粉系统的提前投入既节约了燃油，又为整套启动奠定了良好的基础。降压法是利用锅炉的蓄热短时释放进行吹管的方法。其特点是操作简单，每次吹管时间短，耗水量小；锅炉各部分参数变化大，有利于管壁上的金属氧化物及焊渣的剥落。3.2降压吹管的确定采用一阶段主、再热蒸汽系统串联吹管、油煤燃烧、稳压和降压相结合的吹管方法。过热器、再热器一阶段联合吹管方法是指：在临时吹管控制门后加装集粒器，连接过热器与再热器冷段，从过热器管内清除的杂质可被集粒器收集并从排污管排出。这样可以避免过热器管内的杂质冲到再热器管内，经过集粒器的蒸汽可以继续冲洗再热器，又可在吹管过程中不必单独考虑再热器的安全。由于3号机组较原工期提前半年，部分制粉系统安装工作未完，故提出了锅炉采用降压和稳压相结合的方法吹管。当制粉系统投运不能满足稳压吹管时采用降压吹管，这样可充分利用两者的优点，既缩短吹管时间，保证吹管质量，又可充分暴露和消除锅炉、制粉系统的缺陷。同时在稳压吹管时可进行25%负荷的燃烧初调整，减少吹管及以后调试燃油、缩短调试工期。3.3高压再热管其流程为：启动分离器→各级过热器→过热器集汽联箱→主蒸汽管道→高压主汽阀门室→临时管→临冲阀→集粒器→临时管→高压旁路调节阀后管道→低温再热管路→各级再热器→高温再热管路→中压蒸汽阀门室→临时管→靶板装置→消音器→排大气。3.4吹管参数的选择3.4.1蒸汽分离器控制根据锅炉至汽机的各管道及各受热面的额定参数、临时管道的材质的要求、在保证冲管系数的前提下，稳压冲管汽水分离器压力为5.5MPa～5.8MPa，主蒸汽温度通过减温器控制在427℃以内，再热蒸汽温度通过再热器减温器和烟气挡板调至480℃以内。按照以上参数吹管，给水流量850t/h，吹管系数K大于1。3.4.2降压装置参数在过热器出口联箱压力为6.5MPa时开吹管控制门,过热器出口联箱压力为2.5MPa时关吹管控制门。4吹管时，吹管系数的测量4.1蒸汽吹管系统计算稳压吹管分离器压力为5.8～6.2MPa，过热器出口压力为3.4～3.6MPa，过热蒸汽温度425℃，蒸汽流量780～870t/h,再热蒸汽进出口压力1.03/0.73MPa，进出口温度402/465℃。按照蒸汽吹管导则，吹管系统按式(1)计算，计算结果见表1。式中G———吹管时蒸汽流量，t/h;υ———吹管时各段受热面入口蒸汽比容,m3/kg;4.2吹管能力分析设计分离器至过热器出口之间的压差为1.86MPa左右,设计再热器压降为0.19MPa。吹管期间分离器与过热器出口最大压差为2.6MPa，再热器最大压降为0.27MPa,根据小区段压降法计算吹管系数：式中ΔPe———额定工况过热器压差，MPa;ΔPc———吹管工况过热器压差，MPa。吹管动量系数K=1.4。吹管期间的动量比曲线如图1，由于直流锅炉蓄热能力小，过热器及再热器吹管动量比(即吹管系数)K>1的有效吹管时间均在1min左右。5投粉器螺纹泵控制要点5.1吹管及水压控制(1）过热器出口联箱压力为6.5MPa时开吹管控制门,同时给水流量逐渐加大；当吹管控制门全开时给水流量控制在410～440t/h。(2）过热器出口联箱压力为2.5MPa时关吹管控制门，同时给水流量逐渐减少；当吹管控制门快全关时给水流量控制在最小流量310t/h。(3)贮水箱水位控制在正常水位，其水位主要由361阀自动调节。(4)采用投粉降压吹管时，应监视、调整炉内煤粉着火及燃烧工况，防止灭火打炮，灭火后应注意炉内通风清扫。5.2减水温及吹管系统(1)吹管时，根据分离器出口压力上升的速度逐步开启临冲门直至全开。再热器无足够蒸汽冷却时，应控制锅炉炉膛出口烟温不超过535℃。(2)为方便汽温控制，在贮水箱放汽压力达到2.0～2.5MPa、蒸汽流量180t/h以上、热风温度180℃以上时投制粉系统。投粉时锅炉汽温上升很快，应及时投入减温水。减温水的调节按照以下原则：一减后汽温保持20℃左右的过热度，二减开度控制过热器出口蒸汽温度在410℃以下；通过调节再热器事故喷水和烟气挡板开度，保证再热器出口温度低于临时管道所能承受的温度。(3)在升负荷过程中，先后投入F、A、D或F三套制粉系统。通过调整燃烧和开启临冲门，维持分离器出口压力在5.5MPa和主给水流量850t/h，保持吹管参数。(4)当蒸汽流量达410t/h，锅炉转入直流运行状态，分离器出口蒸汽过热度控制在20～30℃。(5)每次稳压吹管持续时间主要取决于补水量，一般持续时间1h。一次吹管结束后，应降压冷却，相邻两次吹管宜间隔12h以上。(6)在正式吹管前，应进行2～3次低于选定吹管压力的预吹管，以检查吹管临时系统的安全状况及熟悉运行控制操作。一般预吹管的压力分别按吹管压力的30%～40%、50%～60%、70%～80%选取。(7)在首次预吹管时可安装靶板，投入靶板器，以检查吹管系统污脏程度及靶板器的使用性能。6冷、温态启动在锅炉初次启动时，应进行冷态和温态水冲洗。冲洗水量可达600t/h，以清除给水系统中的杂质。如果停炉时间在一个星期以上，启动前也必需进行冲洗。整个启动期间，省煤器入口流量始终保持在350t/h以上。冷态和温态启动时，锅炉点火30分钟后，水冷壁即出现“汽水膨胀”期，贮水箱内水位迅速上升至高水位或高高水位，此时通过361阀调节储水罐水位，根据水质情况，将工质排往扩容器或循环到冷凝器中。在热态和极热态启动时汽水膨胀量很少，由于水质好，可将工质排往冷凝器回收。当锅炉蒸发量达到410t/h的最低直流工况时，此时361阀调节阀和电动阀关闭。随着直流工况运行时间的增加，开启暖管水，使少量省煤器出口炉水至贮水箱上的扩容器或循环到冷凝器管中，确保这两路管处在热备用状态。7管道安装中的问题和对策7.1改善启动油枪燃烧的条件启动油枪投运初期应注意补充燃烧所需根部风，否则燃烧效果会变差。为了改善启动油枪的燃烧，可将投运燃烧器的冷却风管打开，通过炉膛负压的作用，补充启动油枪的根部风。炉膛负压控制在-600Pa，以满足启动油枪燃油的充分燃烧。7.2增加燃尽风流量(1)降低锅炉启动给水流量：由25%BMCR(475t/h)降到21%BMCR(400t/h)。(2)提高给水温度：提高至90℃以上，越高越好。全开除氧器辅汽加热调门，维持辅汽母管压力1MPa。(3)控制锅炉总风量在35%(570km3/h)，若汽温还是偏高，可适当降低总风量（低限490km3/h）控制，增加燃尽风流量。(4)在启动油枪投运时，炉膛负压控制在-600Pa，烧煤时控制在-100Pa，确保投用启动油枪的燃烧器冷却风挡板完全开启，若油枪着火困难，可适当降低炉膛负压，提高二次风流量。7.3361个开口的运行模式7.3.1升温升温及控制锅炉向低升压在锅炉25%BMCR负荷实现干/湿态转变(循环转直流)后，才允许锅炉向上继续升温升压，否则将造成361阀后参数过高而致使361阀后管道及冷凝器出现损伤。7.3.2锅炉关闭情况361阀暖管管路指省煤器出口连接管→361阀→储水罐→过热器二级减温水的管路，主要目的是对361阀及储水罐至361阀管道进行暖管，以防止361阀及储水罐至361阀管道出现热冲击对阀门和管道产生疲劳伤害。在锅炉启动过程中，361阀暖管管路必须在锅炉实现直流转换、361阀完全关闭后才允许启用，此管路设计流量约为1.2t/h。在锅炉正常运行过程中应确保361阀暖管管路正常投入使用。在锅炉停炉过程中，361阀暖管管路应在361阀开启前关闭。锅炉直流运行后，361阀关闭，361阀后的第一个电动闸阀应随后关闭；因361为调节阀不能作为保护冷凝器的关断用，当出现误操作而开启361阀或361阀泄漏时，361阀后闸阀起到对冷凝器保护作用。锅炉正常停炉时，当锅炉负荷下降到30%BMCR左右时，可关闭361阀暖管管路，开启361阀后闸阀，当负荷继续下降到储水罐出现凝结水后，由361阀控制储水罐水位，直至停炉。7.4定压运行在锅炉点火启动后，在21%BMCR给水流量的前提(即给水流量为400t/h)下，为确保实现湿-干态转换，按照以下运行参数即：在8.92MPa的定压运行；分离器入口工质温度应高于饱和温度20～30℃；控制煤水比及稳定汽压是关键。7.5储水罐水位测量在锅炉启动过程中，锅炉储水罐水位的测量原理在亚临界自然循环阶段(湿-干态转换之前)是和汽包炉是相同的，是通过汽、水的密度不同来判断的。储水罐水位的测量是从储水罐水位测量的上取样点下方接入，当汽水分离器进入干式运行时，有一部分水蒸汽从该管路进入，从而对上取样点处形成抽吸作用，故需要对正压侧凝结球内压力根据伯努利方程进行校正，见表2。在负荷大于120MW后，需要在水位修正中加入负荷指令的修正，在173MW后一直保持22m的修正，在额定负荷下，表盘的水位指示基本等于两个测压孔(23.4m)之间的距离。8吹管工艺优化(1)超临界燃煤机组在国内首次采用稳压和降压相结合的吹管方法，既可提高