超临界超临界1000mw直流锅炉调试

超临界超临界1000mw直流锅炉调试

1过热汽温调节及燃烧系统华源北方煤矿1号锅炉是东方集团有限公司与日本巴布科克有限公司联合设计、制造的大型气滞本生产工具。锅炉为DG1900/25.4-Ⅱ1型,采用一次中间再热,单炉膛,尾部双烟道结构,采用烟气挡板调节再热汽温,固态排渣,全钢构架,全悬吊结构,平衡通风,露天布置。燃用晋南、晋东南地区贫煤、烟煤的混合煤种。汽水系统的流程为给水经省煤器、螺旋水冷壁、混合集箱、垂直水冷壁、水冷壁出口混合集箱到达汽水分离器。汽水分离器汽侧蒸汽则依次进入顶棚管、包墙管、低温过热器、屏式过热器、高温过热器。汽水分离器水侧分离出的水质合格的水经储水罐排往凝汽器,水质不合格的水排至炉侧疏水扩容器。过热汽温调节采用2级调节方式,减温水水源取自省煤器出口,设计减温水温度满负荷时可以达到321℃。第一级减温器位于低温过热器与屏式过热器之间,第二级减温器位于屏式过热器与末级过热器之间。再热汽温通过布置在低温再热器和省煤器后的平行烟气挡板来进行调节,再热器事故喷水减温器布置在低温再热器至高温再热器之间连接管道上,仅在事故情况下使用。燃烧系统采用B&W典型的大风箱配风型式、前后墙分三层对冲布置有24只双调风旋流燃烧器,为实现低负荷稳燃、防止结渣的发生及降低NOX的排放,燃烧器中部一次风通道中采用了锥型浓缩器和火焰稳燃环及稳燃齿,前后墙及其两侧燃烧器上部还布置有12只燃尽风喷口。采用6台ZGM113N型中速磨煤机正压直吹式制粉系统。每个燃烧器按从内到外的顺序依次布置直流一次风、直流二次风和旋流三次风,如图1所示。一、二、三次风设计参数见表1。锅炉共设24只简单机械雾化点火油枪,12只蒸汽雾化启动油枪,点火油枪位于三次风通道中,其出力为250kg/h;启动油枪布置在锅炉前墙中、下层和锅炉后墙中层,位于煤粉燃烧器的中心,其出力为2950kg/h。启动油枪主要用于暖炉和低负荷稳燃。设计锅炉在45%负荷以上可以实现不投油稳燃。锅炉主要参数见表2。2bhk直接压缩式锅炉的启动性能机组每次冷态启动都要经过锅炉冷态冲洗、点火升温升压、热态冲洗、汽机冲转、机组并网、带负荷转直流运行、满负荷运行等几个阶段。见图2。2.1煤水比及主汽压力控制设计机组汽水系统采用了BHK成熟的设计,炉膛下辐射区采用Φ38.1mm×7.5mm的螺旋水冷壁管,上辐射区采用Φ31.8mm×9.1mm的垂直管水冷壁管,螺旋管水冷壁与垂直管水冷壁之间采用了混合集箱过渡。采用内置式启动分离器,整个省煤器入口至汽机主汽门之间未设置阀门。机组启动过程中的升温升压采用滑压方式进行,汽机冲转前的启动给水流量控制在400～475t/h之间,即对应于额定蒸发量的21%～25%。汽机冲转前,通过高压旁路阀控制主蒸汽压力在8.9MPa以下,通过燃烧调整控制主汽温度在400℃以下;同时通过低压旁路及再热烟气旁路挡板控制再热汽温汽压在合理的范围内。机组带20%负荷后,锅炉转为干态运行。主蒸汽压力由高旁自动控制转为煤水比的自动控制。机组在不同负荷下燃用不同煤种时,在保证汽水分离器出口过热度为正值的直流运行前提下,水煤比一般保持在7～10的范围内。为防止储水罐水位调节阀(361阀)后的管道超压,在机组转干态运行及主汽压力8.9MPa以上时,361阀严禁开启。现场采取的手段是当主汽压力8.9MPa以上时,将该阀自动调节改手动调节同时保持361阀关闭,防止了凝汽器及361阀后部管道超压。从锅炉点火到机组转直流运行期间,启动分离器储水罐水位由361阀全程自动控制,分离器的作用相当于自然循环炉汽包的作用。实际上在机组负荷为125MW、主汽压力为8.42MPa、给水流量为475t/h的工况下机组就可以实现完全转干态运行。此时,分离器水位到零后,361阀自动关闭。这一点在操作上较俄罗斯带外置式启动分离器的800MW机组的直流切换过程更加简单。2.2冷态冲洗和机组带负荷锅炉首次启动前的给水品质是保证机组长期安全稳定运行的关键环节,由于在超临界压力下各种盐类的溶解度要高于非超临界压力下的情况,对于刚经过化学清洗的基建超临界直流锅炉进行冷热态冲洗十分必要。锅炉分冷态及热态冲洗2个阶段。首先进行锅炉冷态冲洗,第一步为冷态开式冲洗。冲洗流程为:省煤器→水冷壁→汽水分离器→分离器储水罐→定排扩容器→机组排水槽。当省煤器入口水质达到Fe<500×10-6、pH=9.3～9.5时,冷态开式清洗结束。第二步冲洗为冷态循环冲洗。冲洗流程为:省煤器→水冷壁→汽水分离器→分离器储水罐→凝汽器。保持475t/h的给水流量向锅炉上水进行冲洗,冲洗至分离器储水罐下部出水水质达到Fe<100×10-6或浊度<3、油脂≤1×10-6、pH值≤9.5的标准时,冷态循环冲洗结束。冷态冲洗合格后,锅炉点火进行热态冲洗。根据冷态启动曲线的要求投入2～4只启动油枪运行,投入高低压旁路压力自动。点火后水中铁离子浓度重新上升,由于Fe、SiO2盐在190℃左右时的溶解度最高,实际冲洗时保持水冷壁出口联箱壁温190℃左右稳定,保持该工况连续排水,当化验省煤器入口铁离子含量合格后,认为热态冲洗合格,此时机组才允许继续升温升压。在主汽压力为8.9MPa以下,根据水质情况361阀向锅炉及凝汽器2路排水回路可以进行切换操作。水质不合格时需打开至炉侧排水阀进行排污操作,水质合格后全部回收至凝汽器转为闭式循环。华能沁北电厂1号炉吹管前的冷热态冲洗期间,曾先后5次点火进行换水冲洗。机组带负荷期间也曾多次发生因凝结水泵及给水泵入口滤网堵塞而造成机组停运的现象。机组耗水量如表3所示。经过数次清理滤网后,机组整套启动期间的耗水量和水冲洗时间均大大减少,汽水品质可以很快满足机组并网的要求。2.3吹管工艺设计直流炉与汽包炉相比蓄热能力较小,当锅炉蒸发量小时只能进行降压吹管,当机组热负荷及燃烧率较高时才能实现稳压吹管。本超临界压力直流锅炉额定工况时分离器至过热器出口压差达到1.86MPa,为满足吹管时动量比的要求同时兼顾临时吹管管道的强度,选取6.5～7MPa作为吹管开门压力。第二阶段吹管设计吹管流程,如图3所示。第一阶段只单独吹扫过热器,采用全部燃油降压法进行吹管,这样易于控制锅炉热负荷及防止再热器因干烧而超温,第二阶段进行过热器及再热器串联吹管,再热器通汽后锅炉可以保持在较高的热负荷,吹管期间投入1台底层磨煤机运行,每次吹管可持续20min左右,实现降压及稳压联合方式吹管。见表4。蒸汽吹管的同时要考虑到锅炉水冷壁出口受热面相变区域因传热恶化而发生超温爆管的可能性。从沁北电厂锅炉水冷壁出口受热面的壁温数据看,壁温偏差均在允许的范围内。3在整个工作期间，解决设备环境问题和问题3.1实际冲洗前后管道的总排放量东方锅炉厂设计机组冷态冲洗时,冲洗水不回收完全经过定排扩容器排至机组排水槽,冷态冲洗排放量约为475t/h。当采用Φ377mm×10mm的管道时,管内流速可达到1.319m/s。在此流速下2根Φ159mm×4.5mm及Φ273mm×8mm管道的总排放量仅为330t/h。实际冲洗期间因无法及时排水而导致溢流现象的发生。调试期间经计算,增加了1根至排水井的Φ273mm×8mm管道后,同样流速下的总排放量可达576t/h。实践证明改造后可以满足锅炉冷态冲洗时机组排水的要求。见图4。3.2蒸汽通流量不足,导致超温过热器超温发现于整定安全门期间,1号机组在并网前也多次发生主汽超温而影响并网的问题(机组当时的试运工况如表5所示)。通过分析其问题发生的原因如下。表4投1台磨稳压蒸汽吹管记录a.给水温度低、流量大、锅炉蒸发量小机组低负荷时仅投入中下层启动油枪及点火油枪运行,为保证锅炉寿命及控制金属壁温温升率,启动时的燃烧率控制在较低的水平。在冷炉点火初期,锅炉的发热量主要用于加热炉内受热面金属管道及低温给水。由表5可见,当分离器压力为6.3MPa时,对应的饱和温度为278℃。在分离器出口仅有6℃过热度的条件下,显然经过各级过热器受热面的蒸汽通流量偏小,对金属管道的冷却能力不足而导致超温。而增加的给水因无法全部达到过热,一部分通过361阀后的排水管道排至机组排水槽,无法变成过热蒸汽而受热面管道进行冷却。解决办法是全开辅助蒸汽至除氧器加热调节门,提高给水温度。将给水流量降至额定蒸发量的21%,即400t/h的水平上。这样在合适燃烧率的前提下,锅炉的产汽量可以满足对过热器受热面的冷却要求,避免了超温现象的发生。b.总风量偏大点火初期为改善燃烧,通过增强燃烧器根部风而启动了一次风机,使总风量大大增加。虽然燃烧情况得以改善但使油枪火焰拉长,炉膛火焰中心抬高。结果是因水冷壁辐射吸热降低,省煤器出口欠焓变大,分离器出口过热度不足;由于锅炉尾部烟道中对流烟气量增加,造成各级过热器受热面吸热量增大。在烟气热负荷大及蒸汽通流量不足的情况下,必然造成主汽超温。解决办法是不启动一次风机,将总风量控制在35%左右。经过反复调整试验,最后确定控制雾化汽压高于启动油压0.2MPa左右,控制启动油压为0.6MPa,点火油油压为3MPa,雾化汽压为0.8MPa。经过调整后有效地控制了锅炉的燃烧工况,超温问题得以改善。c.减温水取出点不当一般情况下,锅炉减温水取自省煤器入口的给水管道上,而本台机组设计减温水取出点在省煤器出口。虽然喷水点取在省煤器后可以使汽水混合后焓损失减小,但在低负荷时,因为减温水取出点与喷入点间压降太小,使减温效果不甚明显。1号机组调试期间在省煤器前增加了一路Φ108mm×20mm的减温水管路,作为过热器主减温水的备用管路。另外,一、二级减温器有部分堵塞现象,用水反复冲通后,问题得以解决。BHK的设计初衷是点火启动初期减温水不投入,在后来的实践中证明,控制好水/燃料的比率后,在不投入减温水的情况下可以控制主汽温度在合理的范围内。在紧急情况下增加的临时减温水管路可以作为应急管路备用。见图5。3.3解决磨入口收磨单由于现场空间条件的限制,磨煤机入口没有足够长的直管段而磨风量测量采用单点测风装置,仅能代表局部流场的风速,而不能反应整个风道截面的风量变化情况,从而影响了磨风量测量的准确性。试运期间发现,当磨入口热风挡板开度为40%时,磨入口冷风挡板从80%关小到60%时,反而出现了磨通风量变大的趋势。解决办法是在风道中加装均流栅;采用三点测风的插入式超利巴风量测量装置;在磨出口直管段上安装临时测点,对磨入口风量装置进行标定;将磨碗上下差压作为风量大小的辅助判断依据。采取以上措施后,基本可以满足磨风量投自动的要求。笔者认为如果采用机翼测风装置等比较成熟的测风元件,因为风速场经过机翼后更加规则,磨风