如何降低300MW机组锅炉再热减温水量来提高机组效率

【专家解说】：1 引言
我厂2台300 MW机组分别于2010年底到2011年初投入商业运营，锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的HG-1025/17.5一YM33亚临界自然循环汽包锅炉。该锅炉自投产以来，一直存在再热汽温不足的问题，在低负荷（150MW）情况下再热蒸汽的欠温可达30℃以上，两侧再热汽温偏差也大，最高也可达30℃。除此之外，该锅炉还经常发生后屏过热器超温的问题，为保证后屏过热器不超温，运行中需降低摆动火嘴角度，给燃烧调整工作带来很大的局限性。同时过热器减温水量高出设计值20-37t/h。这些因素严重影响机组的经济性，使机组的供电煤耗增大了约3g/kWh。
本文针对以上问题对锅炉进行了分析并开展了受热面的改造工作，通过增加壁式再热器的面积，并采用有针对性的燃烧调整工作使增加受热面发挥最大的作用，取得了良好的效果。
2 问题分析
（1）将性能试验100%负荷时的数据与锅炉设计数据相比较，锅炉的整体性能如锅炉主汽温度、锅炉燃料量、排烟温度、省煤器出口的烟气温度等，基本接近锅炉的设计值，但过热器减温水量约为设计值3倍，说明过热器部分实际吸热量大于设计值；同时，再热汽温为5355℃，低于设计值5℃，说明再热器部分吸热量略小于设计值。而煤量基本相同，说明此时燃用煤种与设计煤种非常相近，可以排除锅炉再热汽温低由煤质下降引起的可能性。
（2）将锅炉正常运行时的数据与锅炉设计数据进行对比发现：日常运行时锅炉的给煤量远大于锅炉设计给煤量，煤质明显下降，这样就使得以辐射特性为主的锅炉炉膛的换热能力下降，而对以流换热部分的过热器部分吸热能力增加很多，且负荷越低，炉膛燃烧温度下降越快，这种换热能力的转移量越大。如在50%负荷时，一减前过热蒸汽的汽温高达424℃，而锅炉设计在40%负荷时的该温度值为389℃。过高的低温过热器使锅炉的一级减温水基本开满，锅炉前屏过热器到后屏过热器段就失去了喷水减温的调节与保护能力，工况波动时特别容易产生后屏出口的超温现象。同时，该锅炉再热器系统墙式辐射再热器、后屏再热器和末级再热器三个部分中大部分是辐射式受热面，仅末级再热器是对流受热面，其汽温特性与辐射换热能力紧密相关，因而在过热汽温由于对流吸热能力增加而增加时，再热器吸热量减少，再热汽温必然降低。
可见，一方面的确存在再热器侧受热面不足的问题，更为重要的原因是该锅炉设计过热器系统偏大，且锅炉设计时再热器太过于偏重辐射特性，造成锅炉在中低负荷时再热汽温偏低。而过热器的裕量太大，造成低温过热器出口温度偏高，导致一级减温水调节功能失效。而煤质变差则大大加剧了这个问题。
针对该锅炉的问题，显然合适的解决方案应当包括以下几个方面的考虑：
（1）对锅炉整体受热面结构进行了校核计算，通过技术改造适当增加再热器的换热面积，以弥补再热器受热面略有不足的先天缺陷，该方法的前提是要有适当的位置布置受热面。
（2）考虑到该锅炉的过热器受热面积偏大的问题，可以适当的减少过热器的受热面积，以减少低温过热器的面积为最佳，由此恢复一级减温水的调节功能，该方案不需要特别的条件，但是有可能使排烟温度略升高，使锅炉效率有所降低。
（3）增加一级减温水的容量。目前减温水容量较低，开满后只有26t/h左右的减温水量，不足以克服低负荷时低温过热器过多的吸热。
3 改造后锅炉燃烧调整试验
改造工作在2号锅炉进行，改造后进行了相应的燃烧调整试验。由于锅炉改造增加的再热器受热面是辐射式受热面，因而本次试验调整的目标主要是增加炉内燃烧的强度、集中度，以保证炉内增加的受热面实现其预想功能。同时，通过适当减少整体氧量的方法，减少尾部受热面，特别是面积设计偏大的低温过热器的吸热，来减少屏式过热器的入口温度，减轻超温的压力。在强化炉内燃烧的同时，飞灰、大渣的可燃物含量会同时减少。主要调整方式为：
（1）采用更细的煤粉细度。由于煤质较差，控制精度有限，改造前制粉系统控制的煤粉细度随各粉管有较大差别，细度分布在R90《30%以下。本次调整时通过制粉系统的精确调整，使各粉管的煤粉细度都调整至20%左右，使锅炉各燃烧器出口的火焰更加均匀。
（2）采用正塔型的配风方式以强化炉内燃烧。锅炉运行原采用均等配风方式，上两层OFA各开50%～60%，下层燃烧器的开度基本都在30%左右。采用正塔型配风方式后，把两层OFA燃烧器中的一层关闭，一层全开，以便把一部分OFA风量移到主燃烧器，以强化炉内的燃烧，同时利用单层OFA的大气流来完成压火与燃尽任务。
（3）加强二次风的卷吸能力。减少各燃烧器的周界风以减少其对于一次风与二次风卷吸来的热烟气的隔绝作用，使一次风火焰与二次风尽早接触，以强化燃烧；同时减少两个一次风燃烧器间的二次风燃烧器的风量来强化燃烧器间的联系。由于煤种变差，这种运行方式并不会造成燃烧器烧损问题的出现。
（4）提高二次风运行风速。原来运行时为了降低厂用电率，电厂采用很低的二次风运行压力，这样就使得入炉二次风速偏低，因而本次调整把炉膛与二次风风箱间的压力值提高到设计值，以提高二次风的卷吸能力。
通过以上的调整工作，锅炉的运行状态有了明显的变化，表现为：
（1）炉膛中的燃烧得到了明显的强化，燃烧区中心的温度提高了100℃左右，且低负荷时该温度下降明显变缓，50%负荷时燃烧区温度仍可以维持在1000℃以上；飞灰可燃物由原来的3%左右下降到调整后的2%以下。
（2）由于燃烧区火焰温度的提高，包括新增加再热器的下部炉膛，而前、后屏的换热强度弱于原来的换热，在后屏温度不超温的条件下实现了燃烧器可以通过向上摆动一定的角度来调节再热汽温的设计初衷，使再热汽有了一定的调节空间。满负荷时再热汽温可以超过541℃；200MW负荷时，再热汽温提高到535℃；150 MW条件下再热汽温可以提高到530℃左右，比改造前提高约20～30℃。
（3）通过适当的降低氧量0.5%左右，使烟气量、送风量都有所下降，200 MW以上负荷条件下空预器人口烟温下降3～4℃，低温过热器蒸汽温度可下降1～2℃；在150 MW条件下，这种作用减弱，空预器入口烟温与低温过热器蒸汽温度与原来持平，但热风温度平均都有6～7℃的提高，这种温度的提高对于强化燃烧区的燃烧非常有利。
4 结束语
对某300MW锅炉的再热器超温问题进行了调查研究，确定其根本原因是：再热器设计略有不足而过热器设计偏大，且再热器过分强调辐射特性。上述因素综合影响，造成负荷变低时过热器吸热量向增加的方向运行而再热器吸热量向减少的方向运行。锅炉减温水的容量设计不足和煤种变差加剧了该问题，最终使锅炉的一级减温水开满，锅炉后屏运行在没有足够保护的状态下，因此，最好的解决方案是同时增加再热器受热面积和一级减温水系统的容量。考虑到工期等因素，锅炉先实施了增加壁式再热器的改造工作，并有针对性地采用了正塔形配风方式来强化锅炉下炉膛部分的燃烧与换热，从而为再热器获得一定的调节范围提供了条件。结果显示，在保证后屏过热器金属壁温在不超过570℃的条件下，再热蒸汽出口温度可以达到530～540℃，较改造前提高了20℃，具有明显的节能效果，同时也减少了汽轮机因再热蒸汽过热度不够而产生的末级叶片冲蚀的危险，为解决同类问题积累了宝贵的经验。