630MW超临界机组锅炉及其辅助系统节能诊断

2018-10-10彭志福

上海节能 2018年9期

彭志福

大唐华东电力试验研究院

根据国务院印发《“十三五”节能减排综合工作方案》［1］，到2020年火电供平均电煤耗要达306g/kWh,因此火电的节能工作日益重要。某电厂共4台机组，其中1号机组及2号机组能耗指标较好，但3号机组煤耗明显高于其他几台机组，问题突出。为评估该电厂3号机组的能耗状况［2］，对该机组锅炉及其辅助系统进行节能诊断，找出锅炉及其辅助系统的问题，并给出建议措施。

1 锅炉概述

该机组选用哈尔滨锅炉有限责任公司与三井巴布科克（MB）公司合作设计制造的超临界本生（Benson）直流锅炉，型号：HG-1890/25.4-YM4。一次中间再热、滑压运行，锅炉配置再循环泵启动系统，固态排渣、单炉膛、平衡通风、Π型布置、全钢结构悬吊结构、露天布置，机组容量由600MW增容改造至630MW。

炉膛为单炉膛，断面尺寸22.18m×15.63m，设计煤种为神府东胜煤，校核煤种为大同塔山煤。最大连续蒸发量1 890t/h，过热器出口蒸汽温度571℃，再热器出口蒸汽温度569℃，给水温度283.7℃。

锅炉超净排放改造中尾部烟道加装了管式MGGH换热器，包含烟气冷却器和烟气加热器两段：管式MGGH烟气冷却器布置在低低温静电除尘器入口前的水平直段烟道上，管式MGGH烟气加热器，布置在湿式电除尘出口与烟囱入口前的烟道上。

2 锅炉及其辅助系统节能诊断

在机组75%负荷工况下，对该锅炉进行了锅炉效率的测试，并将锅炉效率及各项热损失同75%负荷下的锅炉设计值进行对比，对比数据如表1，从表中可以发现锅炉效率低于设计值0.96%，较设计值低的主要原因是排烟热损失q2远高于设计值，导致锅炉整体效率下降，低于设计值。

表1 锅炉效率及各项热损失试验值同设计值对比

对2017年锅炉辅助系统的电耗平均值进行统计，并与设计值进行对比，见表2，从表2中可以看出引风机电耗高于设计值0.13%，主要原因是由于尾部烟道阻力大于设计值。

表2 辅机电耗完成值同设计值对比

针对该锅炉及其辅助系统的试验、检查并与设计值对比，发现了该锅炉存在一系列问题，并对这些问题的节能潜力进行分析。锅炉及其辅助系统的节能潜力合计为4.99g/kWh，其中排烟温度较设计值高23.3℃，影响煤耗3.73g/kWh。

表3 锅炉及其辅助系统的问题及节能潜力

3 存在问题

对锅炉进行全面检查，并进行了锅炉冷态动力场、烟道阻力和锅炉效率测试等试验[3-5]。对影响锅炉效率的原因进行了分析，提出锅炉侧及其辅助系统所存在的问题进行分析，提出相关建议和措施。

3.1 燃烧器烧损严重

锅炉共有6层30个燃烧器，除B层磨煤机对应燃烧器采用等离子燃烧器，其他层燃烧器均采用新型低NOX轴向旋流燃烧器。在燃烧器中，燃烧的空气被分成5股，中心风、一次风、二次风、三次风和四次风。主燃烧空气分为二次风、三次风和四次风，以加大空气分级程度。二次风、三次风和四次风通过燃烧器内同心的环形通道，在燃烧的不同阶段进入炉膛，有助于NOx总量的降低和燃料的燃尽。

由于在运行的时候，二次风通道较窄，二次风补风能力不佳，导致燃烧器二次风区域冷却能力不足，金属在长期高温下严重烧损变形，该锅炉除B层等离子燃烧器外，其他层燃烧器均有不同程度的烧损，二次风筒出现大量鼓包、变形挤压、局部切割情况，导致二次风基本不能形成由组织风参与燃烧；因为二次风筒的鼓包、变形挤压，不仅影响三次风通流面积、破坏三次风流场还导致部分三次风叶片卡涩；部分燃烧器旋流叶片拉杆卡涩、拉杆指示刻度不能真实反映叶片旋流强度。图1为燃烧器及空气动力场试验燃烧器烟花示踪侧面图。旋流燃烧器在主一次风气流与旋流风之间，存在环形回流区；气流在炉膛断面上分布不均匀，存在偏斜射流、直流风窜进旋流风相互影响的情况。

图1 锅炉旋流燃烧器及冷态动力场烟花示踪图

建议措施：

（1）在有条件的情况下更换或修复燃烧器。

（2）运行中应保证主燃烧区域氧量，避免因缺氧运行造成结焦、管壁超温、排烟温度异常升高。

3.2 机组不能长期处于满负荷运行

机组原设计容量为600MW，后增容改造，机组容量由600MW增加至630MW。在实际运行中，当机组负荷达到530MW时，引风机全压已经达到了8 100MPa为引风机安全出力的上限；一次风机全压及风量均已超过BMCR工况全压与风量，一次风机超出力。经分析得出造成机组出力不足的原因主要有两点：

（1）锅炉设计煤种为神府东胜煤，满负荷运行时磨煤机5台运行1台备用。实际运行时，锅炉掺烧褐煤，由于掺烧褐煤热值较低，水分含量较高，磨煤机全部投入运行时，未达满负荷时，磨煤机出力已达上限。

（2）尾部烟道烟风阻力大于设计值，该机组在引风机增容改造后在尾部烟道增设了MGGH。MGGH在长时间运行后，由于受热面低温腐蚀，导致MGGH内部堵塞。MGGH设计阻力小于600Pa，根据试验测量，MGGH阻力近1 490Pa，远大于设计值，增大了尾部烟道的烟风阻力，导致在未达满负荷运行时引风机出力已达上限。

建议措施：

（1）进行配煤掺烧试验，制定合理的配煤掺烧方案。

（2）制定烟道阻力优化方案或引风机出力优化方案，对MGGH的腐蚀受热面进行更换，换用防腐性能更好的材质。

（3）对引风机增容改造，可考虑汽电双驱改造方案：负荷较高时引风机由小汽轮机及电机双驱动，在低负荷情况下，引风机驱动汽机可保持额定功率运行，驱动电机转换为发电机运行带厂用电，降低厂用电率，提升经济性。

3.3 排烟温度高

该机组在75%负荷下设计排烟温度为109.3℃，实测排烟温度达132.6℃，超出设计温度23.3℃。经分析原因主要为燃烧器部分烧损导致各层燃烧器喷口不同程度损坏，风粉混合差，不能有效组织燃烧；燃烧器区域二次风补风能力不足，尤其低负荷高煤量运行时受限于二次风母管压力低，导致主燃烧器区域缺氧，煤粉燃尽滞后，造成排烟温度升高；实际燃烧煤种与设计煤种有差异，在掺烧褐煤时，燃烧煤种与设计煤种相比，水分偏大，锅炉总风量增加，排烟温度上升，锅炉排烟热损失增加。

建议措施：

（1）在有条件的情况下更换或修复燃烧器。

（2）优化烟气余热利用系统。

如：改造MGGH系统为低温省煤器（如图2）