0引言

隨著我國(guó)新能源的快速發(fā)展,降低碳排放的 目標(biāo)推進(jìn),光伏、風(fēng)電容量占比不斷增加,電力市場(chǎng)主導(dǎo)地位不斷發(fā)生變化。 在這一背景下,火電機(jī)組面臨多方面挑戰(zhàn),在運(yùn)行中需要上能頂峰帶負(fù)荷,下能深調(diào)參與市場(chǎng)輔助,快速適應(yīng)市場(chǎng)變化和需求,這就對(duì)設(shè)備維護(hù)和運(yùn)行調(diào)整提出了更高要求。 對(duì)于火電機(jī)組,在搶發(fā)電量的同時(shí),調(diào)峰深度也決定了輔助收益,但也進(jìn)一步增加了鍋爐燃燒的安全風(fēng)險(xiǎn),因此對(duì)鍋爐穩(wěn)燃方面的研究至關(guān)重要。

1 設(shè)備概況

某電廠630 MW超臨界機(jī)組鍋爐采用北京巴布科克威爾克斯有限公司生產(chǎn)的超臨界參數(shù)、垂直爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、 露天布置的“W”火焰型爐,鍋爐型號(hào):B&WB—1950/

25.4—M。 配備A、B、C、D、E、F六套雙進(jìn)雙出鋼球磨正壓直吹式制粉系統(tǒng),其中B、E磨各配置一套等離子穩(wěn)燃裝置,8個(gè)等離子發(fā)生器對(duì)應(yīng)B、E磨8個(gè)燃燒器。

燃燒設(shè)備采用雙拱絕熱爐膛、濃縮型低NOx雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器,燃燒器平行對(duì)稱布置于爐膛下部的爐拱上,前、后各12只,共24只;在燃燒器下部,與燃燒器相對(duì)應(yīng),前后墻各布置12個(gè)乏氣噴口,共24只;與煤粉燃燒器對(duì)應(yīng)同時(shí)配置了24只點(diǎn)火油槍;每個(gè)燃燒器下部均設(shè)有分級(jí)風(fēng)管,每個(gè)分級(jí)風(fēng)管分成2個(gè)支管(即噴口),每臺(tái)鍋爐共有48個(gè)分級(jí)風(fēng)噴口,前后墻各24個(gè)。爐型與燃燒器及配風(fēng)布置情況如圖1所示。

2“W”型火焰鍋爐的燃燒特性及深調(diào)主要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)

2.1“W”型火焰鍋爐的燃燒特性及現(xiàn)狀

“W”型火焰鍋爐由下部爐膛(燃燒室)和上部爐膛(燃燼室)組成,一般下部爐膛的深度比上部爐膛大80%~120%,燃料燃燒過程基本上是在下爐膛完成(75%以上),上部爐膛主要是冷卻煙氣用。上、下爐膛之間有一縮腰,可減少上部爐膛水冷壁對(duì)著火和燃燒區(qū)的輻射吸熱,有利于提高著火區(qū)的溫度,創(chuàng)造更好的著火條件。同時(shí)由于“W”型火焰的形成,火 焰下沖使煤粉在爐膛內(nèi)的燃燒行程增加,著火距離長(zhǎng),更有利于煤粉的燃燼,燃燒穩(wěn)定性顯著增加。 對(duì)于低揮發(fā)分的貧煤和無煙煤等劣質(zhì)煤種,可使其表現(xiàn)出較好的燃燒特性。

但實(shí)際運(yùn)行中入爐煤種摻配等情況往往會(huì)造成入爐煤與設(shè)計(jì)煤種偏離,煤質(zhì)的多變使得配風(fēng)及燃燒調(diào)整等方面難以與之匹配,導(dǎo)致燃燒調(diào)整中仍存在燃燒穩(wěn)定性差、結(jié)焦嚴(yán)重、飛灰含碳量高、排煙損失大、污染物排放量增加等問題。

2.2“W”型*焰鍋爐深度調(diào)峰主要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)

2.2.1鍋爐滅火

鍋爐深度調(diào)峰過程中,抗干擾能力差,鍋爐漏風(fēng)、給煤機(jī)斷煤等擾動(dòng)對(duì)鍋爐燃燒影響較大;低負(fù)荷下煤粉著火困難、著火點(diǎn)后移,將使燃燒穩(wěn)定性下降^[1]。除采取配風(fēng)調(diào)整、煤粉細(xì)度控制、等離子穩(wěn)燃技術(shù)及其他穩(wěn)燃措施外,配煤的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性與深度調(diào)峰過程中鍋爐的運(yùn)行安全性直接相關(guān)。煤種的摻配方案需要緊跟負(fù)荷的變化,做好負(fù)荷預(yù)測(cè),滿足高負(fù)荷需求和深調(diào)的穩(wěn)燃需求。鍋爐深調(diào)工況下需要提高入爐煤揮發(fā)分,保證煤粉著火及燃燒穩(wěn)定性;同時(shí)適當(dāng)降低入爐煤熱值,利于低負(fù)荷下磨煤機(jī)出力控制,從而保證鍋爐熱負(fù)荷均勻分布,防止出現(xiàn)鍋爐燃燒惡化、滅火等風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.2水動(dòng)力不足

低負(fù)荷下鍋爐給水流量大幅下降,給水泵出力較小,630 MW機(jī)組深調(diào)至30%負(fù)荷工況下,鍋爐已介于干濕態(tài)轉(zhuǎn)換的臨界點(diǎn)。此時(shí),鍋爐給水流量接近最小流量,水冷壁溫及溫差顯著升高,水動(dòng)力不足。如果出現(xiàn)給水流量波動(dòng)或燃燒擾動(dòng)情況,極易發(fā)生受熱面大面積超溫、應(yīng)力撕裂導(dǎo)致爆管事故。

2.2.3水沖擊

30%負(fù)荷深調(diào)工況下,鍋爐介于干濕態(tài)轉(zhuǎn)換的臨界點(diǎn),在燃燒正常調(diào)整和擾動(dòng)中極易發(fā)生干濕態(tài)頻繁切換,對(duì)鍋爐承壓部件產(chǎn)生交替的應(yīng)力損壞。同時(shí)深調(diào)工況下煤水比容易失衡,若燃燒大幅減弱或給水流量過大會(huì)導(dǎo)致汽溫大幅下降,造成汽輪機(jī)水沖擊。

2.2.4鍋爐承壓部件應(yīng)力損壞

鍋爐正常啟停及變負(fù)荷過程中,鍋爐本體會(huì)發(fā)生不同程度的膨脹變形,其變形程度隨變負(fù)荷的幅度大小和速率而不同。當(dāng)變形過大導(dǎo)致局部膨脹受阻時(shí),會(huì)對(duì)鍋爐承壓部件產(chǎn)生較大應(yīng)力作用,造成承壓部件損壞、受熱面變形拉裂等情況。同時(shí)鍋爐深調(diào)至低負(fù)荷時(shí),受熱負(fù)荷分布不均、水動(dòng)力不足的影響,鍋爐受熱偏差及水冷壁溫偏差也會(huì)產(chǎn)生較大應(yīng)力,造成水冷壁拉裂損壞。

3“W”型*焰鍋爐深度調(diào)峰過程中燃燒惡化現(xiàn)象及處理分析

3.1發(fā)生燃燒惡化后的現(xiàn)象

該電廠630MW機(jī)組深度調(diào)峰至200MW,協(xié)調(diào)在機(jī)跟隨方式,A、B、E三臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行,爐水泵運(yùn)行,主汽壓10.8Mpa,蒸發(fā)量590 t/h,給水流量737 t/h,氧量6.6%,汽水分離器貯水箱水位11.8 m,一次風(fēng)壓8.8 kpa。爐側(cè)主汽溫559℃/562℃ ,再熱汽溫558℃/557℃ ,機(jī)組運(yùn)行工況穩(wěn)定。

此時(shí),B1給煤機(jī)發(fā)生斷煤,B2、E4煤火檢相繼失去,爐膛負(fù)壓無異常波動(dòng),氧量突升至7.3%,主汽壓下降0.2 Mpa,幅度較小,一次風(fēng)壓穩(wěn)定,分離器水位快速下降。爐側(cè)A、B側(cè)主、再熱汽溫同時(shí)升高,但B側(cè)主、再熱汽溫快速上升幅度較大,主汽溫兩側(cè)最大偏差13℃ ,再熱汽溫兩側(cè)最大偏差達(dá)22℃ ,過再熱器壁溫快速升高。從給煤機(jī)斷煤擾動(dòng)發(fā)生,燃燒惡化至各參數(shù)調(diào)整正常,過程持續(xù)15 min左右,其間上水冷壁屏間差、屏過出口、二過進(jìn)出口、再熱器壁溫均出現(xiàn)持續(xù)超溫情況,燃燒調(diào)整穩(wěn)定后各參數(shù)恢復(fù)正常。

3.2處理過程分析

B1給煤機(jī)發(fā)生斷煤后,監(jiān)盤人員立即聯(lián)系敲倉(cāng)人員啟動(dòng)空氣炮振打,恢復(fù)下煤正常。隨之發(fā)現(xiàn)B2、E4煤火檢相繼失去,依次投入B、E層等離子磨油槍穩(wěn)燃,B2煤火檢恢復(fù)正常。

因鍋爐主、再熱汽溫及各受熱面壁溫升高較快,立即增加給水流量,并調(diào)整一級(jí)、二級(jí)過熱蒸汽減溫水量控制主汽溫;同時(shí)關(guān)小再熱煙氣擋板控制再熱汽溫,開啟B側(cè)再熱蒸汽事故減溫水;將主、再熱汽溫控制在正常范圍,各受熱面壁溫逐步下降至正常。

但E4煤火檢仍持續(xù)頻閃,分離器水位下降至7 m后又快速升高至16.4 m,開啟341排放閥控制水位正常。啟動(dòng)D磨煤機(jī)運(yùn)行,E4煤火檢恢復(fù)正常。逐支退B、E層油槍,燃燒穩(wěn)定,調(diào)整各參數(shù)正常,恢復(fù)初始運(yùn)行工況。

3.3原因分析及對(duì)應(yīng)穩(wěn)燃措施

此次鍋爐深度調(diào)峰過程燃燒惡化情況的發(fā)生,是一次典型的給煤機(jī)斷煤引起的燃燒擾動(dòng),這也是事故的主要原因?，F(xiàn)從事件發(fā)生后鍋爐各參數(shù)變化進(jìn)行以下方面的分析。

3.3.1給煤機(jī)斷煤

給煤機(jī)斷煤為鍋爐燃燒調(diào)整過程中最常見的擾動(dòng),也是鍋爐深調(diào)在低負(fù)荷運(yùn)行中對(duì)燃燒影響最大的因素之一。原煤倉(cāng)空倉(cāng)、蓬煤、原煤含水量大等原因引起的給煤機(jī)斷煤,會(huì)造成磨煤機(jī)出力下降,出粉量變化,引起短時(shí)燃燒劇烈擾動(dòng)。其中空倉(cāng)斷煤造成的返風(fēng)情況,更會(huì)導(dǎo)致磨煤機(jī)一次風(fēng)壓驟降,燃燒減弱。本次燃燒擾動(dòng)工況是煤倉(cāng)蓬煤導(dǎo)致給煤機(jī)短時(shí)斷煤引起的,因鍋爐負(fù)荷較低,給煤機(jī)斷煤后磨煤機(jī)兩側(cè)出粉量形成較大偏差,造成局部熱負(fù)荷減弱,燃燒瞬間惡化。因此,在日常鍋爐配煤摻燒工作中,應(yīng)充分考慮機(jī)組負(fù)荷變化,摻配煤種要根據(jù)負(fù)荷情況及時(shí)調(diào)整,保證入爐煤水分、揮發(fā)分、熱值、可磨性系數(shù)在可控范圍,在滿足磨煤機(jī)出力要求的同時(shí),保證煤粉著火、燃燼,確保鍋爐燃燒安全。

3.3.2煤火檢失去

本次燃燒惡化過程中兩只煤火檢相繼失去,由給煤機(jī)斷煤引起,使鍋爐燃燒失穩(wěn)。局部燃燒惡化,伴隨氧量突升、主汽壓下降等,均表現(xiàn)出燃燒惡化的典型特征。雖然爐膛負(fù)壓無大幅波動(dòng),但鍋爐燃燒明顯減弱。此時(shí),運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)采取投油穩(wěn)燃操作尤為重要,即優(yōu)先保證鍋爐燃燒,防止燃燒持續(xù)惡化導(dǎo)致鍋爐滅火。

3.3.3汽溫偏差及壁溫超限

主、再熱汽溫突升原因?yàn)殄仩t燃燒惡化后,火焰中心后移,輻射換熱減少,對(duì)流換熱增加,且投油穩(wěn)燃后燃料增加。而主、再熱汽溫偏差增大,原因?yàn)槿紵植繙p弱,造成鍋爐兩側(cè)火焰大幅偏移。鍋爐燃燒的劇烈變化,導(dǎo)致汽溫突變,同時(shí)引起各受熱面壁溫超限。在汽溫及受熱面壁溫整體升高且超限情況下,優(yōu)先考慮增加鍋爐給水量,并增加爐水泵循環(huán)流量,避免持續(xù)超溫對(duì)金屬材質(zhì)產(chǎn)生不可逆損壞,防止偏差大水冷壁拉裂^[2]、超溫嚴(yán)重鍋爐爆管等后果。

3.3.4磨煤機(jī)運(yùn)行方式

該電廠配備6臺(tái)雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī),對(duì)應(yīng)的24只燃燒器平行對(duì)稱布置于爐膛下部的爐拱上,前后各12只。燃燒器分布情況如圖2所示。

由圖2可以看出,當(dāng)磨煤機(jī)運(yùn)行方式為A、B、E三臺(tái)磨時(shí),燃燒器的分布雖然較為對(duì)稱,但鍋爐左后及右前燃燒室均為單只燃燒器,抗干擾能力差。當(dāng)出現(xiàn)斷煤或其他擾動(dòng)時(shí),很容易引起燃燒偏移、局部燃燒減弱。超臨界鍋爐爐膛寬度、深度都較大,熱負(fù)荷分布分散。在燃燒調(diào)整時(shí),要保證鍋爐熱負(fù)荷集中且均勻分布,才能有效保證燃燒穩(wěn)定^[3]。

本次處理過程中,在發(fā)生鍋爐燃燒不穩(wěn)情況時(shí)及時(shí)改變磨煤機(jī)運(yùn)行方式,改善燃燒,啟動(dòng)D磨煤機(jī)后燃燒好轉(zhuǎn)至穩(wěn)定。但深度調(diào)峰過程中四臺(tái)磨煤機(jī)較三臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行,降負(fù)荷調(diào)整難度加大,也對(duì)磨煤機(jī)出力調(diào)整和配煤熱值控制提出了更高要求。

3.3.5一次風(fēng)壓控制

從本次燃燒擾動(dòng)惡化前的穩(wěn)定工況看,一次風(fēng)壓維持在8.8 kpa,風(fēng)壓接近磨煤機(jī)出力上限。深調(diào)工況下,一次風(fēng)壓過高會(huì)導(dǎo)致“W”火焰下沖嚴(yán)重,風(fēng)速過高,燃燒器脫火;同時(shí)風(fēng)粉比例增加,煤粉濃度降低,不利于煤粉著火和穩(wěn)定燃燒,這也是造成鍋爐燃燒不穩(wěn)的原因之一。因此,深度調(diào)峰時(shí)對(duì)磨煤機(jī)的出力控制應(yīng)保留相對(duì)余量,在合理范圍內(nèi)調(diào)整一次風(fēng)壓,使鍋爐燃燒維持在最佳狀態(tài)^[4]。

4結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)“W”型火焰鍋爐深度調(diào)峰過程燃燒惡化 的分析可以看出,“W”型火焰鍋爐深調(diào)時(shí)具有其燃燒特殊性。而隨著現(xiàn)在大型燃煤機(jī)組深調(diào)的常態(tài)化,更深度的調(diào)峰決定了燃煤機(jī)組發(fā)展的必然命運(yùn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì), 目前我國(guó)已投運(yùn)和在建的“W”型火焰鍋爐已達(dá)130臺(tái)左右,但針對(duì)“W”型火焰鍋爐深度調(diào)峰穩(wěn)燃方面的研究,可指導(dǎo)性措施還不完善, 目前深調(diào)至20%BMCR負(fù)荷還面臨一定挑戰(zhàn)。本文對(duì)一次鍋爐燃燒惡化工況進(jìn)行了全面分析,并提出了相應(yīng)的調(diào)整及穩(wěn)燃措施,為大容量“W”型火焰鍋爐未來進(jìn)一步極深度調(diào)峰積累了經(jīng)驗(yàn),提供了參考。

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《機(jī)電信息》2025年第12期第6篇