1、概況
    平圩發(fā)電有限責(zé)任公司一期工程2×600 MW機(jī)組屬國產(chǎn)首臺(tái)600 MW機(jī)組，鍋爐采用美國CE公司技術(shù)由哈爾濱鍋爐廠設(shè)計(jì)制造的HG-2008/18.6-M型鍋爐，為亞臨界、一次中間再熱、強(qiáng)制循環(huán)單爐膛汽包爐，爐膛截面18542 mm×17652mm。設(shè)計(jì)燃料為淮南煙煤，富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
    燃燒方式采用四角布置，切向燃燒及CE直流擺動(dòng)燃燒器，噴嘴中心線與爐膛截面的對(duì)角線呈4.5。夾角，形成2個(gè)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，直徑分別為∮l886mm和中l(wèi) 764 mm的假想圓。
2、鍋爐運(yùn)行中出現(xiàn)的問題
  平圩1，2號(hào)鍋爐分別于1989-11-04和1992-11-24投產(chǎn)，到2004年已分別運(yùn)行87 000h和65 000 h，啟停284次和232次。2臺(tái)鍋爐自投產(chǎn)以來，“四管”出現(xiàn)了多次過熱爆管泄漏，一直困擾著機(jī)組的健康運(yùn)行，具體統(tǒng)計(jì)情況如下：
    1號(hào)鍋爐“四管泄漏”：水冷壁23次，再熱器19次，過熱器15次，省煤器2次，總計(jì)59次。
    2號(hào)鍋爐“四管泄漏”：水冷壁19次，再熱器15次，過熱器13次，省煤器2次，總計(jì)49次。
    匯總了鍋爐“四管”各次泄漏的位置，增加壁溫測點(diǎn)，收集鍋爐運(yùn)行參數(shù)后，得到“四管泄漏”的規(guī)律是大多發(fā)生在爐膛右側(cè)區(qū)域。進(jìn)一步分析：
    (1)爐膛上方左側(cè)煙溫大于右側(cè)，造成分隔屏過熱器、后屏過熱器左側(cè)出口汽溫超溫40～80℃；
    (2)水平煙道左右兩側(cè)煙溫偏差達(dá)到150 -300℃，右側(cè)煙溫高于左側(cè)，左側(cè)煙溫一般在600℃左右，右側(cè)煙溫在750～900℃之間變化。
    故分隔屏和后屏過熱器左側(cè)管屏，再熱器右側(cè)管屏超溫。從歷次檢修情況看，再熱器管超溫呈逐漸沿爐膛寬度方向自右向左、向中部發(fā)展的趨勢。
    由此可知，本機(jī)組鍋爐燃燒系統(tǒng)溫度和蒸汽系統(tǒng)汽溫存在著嚴(yán)重的熱偏差。根據(jù)金屬材料壽命評(píng)估計(jì)算分析，金屬材料在超溫10 - 20℃下長期運(yùn)行，其壽命會(huì)縮短一半以上。鍋爐運(yùn)行中一般規(guī)定汽溫偏離額定值的波動(dòng)不能超過-10 - +5℃，而平電公司2臺(tái)600 MW機(jī)組鍋爐運(yùn)行已超額定波動(dòng)值近10倍。由此可以判定，本鍋爐的“四管”在如此惡劣的運(yùn)行環(huán)境中工作必然導(dǎo)致其失效，并隨著時(shí)間的推移發(fā)展得越來越嚴(yán)重。所以，要遏止鍋爐“四管泄漏”，保障機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，就要以降低鍋爐燃燒熱偏差為目標(biāo)，從一二級(jí)減溫水系統(tǒng)及減溫方式、再熱器流量再分配等著手，從鍋內(nèi)結(jié)構(gòu)和爐內(nèi)燃燒2個(gè)方面進(jìn)行研究，對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行改造。
3、鍋爐燃燒熱偏差和汽溫偏差的形成機(jī)理
    為了摸清鍋爐燃燒熱偏差和汽溫偏差的形成機(jī)理，分別對(duì)鍋爐進(jìn)行煙氣熱偏差問題試驗(yàn)以及鍋爐冷態(tài)空氣動(dòng)力場試驗(yàn)。
3.1鍋爐煙氣熱偏差問題試驗(yàn)結(jié)論
鍋爐熱偏差來自兩方面：一是由于煙氣殘余旋轉(zhuǎn)及沿寬度的不均勻性而產(chǎn)生的沿寬度的熱偏差，即煙氣熱偏差；二是同管屏不同管子之間由于結(jié)構(gòu)、煙氣與管子的換熱、流量分配不均而產(chǎn)生的同屏熱偏差，即蒸汽熱偏差。2個(gè)偏差數(shù)量相當(dāng)，都是過熱器和再熱器產(chǎn)生總體偏差大的原因。
3.2鍋爐冷態(tài)空氣動(dòng)力場試驗(yàn)結(jié)論
    (1)大部分二次風(fēng)擋板實(shí)際位置與控制指令一致，擋板從全開到60%開度之間，二次風(fēng)速變化不大，進(jìn)一步減小開度，二次風(fēng)速明顯降低。
    (2)冷態(tài)同層一次風(fēng)速度偏差基本在5%以內(nèi)，不同層一次風(fēng)速存在一定的差異，其中B，D層風(fēng)速較高，F(xiàn)層風(fēng)速較低。
    (3)燃燒器水平安裝角度仍屬正常，2，3號(hào)角安裝角度有2#—3#的偏差。
    (4)水冷壁結(jié)渣較為嚴(yán)重，主要區(qū)域集中在四角B-F層煤粉噴口下游附近，并擴(kuò)展至爐墻中央，為融熔性結(jié)渣。
    (5)爐膛出口下排風(fēng)速呈現(xiàn)明顯的馬鞍形，中間氣流較低，兩面三側(cè)較高，但上排氣流較均勻（冷態(tài)試驗(yàn)不能完全反映熱態(tài)實(shí)際運(yùn)行情況）。
    (6)爐內(nèi)氣流切圓中心基本在爐膛中央，四角配風(fēng)均衡。
    (7)反切風(fēng)起到減弱主體氣流旋轉(zhuǎn)的作用，但反切風(fēng)剛性較弱，實(shí)際上運(yùn)行中作用較小。
    (8)建議改變一次風(fēng)和輔助風(fēng)噴口安裝角度，提高反切風(fēng)剛性。
3.3 2臺(tái)爐試驗(yàn)得出的共性
    (1)妒膛燃燒切圓直徑過大，煙氣旋轉(zhuǎn)強(qiáng)烈，煙氣流有貼壁現(xiàn)象，這是造成燃燒熱偏差的原因。
  (2)反切風(fēng)消旋作用小，單靠二次反切不能達(dá)到降低熱偏差的作用，需改變一次風(fēng)噴口的角度，二者要綜合治理。
4、技術(shù)改造方案研究
4.1鍋爐改造總體目標(biāo)
    (1)爐膛出口煙氣溫度偏差控制在60～80℃，測量點(diǎn)位于后屏過和后屏再之間。
    (2)改造后的鍋爐效率、飛灰含碳量、排煙溫度、低負(fù)荷穩(wěn)燃水平不得低于改造前。
    (3)過熱汽溫能投自動(dòng)，左右溫差不超5℃。
    (4)燃燒器能靈活控制再熱汽溫，左右汽溫偏差不大于10℃。
    (5)高溫過熱器管和再熱器管不出超溫。
4.2改造思路
    (1)磨煤機(jī)出口煤粉濃度均勻一一次風(fēng)管阻力平衡一燃燒器內(nèi)外擺動(dòng)機(jī)構(gòu)一燃燒器二次風(fēng)擋板和執(zhí)行機(jī)構(gòu)一二次風(fēng)擋板控制手段一一次風(fēng)噴嘴一二次反切一再熱器結(jié)構(gòu)改造一降低爐膛出口煙氣偏差和消除再熱器管壁超溫。
    (2) -級(jí)減溫水在分隔屏進(jìn)口前由集中減溫改左右側(cè)分別減溫一后屏過出口至末過進(jìn)口導(dǎo)汽管由交叉改平行一恢復(fù)另一側(cè)二級(jí)減溫水系統(tǒng)一二級(jí)減溫水分左右側(cè)減溫一一二級(jí)減溫水系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥安裝在爐頂后部平臺(tái)一實(shí)現(xiàn)減溫水和過熱汽溫自動(dòng)控制。
4.3具體改造內(nèi)容
4.3.1燃燒器改造
    燃燒器改造時(shí)不應(yīng)改變水冷壁噴口管屏和煤粉管標(biāo)高，基本上不改變二次風(fēng)在各風(fēng)室的分配，盡可能減少對(duì)原設(shè)備的改動(dòng)。
4.3.1.1燃燒器內(nèi)外擺動(dòng)機(jī)構(gòu)改造
    (1)每臺(tái)燃燒器外擺動(dòng)機(jī)構(gòu)由1臺(tái)電動(dòng)執(zhí)行器集中帶動(dòng)作上下擺動(dòng)。
    (2)提高擺動(dòng)機(jī)構(gòu)軸的強(qiáng)度，增大配合間隙，對(duì)軸進(jìn)行抗氧化表面處理，防止熱態(tài)氧化或粘合。
    (3)殼體內(nèi)外之間的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由3組改為6組，使每組只帶動(dòng)l組煤粉噴嘴組件，減輕內(nèi)擺機(jī)構(gòu)連桿的負(fù)荷。
    (4)內(nèi)連桿設(shè)計(jì)為可調(diào)式，使燃燒器同步不受干涉。
  (5)在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的外部連桿上，自上而下設(shè)置6套平衡重錘，平衡各自噴嘴的自重，而使執(zhí)行器主要用于克服擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的磨擦力。
   (6)恢復(fù)安全鎖緊裝置，防止單組噴嘴脫離下擺對(duì)整個(gè)爐膛的影響。
   (7)與燃燒器相連的煤粉管聯(lián)管器改為膨脹節(jié)，防止熱態(tài)時(shí)燃燒器下移受阻。
4.3.1.2一次風(fēng)噴嘴B，c層改為“WR”濃淡式
    采用這種燃燒器的主要目的是利用它的著火穩(wěn)定性、防止水冷壁結(jié)焦和高溫腐蝕，改善NO；的排量，同時(shí)也有降低煙氣偏差的作用。
4.3.1.3二次風(fēng)噴嘴反切
    保持A，B．C3層原有的燃燒旋轉(zhuǎn)二次風(fēng)不變，從CD層二次風(fēng)開始逐級(jí)反切。具體反切的噴嘴為CD，DE，EF，F(xiàn)F，OFAl, OFA2，反切角度約為-15°～-22°。OFA1，OFA2過燃風(fēng)噴嘴為水平擺動(dòng)，擺動(dòng)范圍為-11°～ -22°。
4.3.1.4燃燒器二次風(fēng)擋板改進(jìn)
    減小燃燒器二次風(fēng)擋板處的空氣流通面積，將擋板執(zhí)行機(jī)構(gòu)改為電動(dòng)；二次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板外加單層手動(dòng)調(diào)節(jié)，使反切的二次風(fēng)噴嘴的調(diào)節(jié)擋板具有單層手動(dòng)控制能力，以便于控制爐膛出口煙氣偏差。
4.3.2再熱器改造
    計(jì)算出管壁溫度和熱負(fù)荷，找出管壁的高溫點(diǎn)和超溫點(diǎn)，用減少高溫或超溫管的長度來減小阻力，增大流量、降低熱負(fù)荷和壁溫，同時(shí)升級(jí)更換受超溫?fù)p傷的管材，將原15CrMo，12CrMoV管材，右側(cè)全升級(jí)為TP-304H，左側(cè)外一環(huán)及自夾管整環(huán)升級(jí)為TP304H，其余升級(jí)為T91。
4.3.3過熱器減溫水采用二級(jí)四點(diǎn)噴水減溫方式
    過熱器一級(jí)減溫水系統(tǒng)，由布置在低溫過熱器至分隔屏過熱器的集中導(dǎo)汽母管上的一級(jí)減溫器對(duì)蒸汽進(jìn)行集中減溫，減溫后的蒸汽分左右各自進(jìn)入左右側(cè)分隔屏過熱器進(jìn)口聯(lián)箱。由于煙氣熱偏差的存在，上爐膛左側(cè)分隔屏過熱器溫升高、右側(cè)分隔屏過熱器溫升低。采用集中減溫，可使溫升高側(cè)降溫，但溫升低側(cè)溫度會(huì)更低，因而不能通過減溫水對(duì)汔溫偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)。將集中減溫改為左右分別減溫，可增加減溫水投入的針對(duì)性和靈活性。
    過熱器的汽溫偏差，是由于爐膛出口煙溫偏差的存在和過熱器之間連接管左右交叉造成各過熱器出口汽溫出現(xiàn)“高到高”和“低到低”的疊加所致。原設(shè)計(jì)的減溫水系統(tǒng)調(diào)溫能力有限，無法實(shí)現(xiàn)汽溫左右調(diào)平和汽溫自動(dòng)控制。改為平行布置后，左側(cè)后屏過熱器溫升高的蒸汽直接進(jìn)入溫升低的左側(cè)末級(jí)過熱器；右側(cè)后屏過器溫升低的蒸汽直接進(jìn)入溫升高的右側(cè)末級(jí)過熱器，這樣形成高低混合，大大降低了汽溫偏差，減溫水使用量會(huì)降低很多，并對(duì)煙氣偏差有一定的調(diào)節(jié)作用。
    目前哈鍋和上鍋新設(shè)計(jì)的600MW鍋爐已改為二級(jí)四點(diǎn)噴水減溫方式，且在哈三和盤山電廠成功地進(jìn)行了改造，兩側(cè)汽溫偏差可控制在5℃內(nèi)。
5.2號(hào)鍋爐熱偏差改造項(xiàng)目實(shí)施后性能評(píng)估
    按照研究分析結(jié)果制定的消除2號(hào)鍋爐燃燒熱偏差及汽溫偏差問題的改造方案，于2004年底在U203A大修中實(shí)施。經(jīng)過2個(gè)月的施工，圓滿完成了2號(hào)鍋爐的改造計(jì)劃，于2005年2月投入運(yùn)行。至今，經(jīng)歷了長周期運(yùn)行，十分穩(wěn)定。運(yùn)行過程中針對(duì)本次改造進(jìn)行了跟蹤監(jiān)督、檢驗(yàn)、核查和評(píng)估。經(jīng)過爐測試評(píng)價(jià)，結(jié)論如下：
    (1)通過減溫水系統(tǒng)和導(dǎo)汽管布置方式的改造，消除了過熱汽溫“高對(duì)高”和“低對(duì)低”的偏差疊加，防止了過熱器單側(cè)超溫；大大提高了減溫水投用的靈活性、有效性和準(zhǔn)確性；較大地減少了減溫水使用量，克服了減溫水量不足，汽溫?zé)o法控制的現(xiàn)象。
  (2)改造后的過熱器減溫水系統(tǒng)能使原過熱汽出口左右汽溫偏差由50 - 60℃下降至±5℃范圍，使過熱汽溫達(dá)到設(shè)計(jì)值，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，并能實(shí)現(xiàn)過熱汽溫自動(dòng)控制。
    (3)減溫水系統(tǒng)和導(dǎo)汽管布置方式的改造能有效控制各級(jí)左右側(cè)過熱器出口汽溫，防止過熱器超溫，延長使用壽命，提高過熱器系統(tǒng)安全性。
    (4)通過燃燒器系統(tǒng)改造，提高了燃燒穩(wěn)定性，降低了NO，排放{通過二次風(fēng)逐級(jí)反切和頂部風(fēng)水平擺動(dòng)、二次風(fēng)分級(jí)配風(fēng)和上下風(fēng)量可調(diào)，能有效地控制爐膛出口左右側(cè)煙溫偏差，使原來200- 300℃的煙溫偏差下降至80℃左右，改善了各級(jí)受熱面，尤其是再熱器的熱平衡。
    (5)根據(jù)燃燒系統(tǒng)改造所能達(dá)到的目標(biāo)值，對(duì)后屏再熱器和末級(jí)再熱器進(jìn)行各回路管壁溫度計(jì)算校核，利用倒塔布置改變各回路流量而使管壁不超溫。
6、結(jié)束語
    平電公司在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、分析研究、攻關(guān)論證的基礎(chǔ)上，制訂了科學(xué)的改造方案，順利地消除了HG-2008/18.6-M鍋爐的燃燒熱偏差及汽溫偏差。實(shí)踐證明，這次技術(shù)改造是十分必要和非常成功的，已使600 MW機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)連續(xù)在網(wǎng)運(yùn)行536天，刷新全國同類型火電機(jī)組連續(xù)安全在網(wǎng)運(yùn)行長周期紀(jì)錄。同時(shí)也為消除電站鍋爐“四管”失效及燃燒熱偏差和汽溫偏差這一難題的突破提供了成功的范例。


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