世界首台600MW超临界W型火焰无烟煤锅炉调试技术与实践.doc

世界首台世界首台 600MW 超临界超临界 W 型火焰无烟煤锅炉调试技术与实践型火焰无烟煤锅炉调试技术与实践 The Practice and analysis of Commissioning on a W-shaped Flame Boiler burned Anthracite Coal of a 600 MW Supercritical Unit 黄 伟 李文军 张建玲 彭 敏 熊蔚立 谢国胜 HUANG Wei, LI Wen-jun, ZHANG Jian-ling, PENG Min, XIONG Wei-li, XIE Guo-sheng 湖南省电力公司试验研究院，湖南湖南省电力公司试验研究院，湖南 长沙市长沙市 410007410007 Hunan Electric Power Test and Research Institute, Changsha 410007, P.R.China 【摘摘 要要】介绍了世界首台大唐华银金竹山火 力发电分公司（简称“金竹山电厂” ）600MW 超临界 W 型火焰无烟煤锅炉的设计特性、主要 系统，以及调试过程。调试中采用稳压和降压 相结合的吹管工艺，提出了劣质无烟煤燃烧技 术和锅炉干湿态转换判据，确定了锅炉干湿态 转换点、锅炉亚超临界压力转超临界压力时的 分离器压力，等等。对试运中存在和处理的一 些问题进行了分析。总结试运过程的经验，对 我国 W 型火焰超临界锅炉的发展有较大意义。 Abstract: This paper introduced the design characteristics, main system components, and the commissioning processes of a 1900t/h W-shaped flame super-critical boiler fired anthracite coal in Jinzhushan Power Plant. During the steam purging process, the dropping-pressure and stable-pressure methods were joined successfully. Criterions to determine the transformation point of recirculation mode to once-through mode were put forward; also the parameters at the turning poet, such as the load and the separator pressure were determined. The design defects and operation problems were also discussed in the paper. The commissioning practice is beneficial to the further development and application of the same type boilers. 【关键词关键词】 600MW 超临界机组；W 火焰锅炉； 无烟煤； 调试；金竹山电厂 Keywords: 600MW Supercritical unit；W- flame boiler；anthracite coal； Commissioning；Jinzhushan Power Plant 0 引言引言 金竹山电厂二期扩建工程 1600MW 机组 3 号锅炉，是世界上首台燃用无烟煤的 W 型火 焰并首次采用低质量流速垂直水冷壁炉膛的超 临界锅炉。2009 年 5 月开始锅炉机组调试，在 很短时间内锅炉就达到良好水平，既保证锅炉 设备安全，又达到了较高的燃烧效率。600MW 超临界 W 火焰无烟煤锅炉燃烧技术应用有效地 解决了无烟煤、贫煤难于燃烧的问题，有利于 建设资源节约型、环境友好型社会，也将为我 国电力工业的发展做出贡献。 1 锅锅炉概述炉概述 金竹山电厂 3 号锅炉系北京巴布科克威 尔科克斯有限公司生产的 B&WB-1900/25.4-M 型超临界参数变压直流本生锅炉，其主要技术 特征为超临界参数、垂直炉膛、一次中间再热、 平衡通风、固态排渣、全钢构架、露天布置的 “W”火焰A型锅炉。 锅炉按带基本负荷设计，采用定压运行或 定滑定运行方式，主要设计参数见表 1； 锅炉设计、校核煤种为当地金竹山低挥发份无 烟煤，煤粉细度取 R90=4%，煤种见表 2。 表 1 锅炉主要设计及 168h 运行参数 项目MCRECR168h 试运 电负荷/MW660600601 主蒸汽流量/t/h190016771710 主蒸汽温度/571571571 主蒸汽压力/MPa25.425.1125.0 再热蒸汽出/进口温度/320/569308.1/569308 /571 再热蒸汽出/进口压力/MPa4.632/4.4424.119/3.9524.1/3.98 再热蒸汽流量/t/h161314331450 给水温度/283275275 排烟温度（修正后） /125124125.5 表 2 设计煤种及 168h 运行煤种特性 2 主要系主要系统统及及设备设备 2.1 锅炉启动系统锅炉启动系统 锅炉启动系统容量为 30%BMCR，它包括 汽水分离器、贮水箱及炉水循环泵和相关管道。 在锅炉启动阶段贮水箱中的水经过炉水循环泵 输送至锅炉省煤器进口，参与炉水循环。在锅 炉水 质不 合格 或者 锅炉 在渡 膨胀期间，贮水箱中的水经过两根疏水管路排 至疏水扩容器。 2.2 燃烧系统燃烧系统 锅炉配 24 只浓缩型 EIXCL 型双调风旋 流燃烧器，错列布置在炉膛的前后拱上，并垂 直于前后拱，燃烧器的布置见图 1，燃烧器结 构见图 2。 后 拱 D1D1E1E1F1F1D2D2E2E2F2F2A1A1B1B1C1C1A2A2B2B2C2C2 逆时针逆时针逆时针逆时针逆时针逆时针逆时针逆时针逆时针逆时针逆时针逆时针顺时针顺时针顺时针顺时针顺时针顺时针顺时针顺时针顺时针顺时针顺时针顺时针 C3C3B3B3A3A3C4C4B4B4A4A4F3F3E3E3D3D3F4F4E4E4D4D4 顺时针顺时针顺时针顺时针顺时针顺时针顺时针顺时针顺时针顺时针顺时针顺时针逆时针逆时针逆时针逆时针逆时针逆时针逆时针逆时针逆时针逆时针逆时针逆时针 前 拱 1 12 21 12 21 12 21 12 21 12 21 12 2 F F 磨磨E E 磨磨D D 磨磨C C 磨磨B B 磨磨A A 磨磨 4 43 33 34 43 34 43 34 43 34 44 43 3 图 1 燃烧器与磨煤机连接图 Car/%Har/%Oar/%Nar/%Sar/%Aar/%Mt/%Vdaf/%Qnet.v/ kJ/kg 设计煤种49.61.711.530.581.235.999.39718843.7 校核煤种(1)44.711.51.400.980.841.089.53816953.3 校核煤种(2)55.581.571.470.551.530.339620622.7 实际燃煤 2936711. 6 8111800020000 图 2 双调风旋流煤粉燃烧器 2.3 制粉系统制粉系统 制粉系统采用双进双出钢球磨煤机正压直 吹式制粉系统，配 6 台磨煤机、12 台给煤机和 2 台一次风机。磨煤机为上海重型机器厂制造 的 BBD-4360 型双进双出钢球磨煤机，单台磨 煤机最大出力 59.6 t/h，出口煤粉细度 R90为 4%。 给煤机为沈阳斯托克电力设备有限公司 EG290 型电子称重式，最大出力 60 t/h，利用调节转速 来改变出力。 3 调试过调试过程和内容程和内容 调试期间，锅炉共启动 14 次、停炉 13 次。 停炉原因为正常停炉、设备异常、或操作失误。 试运时间和主要工作内容见表 3。 表 3 3 号锅炉启动调试主要阶段一览表 序号阶段名称时间主要内容 1冷态试验05 月 08 日05 月 12 日冷态空气动力场 2锅炉冲管05 月 23 日05 月 27 日一阶段稳压降压相结合的吹管工艺 3首次整套启动06 月 16 日开始 锅炉低负荷，配合进行汽轮机冲转 及相关汽机、电气方面的试验 4蒸汽严密性试验06 月 21 日和 06 月 23 日蒸汽严密性试验 5 带负荷调试及安全 门校验 06 月 21 日06 月 27 日 过热器、再热器安全阀校验，燃烧 初调整，试投自动及其它试验 6168 试运行06 月 27 日07 月 04 日 投入各项保护及自动，断油带满负 荷 168h 试运 4 调试调试技技术术主要特点主要特点 4.1 采用稳压和降压相结合的吹管工艺采用稳压和降压相结合的吹管工艺 采用一阶段主、再热蒸汽系统串联吹管、 油煤燃烧、稳压和降压相结合的吹管方法。当 制粉系统投运不能满足稳压吹管时采用降压吹 管，既缩短吹管时间，保证吹管质量，又可充 分暴露和消除锅炉、包括制粉系统的缺陷。同 时在稳压吹管时可进行 25%负荷的燃烧初调整， 减少吹管及以后调试燃油、及缩短调试工期。 4.1.1 吹管参数吹管参数 （1）稳压吹管参数 分离器压力 4.66.0MPa，过热器出口压 力 3.34.6MPa、温度 460，蒸汽流量 850960t/h；再热蒸汽进出口压力 1.1/0.86MPa、温度 410/495。 （2）降压吹管参数 分离器压力为 6.87.2MPa 时开临冲门， 3.54.2MPa 时关临冲门。 4.1.2 吹管效果吹管效果 稳压吹管 3 次，降压吹管 46 次，停炉大冷 却 3 次，吹管系数 1.3 以上，吹管质量优良。 在吹管期间，投运 B 、D、E、F 制粉系统，燃 烧良好。 4.2 锅炉锅炉干湿态转换干湿态转换 4.2.1 1 锅炉锅炉干湿态转换干湿态转换点的确定点的确定 根据锅炉说明书第十章锅炉启动系统中： “当过热器出口主汽流量达到30BMCR时， 锅炉进入直流运行模式，此时主汽流量等于给 水泵提供的总给水流量（约28.5BMCR水冷 壁流量约1.5BMCR减温水流量） ，实际的 最低直流负荷点将在调试期间确定”的要求， 在实际运行中锅炉干湿态转换点为646t/h （34%BMCR） ，分离器压力不要低于9MPa， 分离器压力达到9.2MPa时投第二套制粉系统， 此时下炉膛出口壁温由260升至260269， 波动小，调节余量较大，水冷壁安全裕度大。 4.2.2 2 建立变炉膛给水流量的控制思路建立变炉膛给水流量的控制思路 在锅炉湿态转干态中，易出现水冷壁壁温 偏高、壁温偏差大现象。通过增加炉水循环泵 出力或增加锅炉给水等，适当增大炉膛给水流 量，有利于缓解水冷壁流动不均匀性带来的水 冷壁壁温偏差。 4.34.3 锅炉干湿态转换判据锅炉干湿态转换判据 满足以下任一条件，即判断锅炉由湿态进 入干态的运行方式。 1）低温过热器入口焓值控制大于锅炉控制 设定的焓值，且低温过热器出口蒸汽流量等于 锅炉炉膛给水流量。 2）锅炉炉膛给水流量大于 570T/h，且大、 小溢流阀全关、储水罐水位不上升。 3）通过贮水箱水位和分离器出口蒸汽的过 热度来判断，即大、小溢流阀全关、储水罐水 位不上升，分离器出口蒸汽的过热度 58。 4.4 劣质无烟煤燃烧技术劣质无烟煤燃烧技术 4.4.1 实际燃煤实际燃煤 试运期间，锅炉实际燃用煤质为山西潞安 贫煤和湖南本省劣质无烟煤的混煤，低位发热 量一般在 1800020000kJ/kg，干燥无灰基挥发 份一般在 811之间，灰分一般在 2936 之间，入炉煤热值接近设计煤质，但挥发份略 高于设计煤质，见表 2。 4.4.2 燃烧器各手动调风装置调整燃烧器各手动调风装置调整 内外二次风叶片开度为 38/62、调风盘 130mm，分级风 5070%，套筒风 6085%， 炉内火焰呈光亮的金黄色。结果表明，炉内燃 烧正常，炉膛两侧烟温偏差在 20以内。 4.4.3 制粉系统调整和运行制粉系统调整和运行 磨煤机出口分离器挡板开度 38，煤粉 R90为 4%；对各一次风管上的调节缩孔进行冷 热态风管阻力调节，确保每台磨煤机出口风速 偏差在 5%，实际风速仅相差 0.5m/s；一次风速 控制在 2326m/s。 600MW 时，一次风总风压自动值设为 9.5 kPa，热风门开度在 2550%，负荷响应速度快。 制粉系统总的运行原则是保证风煤比 1.41.6。风煤比过高时，一次风速高不利于劣 质煤燃烧，风煤比过低则容易出现堵磨现象。 4.4.4 风箱风压和风门档板调整风箱风压和风门档板调整 风箱风压和风门档板调整是相关的，其总 原则是保证燃烧所需的氧量。高负荷时，拱上 风箱风压维持 2.2kPa，拱上二次风保持全开， 燃烧器套筒风 6085%；停运的燃烧器套筒风 2030%，以冷却燃烧器。 锅炉设计燃烧器套筒风有冷却位、油枪投 运位、煤粉投运位。为简化运行操作，在 DCS 中设定以下自动程序：A） 油枪和煤粉均未投 入时，对应套筒风位置自动置 20；B） 煤粉 投入即风粉气动门开启时，对应的套筒风位置 自动置 60；C） 油枪投入时，对应套筒风位 置自动置 100；D）.所有套筒风设一同层按 钮，分吹扫位 100和冷却位 20。 4.4.5 氧量氧量 480MW 以上负荷时，控制省煤器出口氧 量在 3.54.0%；300450MW 负荷时，控制 省煤器出口氧量在 4.04.5%，可保证炉内燃烧 稳定并减少飞灰、炉渣含碳量。氧量过低（低 于 2.5%）会带来炉膛结焦。 4.4.6 分级风调整分级风调整 根据负荷情况，开启拱下分级风，见下表 4。 表 4 不同负荷下分级风开度 负荷/MW0120180240300360420480540600 分级风开度/%10202530354045505560 4.5 锅炉亚临界压力转超临界压力时分离器压锅炉亚临界压力转超临界压力时分离器压 力确定力确定 升降负荷时应避免分离器压力在临界压力 附近长时间运行，即不在分离器压力 21.023.4MPa 下长时间运行，以防止可能发 生的水冷壁类膜态沸腾；电负荷在 480MW 以上， 主蒸汽压力不低于 23.5MPa，其对应分离器压 力不低于 24.7MP，这样包括水冷壁在内的各受 热面金属管壁温度正常，且有较大安全裕度。 4.6 安全门整定安全门整定 与汽包炉不同，该锅炉一、二次蒸汽系统 安全门校验均采用带额定负荷校安全阀。这是 因为空负荷时锅炉在湿态运行，干湿态转换最 高压力限定在 11.5MPa，高于此压力启动系统 的疏水阀后的管路会超压，影响安全；另外机 组空负荷时，再热器处于干烧状态，因此安全 门整定时保持负荷 600MW，稳定主汽压力 24.0MPa，调整液压装置使安全阀起座，记录 就地压力表压力及液压辅助装置压力。校验结 果显示：各安全阀的起跳值与设定值不超过 1%。 4.7 168 小时试运行小时试运行 168 小时试运期间，锅炉燃烧稳定，排烟 温度接近设计值。经化学取样分析，煤粉细度 R90为 4%5，飞灰可燃物在 5%左右、炉渣 可燃物在 2左右，锅炉燃烧效率保持较高的 水平。锅炉主要参数基本符合设计要求，见表 1，包括水冷壁在内的各受热面金属管壁温度正 常，无超温现象，且偏差在 10以内。 5 异常情况处理 5.1 炉水循环泵电机温度高炉水循环泵电机温度高 6 月 14 日锅炉启动前的水冲洗过程中，炉 水循环泵启动 30 分钟后电机冷却水温度达到 54并呈上升趋势，为防止炉水循环泵损坏停 止运行。检查冷却水及电机无异常后再次启动， 15 分钟后电机温度升到 55，停止运行。 经过分析认为：炉水循环泵高压冷却水入 口滤网堵塞。将滤网拆下来，证实其内部有大 量的油污及锈泥，已堵死。滤网清理好重新装 上后，再未出现电机温度偏高现象。 5.2 低温过热器出口管壁温度偏高低温过热器出口管壁温度偏高 低温过热器出口段材质为 12Cr1MoV，低 温过热器壁温报警温度为 510，锅炉在 1530%ECR 负荷时出现低温过热器出口管壁 超温现象，短时最高壁温达 540。 经分析，其超温原因为：热负荷增加过快， 蒸汽流量相对偏低；低负荷下燃烧不佳，火焰 中心偏高。处理措施：适当降低热负荷增加的 速率；改善燃烧，在投粉前保证 22t/h 以上的燃 油量，增大蒸汽流量（电负荷） ；增大送风量， 尤其是增大拱上二次风量，延长火焰向下的行 程，降低火焰中心。通过以上措施，低温过热 器管壁超温问题得到有效地解决。 5.3 分级风管和冷灰斗护板烧红分级风管和冷灰斗护板烧红 锅炉带负荷试运初期出现了分级风管和冷 灰斗护板烧红异常，其主要原因是拱上燃烧器 一次风和二次风刚性较强、下冲行程较长，导 致分级风以下区域炉膛温度过高。采用调整分 级风挡板开度，降低拱上燃烧器风速，解决了 这一问题。分级风挡板开度与负荷的对应关系 见表 4。 5.4 侧墙水冷壁结焦问题侧墙水冷壁结焦问题 高负荷试运炉膛存在结焦，其部位主要在 两侧墙分级风喷口高度至拱部燃烧器高度，厚 度约 0.3 m，在负荷变化过程中有轻微的垮焦 现象。其原因：锅炉设计卫燃带面积 921 m2， 较 600MW 亚临界 W 型火焰锅炉约多 200 m2；试 运期间实际燃用煤质接近设计煤种，但挥发份 比设计煤质高，导致下炉膛温度较高。实测炉 膛温度最高达 1600。通过加大送风量（氧量） 、增大分级风开度的方法，降低下炉膛温度， 结焦问题得到有效控制和缓解。 6 结结束束语语 （1）金竹山电厂 3 号锅炉是世界上首台 600MW 燃用无烟煤 W 型超临界锅炉。该锅炉 于 2009 年 5 月 23 日首次点火，6 月 16 日正式 进入整套启动试运，7 月 4 日顺利通过 168h 试 运，从汽机首次冲转到 168h 完成仅 16 天，从 首次并网到 168h 完成仅 14 天半，机组调试累 计消耗燃油 2300t，达全国同等级机组调试先 进水平。 (2) 在 168h 试运期间，在燃用设计煤质下 锅炉主要参数基本符合设计要求，炉内燃烧稳 定，效率较篙。过热器减温喷水量适中，包括 水冷壁在内的各受热面金属管壁温度正常，无 超温现象，为世界上燃用无烟煤 W 型超临界锅 炉机组发展起了示范作用。 (3) 在调试吹管中采用投粉稳压和降压相 结合的吹管工艺，为我国 W 型超临界无烟煤锅 炉机组冲管工艺发展进行有益的探索。 (4) 根据锅炉试运情况，确定锅炉干湿态 转换点为 34%BMCR，即炉膛给水流量 646t/h，转直流时分离器压力 9MPa 左右；分离 器压力达到 9.2MPa 时，才能投第二套制粉系 统。升降负荷时应避免锅炉在分离器压力 21.023.4MPa 下长时间运行。这些经验对实 际操作有重要的指导意义。 致 谢 本文在编写过程中参考了金竹山电厂部分（试运）会议纪要、部分调整试验记录，在此对相关作者表示感 谢！感谢金竹山电厂同人和湖南省电力公司试验研究院同事们在 运行操作中的摸索和总结，也感谢北京巴布科 克威尔科克斯有限公司 给予的指导！ 参考文献：参考文献： 1 黄 伟,陈志兵,李文军， 阳剑平,等.国产 600MW 超临界锅炉调试J. 锅炉技术 2006 年 7 月 37(4) 65-69 HUANG Wei, CHEN Zhi-bing, LI Wen-jun, YANG Jian-ping, Commissioning on Supercritical Boiler of 600 MW in China, Boiler Technology, 2006.37(4): 65-69 2 黄 伟,李文军,孔鹏程,等. 湘潭电厂 1913 t/h 超临界锅炉调试特点、出现的问题及对策J. 电站系统工程,2007,23(4):31-34. HUANG Wei, LI Wen-Jun, KONG Peng-cheng, ZHONG Jian-min, The Commissioning Characteristic.Problem and Countermeasures on 600MW Supercritical Boiler in XiangTan, Power Plant Po