300MW和600MW机组煤粉锅炉再热器改造_贾里

收稿日期 基金项目 山西省社会发展科技攻关项目 作者简介 贾里 男 硕士研究生 主要研究方向为燃煤污染物生成与防治技术 和 机组 煤粉锅炉再热器改造 贾 里 肖发齐 蔡新春 林树彪 乔晓磊 樊保国 太原理工大学电气与动力工程学院 山西 太原 山西格盟国际能源有限公司 山西 太原 摘 要 针对某电厂 台 和 台 机组锅炉运行中长期出现的燃烧器喷嘴下摆 再热 器超温 减温水量大等问题 结合所燃用煤种热值低 水分高 灰分高的实际情况 提出了减少 一部分再热器受热面积的改造方案 实际运行结果表明 改造后再热器减温水量减少 燃烧 器喷嘴摆角在低负荷下也可摆到水平位置 在提高高压加热器解列 磨煤机停机等异常情况 下锅炉带负荷能力的同时 降低了再热器受热面吹损的隐患 锅炉运行安全经济性明显提高 关 键 词 锅炉 再热器 汽温 减温水量 燃烧器喷嘴摆角 受热面积 安全性 中图分类号 文献标识码 文 章 编 号 编 号 目前 我国大容量机组因运行工况恶劣再热器受 热面破损而造成停机的约占 以上 对机组的 安全稳定运行影响较大 为此 李勤道等 通过改进 入口集箱进汽方式 减小屏式再热器受热面积和高度 对某 机组循环流化床 锅炉再热器进 行了改造 改造后减温水量降低 再热器爆管次数减 少 陈敦炳和罗江勇等 均对超临界锅炉的末级再 热器和过热器相关管材进行了更换 在减少爆管的基 础上降低了煤耗 贾兆鹏等 针对再热蒸汽温度偏 低等问题 通过增加驼形受热面和低温再热器烟气通 流面积 换热面积 并应用 型鳍片管 增加了低温 再热器的换热面积 杨永柏等 通过对某 第 卷 第 期 年 月 热 力 发 电 锅炉屏式再热器出口集箱安装导向装置 顺利解 决了再热器变形等问题 柳扣林等 针对过热器减 温水量偏大的问题 通过采取减少低温过热器吸热面 积 并将省煤器改为 型省煤器等方法对某 机组煤粉锅炉受热面进行了改造 许尧 在对某 机组锅炉再热器和过热器受热面改造的 基础上进行了深入分析 得出由于炉膛结构尺寸 辐 射和对流受热面分配比例设计不合理而引起炉膛吸 热量不足 致使减温水量偏大 排烟温度偏高 本文在研究锅炉再热器吸热量的基础上 提出 了减少一部分再热器受热面积的改造方案 并研究 再热器改造后对锅炉减温水量 排烟温度 省煤器出 口烟温 阻力等的影响 以及高压加热器解列 磨煤 机停机等异常情况对改造后再热器的影响 从而对 改造效果进行验证 锅炉概况 某电厂 号和 号 机组锅炉为亚临 界 一次中间再热自然循环汽包炉 屏式再热器布 置于炉膛折焰角上方 共 片 减温器布置在墙式 再热器进口管道上 其最大设计喷水量为 号 机组锅炉为超临界 一次中间再热直流 炉 高温再热器布置在炉膛出口折焰角位置 与烟 气成顺流布置 共 片 减温器布置在低温再热器 进口管道上 其最大设计喷水量为 由于受到我国煤炭市场影响 台锅炉存在设 计煤种与实际燃用煤种偏差较大的问题 其目前燃 用的煤种有灵石煤 内蒙煤 霍州煤 种 煤质特性 见表 表 设计煤种与燃用煤种的煤质分析 煤种 元素分析 设计值 灵石煤 内蒙煤 霍州煤 由表 可见 灵石煤的水分相对较低但灰分大 低位发热量小 内蒙煤灰分低 水分最高 发热量高 但其熔点较低 易在水冷壁上形成积灰 锅炉高负荷 运行时更为严重 且燃烧时火焰中心上移再热器容 易出现超温现象 霍州煤相对较好燃烧 可见 锅炉 实际运行所配比的煤种与设计煤种偏离较大 其水 分大 灰分高 热值低 易引起再热器减温水量增大 等问题 再热器存在问题 号 号 和 号 机组锅炉 自投入运行后 经常出现以下问题 为减少减温水量 燃烧器喷嘴摆角长期下摆 导致底渣未燃尽碳含量较高 低负荷燃烧不 稳定 由于煤种的变化 在额定工况下 减温水全部投 入 再热器蒸汽温度仍然频繁超温 机组无法正常运行 减温水量较大 使汽轮机中低压缸做功能力增 加 从而排挤高压蒸汽做功 造成机组经济性下降 号 号锅炉在近期检修中发现再热器出现 了腐蚀和氧化皮等问题 号和 号锅炉屏式再热器 沉积率每年分别高达 和 管 内壁高温氧化皮比较厚 且有沿晶腐蚀 再热器改造方案 号 号锅炉再热器包括墙式辐射再热器 屏式 再热器和末级再热器 号锅炉再热器包括低温再热 器和末级再热器 各再热器分布分别见图 和图 图 号 号锅炉再热器分布 图 号锅炉再热器分布 第 期贾 里 等 和 机组煤粉锅炉再热器改造 对于 号和 号锅炉 减少墙式辐射再热器受 热面 会引起水冷壁和再热器较大的热偏差 减少末 级再热器受热面则因其所用材质等级相对较低 耐 温耐压特性较好 经济性较差 而屏式再热器温升占 整个再热器温升的 左右 所以减少屏式再热器 受热面对温升影响比较明显 同理 对于 号锅炉 低温再热器吸热量较多 温升占整个再热器温升的 以上 减少低温再热器受热面对温升影响比较 明显 所以 从安全经济性 操作可行性等方面综合 考虑 减少 号和 号锅炉屏式再热器和 号锅炉 低温再热器受热面的改造方案较为合理 为减少减温水量 号和 号锅炉再热器改造 后再热器蒸汽温度降低幅度需达到 左右 而根 据锅炉原始设计 改造前蒸汽在 片屏式再热器内 温升为 左右 即蒸汽在每片屏式再热器内的 温升约为 考虑煤种 燃烧器喷嘴摆角 高压缸 排汽温度等因素影响 根据现场运行的实际情况和 相关计 算 可 以 得 出 改 造 需 切 割 屏 式 再 热 器 约 的 受 热 面 积 即 片 屏 式 再 热 器 中 割 去 片 号锅炉在 工况下改造前后的热力 计算结果见表 号和 号锅炉再热器改造方案见 图 由表 可见 改造后屏式再热器蒸汽焓升较 改造前减少了 占改造前屏式再热器蒸汽 焓升的 表明改造方案中割去 片屏式再热 器可行 同时 为保证屏式再热器吸热和烟气的均 匀性 以及工程经济性 最终选择对 片屏中的第 屏进行切割 按此方案改造后 屏式再 热器的蒸汽侧阻力增加 蒸汽在管中流速加快 使温 降增加 表明改造方案中割去 片屏式再热器可行 表 号锅炉再热器改造方案热力计算结果 项目 改造前改造后 屏式再热器入口蒸汽压力 屏式再热器入口蒸汽温度 屏式再热器入口蒸汽焓值 收到基低位发热量 再热蒸汽流量 屏式再热器出口蒸汽温度 屏式再热器出口蒸汽压力 屏式再热器出口蒸汽焓值 屏式再热器蒸汽焓升 减温水量 图 号和 号锅炉再热器改造方案 对于 号锅炉 根据再热器壁温和减温水量统 计情况 预计需降低再热器蒸汽温升 左右 因 此 计划切割低温再热器入口联箱附近低温段管 割 除管子面积占全部低温再热器面积的 再热器改造影响分析 对减温水量 排烟温度等的影响 在燃用目前煤种情况下 号锅炉再热器改 造前后各项数据对比见表 由表 可见 号锅炉 经过改造后 负荷时屏式再热器出口蒸汽 温度降至 再热器蒸汽温升下降了 满 足了再热器出口蒸汽温度设计值 的要求 减 温水量从 降到了 燃烧器喷嘴摆角从 升 到 蒸汽吸热量减少 而排烟温度仅升高了 不影响其他受热面和部件的安全 锅炉负荷分别为 和 时 各项数据改善更加明显 从 而改进了屏式再热器的运行环境 延长了其使用寿 命 号锅炉经过改造后 其屏式再热器出口蒸汽 温度和蒸汽温升均下降 左右 满足了再热器出 口蒸汽温度设计值 的要求 减温水量均大幅 减少 排烟温度平均仅升高 对于 号和 号 锅炉 在 时 再 热 器 减 温 水 量 约 减 少 了 约 减 少 机 组 供 电 煤 耗 尤其对于 号和 号锅炉燃烧器 在高负荷长时间 稳定运行时燃烧器喷嘴摆角无需再摆到 并且 在低负荷运行时燃烧器喷嘴摆角摆到水平以上 从 而使煤粉燃烧状况得到明显改善 使飞灰中未燃碳 含量降低 同时为防止在额定负荷运行 高压加热 器解列和汽轮机甩负荷时再热器超温 留下调节余 度 此外 号锅炉减温水投运量小于 号锅炉 其 减温水可在大部分时间处于关闭状态 只在变负荷 时投运 台锅炉的平均再热器出口蒸汽温度均较 改造前降低 左右 解决了屏式再热器部分管长 期处于微超温的问题 同时减轻了投运减温水时温 差变化较大而引起管子内表面急剧收缩进而形成氧 化皮等问题 提高了再热器的运行安全性 热 力 发 电 年 表 号锅炉再热器改造前后各项数据对比 项目 号锅炉 改造 前 改造 后 改造 前 改造 后 改造 前 改造 后 号锅炉 改造 前 改造 后 改造 前 改造 后 改造 前 改造 后 号锅炉 改造 前 改造 后 改造 前 改造 后 改造 前 改造 后 再热器出口蒸汽温度 再热器蒸汽温升 减温水量 排烟温度 燃烧器喷嘴摆角 对再热器阻力的影响 号和 号锅炉改造后 由于再热器通流面积 减少 其阻力增加 加之再热器管内有一层致密坚硬 的氧化皮 有轻微沉积物和积盐现象 造成再热器阻 力进一步增高 号锅炉改造后 由于再热器管道 长度缩短 其阻力减小 表 为 号锅炉改造前 后再热器阻力对比 由表 可见 号锅炉负荷分 别为 时 再热器阻力分别增加了 小于 号锅炉再热器阻力 增加值 号锅炉再热器阻力平均降低 使 相关阻力损失降低 对提高经济性有一定作用 表 号锅炉改造前后再热器阻力对比 项目 号锅炉 改造 前 改造 后 改造 前 改造 后 改造 前 改造 后 号锅炉 改造 前 改造 后 改造 前 改造 后 改造 前 改造 后 号锅炉 改造 前 改造 后 改造 前 改造 后 改造 前 改造 后 再热器阻力 阻力变化 阻力变化率 对省煤器出口烟温的影响 号锅炉改造后 其蒸汽吸热量减少 不同负荷 时省煤器出口烟温见表 由表 可见 改造后省 煤器出口烟温平均升高 左右 且在 时省煤器出口烟温达到 时达到 左右 有利于提高脱硝效率和降低脱硝成本 使运行经济性提高 表 号锅炉不同负荷下省煤器出口烟温 项目 改造前 改造后 改造前 改造后 改造前 改造后 出口烟温 改造前后差值 特殊工况对再热器的影响 高压加热器解列 号锅炉改造前 在高压加热器解列时 锅炉给 水温度相应降低 对流过热器吸热量增多 加大了蒸 汽侧的减温水量 从而使进入再热器的蒸汽温度较 高 导致再热器容易超温 表 为 号锅炉改造后 高压加热器解列与正常运行时的相关数据比较 表 号锅炉高压加热器解列与正常运行时再热器数据对比 项目 正常解列正常解列 再热器入口蒸汽温度 墙式再热器出口蒸汽温度 屏式再热器出口蒸汽温度 减温水量 燃烧器喷嘴摆角 由表 可见 锅炉负荷为 时 高压加 热器解列后再热器入口蒸汽温度升高 左右 墙 式再热器和屏式再热器出口蒸汽温度分别升高 和 燃烧器喷嘴摆角由 摆到了 负荷为 第 期贾 里 等 和 机组煤粉锅炉再热器改造 时 再热器入口蒸汽温度升高了 墙 式再热器和屏式再热器出口蒸汽温度分别升高 和 燃烧器喷嘴摆角摆到了 由于再热器 蒸汽温升较高 导致各受热面材料温度都超过了规 定值 但减温水量没有全部投运 可以增加负荷 磨煤机停机 号锅炉采用 共 台钢球磨煤机 分别 对应锅炉下 中 上共 层燃烧器 表 为锅炉负荷 为 时 分别停用 台磨煤机时再热 器蒸汽温度的变化 由表 可见 磨煤机停用时 由于锅炉还需较高负荷运行 磨煤机出力均增 加 火焰中心上移 因此再热器蒸汽温度较正常情况 下有不同程度上升 减温水量增加到 燃烧 器喷嘴摆角摆至低位 但再热器减温水量尚有 增加余量 不会导致再热器严重超温 磨煤机停 用时 增加 磨煤机出力 火焰中心略有上移 使 再热器蒸汽温度升高 较 磨煤机停用时再热器蒸 汽温度上升较少 减温水量降至 燃烧器喷 嘴摆角也摆至低位 低负荷停用上 层燃烧 器 即 磨煤机停用时 再热器蒸汽温度达到设计 值 燃烧火焰中心相对下降 再热器各段的蒸汽温度 与正常运行时的蒸汽温度相差很小 减温水量也减 为 燃烧器喷嘴摆角摆至 再热器留有较大的 温升空间 表 号锅炉负荷 下磨煤机停用时 再热器蒸汽温度的变化 项目 正常 运行 磨煤 机停运 磨煤 机停运 磨煤 机停运 低温再热器出口汽温度 墙式再热器出口蒸汽温度 屏式再热器出口蒸汽温度 末级再热器出口蒸汽温度 减温水量 燃烧器喷嘴摆角 结 论 再热器改造后 台锅炉经济性提高 解决了长 期采用燃烧器喷嘴摆角下摆 再热器蒸汽超温 减温水 量大 炉膛吹灰次数多等问题 确保了受热面安全运 行 减少了机组非正常停机及飞灰含碳量 提高了锅炉 运行的安全性 同时 由于再热器蒸汽温升降低 燃用 煤种的适应性增强 提高了锅炉运行的经济性 改造后锅炉高负荷运行时减温水量未全部投 用 从而为磨煤机停用 高压加热器解列和汽轮机甩 负荷等特殊工况时再热器蒸汽超温留有余度 保障 了机组的安全性 号锅炉再热器改造后 由于管道长度缩短 其平均阻力减小 使阻力损失降低 改造后省煤器出 口平均蒸汽温度升高 可有效提高脱硝效率 降低脱 硝成本 参 考 文 献 匡江红 陈端雨 级火电机组锅炉发展综述 动力工程学报 董琨 超临界锅炉安全和经济性分析 北 京 华北电力大学 程绍兵 谭昌友 大容量锅炉高温受热面超温失效原因 及对策 广东电力 傅敏 李辛庚 内外壁氧化皮对锅炉高温受热面管壁温 度的影 响 山 东 电 力 高 等 专 科 学 校 学 报 徐婷婷 氧化层厚度对高温受热面温度和应力分布影 响的研究 北京 华北电力大学 李勤道 胡志宏 郝卫东 等 机组 锅炉 再热器改造