国产600 mw机组锅炉设计的改进及其燃烧特性分析

1/10国产600MW机组锅炉设计的改进及其燃烧特性分析国产600MW机组锅炉设计的改进及其燃烧特性分析吴锦江1,杨建兴1,朱信钊1，沈小兵1，李乃钊21广东国华粤电台山发电有限公司,广东台山529228；2广东省电力试验研究所，广东广州510600摘要以台山发电厂第一期工程2600MW国产机组锅炉为例，阐述了该型锅炉设计的改进及其燃烧特性，对其改进设计后投产初期的运行情况及存在问题进行了详细的分析，最后提出了该型锅炉优化燃烧的有益建议。关键词锅炉；优化燃烧；神华煤DESIGNAMELIORATIONANDCOMBUSTIONCHARACTERISTICANALYSISONDOMESTIC600MWUNITBOILERSWUJINJIANG1,YANGJIANXING1,ZHUXINZHAO1,SHENXIAOBING1,LINAIZHAO21GUANGDONGGUOHUAYUDEANTAISHANPOWERGENERATIONCO,LTD,TAISHAN,GUANGDONG529228,CHINA2/102GUANGDONGPOWERTESTRESEARCHINSTITUTE,GUANGZHOU510600,CHINAABSTRACTTAKINGTHETWO600MWDOMESTICUNITBOILERSINPHASEIOFTAISHANPOWERPLANTFOREXAMPLE,THISPAPERDESCRIBESTHEDESIGNAMELIORATIONANDCOMBUSTIONCHARACTERISTICSOFTHEBOILERS,DETAILEDLYANALYZESTHEOPERATIONANDEXISTINGPROBLEMSOFTHEAMELIORATEDUNIT1BOILERRIGHTAFTERCOMMISSIONING,ANDFINALLYMAKESSUGGESTIONSONCOMBUSTIONOPTIMIZATIONOFTHEBOILERSKEYWORDSBOILERAMELIORATIONCOMBUSTIONOPTIMIZATION广东国华粤电台山发电厂第一期工程首2台600MW国产机组，是上海锅炉厂引进ABBCE技术制造的SG2026/型锅炉，它是在总结上海吴泾第二发电厂2台亚临界、一次中间再热、平衡通风、控制循环燃煤汽包炉的设计、制造和运行的基础上，按创优、创名牌的要求进行设计改进和制造的，其中1号机组于2016年12月9日提前顺利通过168H满负荷试运后投产。3/101锅炉设备简况主要参数锅炉各项主要参数见表1。锅炉顶标高73000MM，宽度19558MM，深度16MM，深宽比为1。燃烧器及制粉系统锅炉采用正压直吹式制粉系统，燃烧器四角布置，切向燃烧，燃烧方式为对冲同心正反切布置，四组燃烧器的中心线近乎对冲，假想切圆直径近于0，以控制锅炉出口的左右烟温偏差。锅炉共配置6台HP983中速磨煤机，分别接至四角燃烧器（自上而下共六层），间隔布置七层二次风喷嘴，顶部为OFA燃尽加消旋二次风。燃烧器采用摆动结构，除OFA层单独摆动外，其余喷嘴连在一起成为摆动系统。设计的一次风风速为24M/S，风率为，风温为77；二次风速为54M/S，风率为，风温为321空气预热器出口烟温为132，二次风燃烧器阻力为,过量空气系数为，锅炉燃料消耗量为T/H。炉膛断面热负荷为4KW/M2，炉膛体积热负荷为KW/M3。炉膛局部最大热负荷标高在M，最大值为1103KJ/（HM2）,最大平均热负荷标高在M，吸热修正后的热负荷为103KJ/（HM2），而最上层燃烧器中心线标高为34780MM。4/10投产前，对锅炉进行了冷态空气动力场试验，完成了一次风速测平、标定、二次风挡板特性试验和水平烟道风速分布测量，试验结果符合设计要求，最大不均匀系数为。炉内无贴壁风，强、弱风区界面清晰，强风环居中，电除尘烟气流量偏差较小，总体达到了设计性能要求。锅炉燃煤特性锅炉设计燃用100神华煤神华活鸡兔矿2号煤，低位发热量为24280KJ/KG，全水分（质量分数）为，空气干燥基水分（质量分数）为，收到基灰分（质量分数）为，干燥无灰基挥发分（质量分数）为。哈氏可磨系数为61。煤灰开始变形温度为1120，开始软化温度为1200，开始熔化温度为1230。煤中CAO的质量分数为，FE2O3的质量分数为。为便于分析，计算出设计煤种和校核煤种的一些比较参数，见表2。通过对表2各项特性指标的分析可知，神华煤煤种具有以下特性属高发热量、中高挥发性、低灰分、低硫分、中高水分煤。煤种的结渣性、沾污性较强，传热特性较差。煤种的着火、燃烧稳定性及燃尽特性较好，但煤种易自燃，爆炸特性较强，煤种的磨损性较轻。2锅炉改进设计及其特点分析为提高锅炉的可靠性和可用率，在总结上海吴泾第5/10二发电厂2台600MW已投产机组的基础上，对台山电厂的首2台600MW机组锅炉的设计进行了一些改进，具体可归纳成以下几方面A根据设计煤种，在同类型机组设计和运行经验的基础上，并根据煤质和灰分分析资料，确定了适当的炉膛几何尺寸、容积，特别是炉膛容积热负荷、炉膛有效投影辐射受热面热负荷、炉膛断面热负荷、燃烧器区炉壁面积热负荷、炉膛出口烟气温度、后屏底烟气温度等，以防止炉膛结渣，并保证着火稳定和燃尽。B为防止热负荷局部集中和防结焦，炉膛断面结构尺寸选择较大。最上层燃烧器中心至分隔屏底的距离达到20130MM，使受热管屏底部的热负荷有所降低，并控制炉膛出口烟温在1032以下（第一期后3台机组改进设计中，炉膛出口温度控制在1000以下），这对防止管壁超温和降低排烟温度有利。锅炉厂设计方认为此距离已足够大，如采用过大的屏底高度和过低的炉膛出口烟温会导致汽温偏低、汽温特性变差。C合理选用优质管材，特别在设计末级过热器、末级再热器等受热面时，选择了足够的安全裕度，防止超温爆管和高温氧化，并在高温区域增加了T91耐热钢材料的使用比例，部分管材使用TP347H不锈钢。D汽水系统中采用多次混合和改进结构，减小了6/10热偏差，在壁温计算时，考虑各种热偏差因素。采用合适的炉膛宽深比，燃烧器大切角布置，改善射流出口两侧补气条件，防止气流贴壁，形成良好的空气动力场，使出口温度场较均匀，保证炉膛出口两侧的烟温差不超过50E炉膛断面积选择合适，保证上层燃烧器至屏底之间有足够的距离，使烟气在炉膛出口前有足够的行程来减弱旋流强度。在炉膛出口设置分隔屏及后屏，减弱烟气的残余旋转动量，减小炉膛出口的左右烟气偏差和汽温偏差，使煤粉颗粒在炉内有足够的停留时间。F采取一次风对冲、二次风同心正反切的燃烧方式。通过模化试验，确定燃烧器上部的OFA层、顶部AB层喷嘴分别反切25和20，下部DE层起转二次风正切15。合理配置正反切风的动量矩比，以减弱炉内气流的残余旋转强度,有效地控制转向室两侧的烟温偏差和避免结渣。G配置性能良好的燃烧器二次风门执行机构和风门挡板，实现每一层二次风和周界风四角均匀，保证炉内具有良好的速度场，使旋转动量均匀。H根据上海吴泾第二发电厂机组锅炉燃烧情况，同时考虑神华煤易燃、易结焦特性，对受热面管屏布置和吹灰布置等做了进一步的调整。31号锅炉投产初期燃烧工况分析7/102016年12月2日，1号锅炉开始整机满负荷试运行，顺利通过了168H试运行，并连续稳定运行至今。到目前为止，均燃用100神华煤，6台磨煤机均为同一煤种。根据负荷、主蒸汽、再热蒸汽参数和炉膛参数等自动控制调整煤量和风量，单磨出力、通风量变化、煤粉细度（R75）等经调整、测试均达到设计要求。从投产初期的情况看，锅炉主要参数能达到正常的设计指标，机组在168H满负荷试运期间，机组平均负荷为MW，负荷率为，热工电气仪表、保护系统、自动控制系统投入率100。分析近期运行工况，在完全不投减温水的情况下，锅炉左右两侧的主蒸汽温度偏差和再热蒸汽温度偏差不大于15；在投入减温水后，锅炉左右两侧汽温的温差能控制到03之内，一次汽温、二次汽温偏差可控制在02之内，这些说明锅炉设计的改进是取得成效的。但是，目前该锅炉也存在几个问题主汽温度偏低（在分隔屏入口汽温达到设计温度395时，后屏过热器出口蒸汽温度经常达不到设计的出口汽温515，导致主蒸汽温度偏低，波动范围为525540，全面吹灰时可降至520左右，甚至更低）；尾部排烟温度高于设计值与上海吴泾发电厂机组投产期相近；分隔屏处有较明显的结焦；再热器需投入的减温水量较大等不利情况。具体表现如下。炉内结焦情况8/10透过锅炉不同标高各层的看火孔,对炉内结焦情况进行观察。在52M层观察到炉前分隔屏式过热器6大屏粘有两层焦渣（最内圈绕底管处挂焦较大），25屏的结焦比1屏、6屏多，结焦程度属于中等并趋于严重。在46M和42M层，可隐约看到水冷壁和壁式再热器管表面有一层薄灰；因火焰亮度高，在36M层看不清水冷壁的情况；32M层、29层和26M层分别是AB煤层、CD煤层和EF煤层，可观察到投煤层的着火情况，着火稳定，无发现结焦。在AB层2号角看火孔门有焦块，但比较疏松，很容易除掉。后屏过热器的管与管间隙上可见有夹焦；底部斜坡水冷壁前后坡无堆焦，从投运至今，此处尚未发生过堵焦。炉膛折焰角上也未见有堆焦，经停炉检查后，发现有局部积灰严重的现象。炉内燃烧情况炉内火焰亮度较高，特别是在燃烧器上部至屏底区域，炉内火焰呈亮黄色。分隔屏观焦孔能见度较好，其它地方由于火焰太亮不易看清管壁，但在四角喷燃器处可看清喷嘴燃烧情况。捞渣机的运行捞渣机落渣细小、均匀而疏松，未发现有熔融的焦块和大焦。捞渣机载荷和水封槽温度正常。磨煤机一次风量、一次风压、磨碗差压、磨煤机入口温度、出口温度正9/10常，煤量能自动调节，但石子煤斗在初期较易堵塞，煤块可达100MM100MM，每隔34H需清理一次。吹灰情况实际运行中，锅炉水冷壁短吹，水平烟道和后烟井长吹，基本保持每天3次全面吹灰，空气预热器吹灰36次，吹灰对降低排烟温度有较明显的效果，吹灰时，汽温和空气预热器入口烟温有所下降。每次吹灰前，空气预热器入口烟温最高点在415423，最低点在380386；吹灰后，空气预热器入口烟温最高点约408413，最低点约370375。二次风配风方式0FA层的配风为100,投煤层的周界风为100，最低层的二次风为100，未投煤层周界风为20，辅助风层起转二次风为100，其余二次风和油枪层为50，此配