发展超临界W火焰炉的几点思考.ppt

华电电力科学研究院,我国发展超临界W火焰炉的几点思考,我国W火焰炉发展的三个阶段,1、300MW亚临界（上世纪90年代）突出问题：下炉膛结焦，飞灰可燃物10%，CO1000ppm,锅炉效率8085%。2、600MW亚临界（本世纪前10年）增大了下炉膛容积，设置专门防焦风，调整了对煤粉细度的要求，锅炉效率8891%，是运行较为稳定的一种炉型。3、600MW超临界（2009年开始）燃烧效率方面没有质的飞跃，水冷壁系统结构有大幅变动，实现锅炉长周期稳定运行是一项挑战。,截止2012年11月，我国已投产16台600MW超临界W火焰锅炉,此种炉型仍然是无烟煤发电的首选，在此炉型的利用上我们国家积累了大量的经验教训,依据“生产实时监控系统”设备缺陷统计及“600MW超临界W火焰炉月报”统计数据，集团公司所属珙县、镇雄、塘寨电厂600MW超临界W火焰炉机组投产以来共发生41台次机组强迫停运事件，其中锅炉设备原因32台次。,华电集团8台超临界机组在设计阶段做过相关优化工作,经过设计优化后解决在300MW和600MW锅炉上存在的一些问题,引入防焦风+炉膛热力参数优化减缓结焦制粉系统配备动态分离器+燃烧系统配风优化提高了燃烧稳定性，降低飞灰含碳量引入燃尽风系统降低氮氧化物排放,600MW超临界W火焰锅炉设计上的难点拱式燃烧技术+超临界汽水参数系统+垂直管圈低质流量流速炉膛选型、燃烧系统和水动力设计三者必须结合起来，才能达到低能耗、低污染的预期目标。几种类型的超临界W炉都不约而同的采用了如下一些设计超临界参数：25.4MPa，566/566汽水系统：低质量流速+垂直管圈+优化内螺纹管尤其是采用了低质量流速仍能对管壁有效冷却，这项技术的突破是超临界W炉和CFB应用的前提，在国际上是先进的。但此项技术在国际上实践经验较少。,从整个锅炉系统看，除水冷壁系统之外的其它子系统采用的均是目前已经相当成熟的超临界技术，和现在大量采用的螺旋管圈超临界锅炉是相同的。因此水冷壁系统的安全运行是该型锅炉运行的关键。,水冷壁,燃烧器开孔,大风箱框架,600MW超临界W火焰锅炉的症结水冷壁系统,从已投产的超临界W炉运行情况看，存在很多共性问题,1、前墙水冷壁拉裂变形在各个厂都不同程度的出现过,金竹山电厂,合山电厂,福溪电厂,区域相似，炉膛前墙中部水冷壁。标高有所不同，40-50m,2、低负荷运行时前墙水冷壁壁温偏差容易过大,前期上部水冷壁壁温情况比较(5台磨运行),3、水冷壁超温现象,上部水冷壁采用光管膜式壁，材料为12Cr1MoVG，超过500后，材料性能显著下降，容易被拉裂。,大范围、大面积的超温现象比较少，但工况变化过程中，局部管壁温度持续偏高的现象仍存在，需引起重视。,折焰角斜坡易积灰现象,锅炉炉膛压力先达到负的最大值：首先是水平烟道垮灰后导致炉膛压力为很大的负值；然后在达到正的最大值：灰垮到冷灰斗后，炉膛压力到达正的最大值；紧接着又是一个正的很高的炉膛压力：由于炉膛压力的剧烈波动，导致了下炉膛的垮焦，焦垮到冷灰斗后，炉膛压力又达到一个正的高值保证吹灰正常是极为重要的。,灭火过程炉膛压力变化,解决对策：积灰区域加装局部吹灰器,扬州电厂加装的局部吹灰喷管,为了更好的分析600MW超临界W炉的特性，利用数值解析技术对4家电厂三种燃烧器、四种炉型结构进行了计算，以获得温度、速度、气体成分等的全炉膛分布情况，辅助优化设备改进。,建立模型,网格划分,数值计算,先进的NOx模型,煤粉燃烧器模型,镇雄煤粉燃烧器模型,浓粉出口,淡粉出口,一次风入口,一次风入口,淡粉出口,浓粉出口,珙县煤粉燃烧器模型,一次风入口,淡粉出口,浓粉出口,塘寨煤粉燃烧器模型,燃烧器模拟结果横截面速度云图（单位：m/s）,镇雄煤粉燃烧器,珙县煤粉燃烧器,塘寨煤粉燃烧器,淡测78%浓侧22%,淡测69%浓侧31%,燃烧器中下部有较明显的二次流存在，是提高分离效果的重要因素。,镇雄、珙县燃烧器横截面速度矢量图,镇雄燃烧器,珙县燃烧器,塘寨燃烧器局部速度矢量图,从空气场速度矢量图看出，在叶片迎风面空气受阻，产生分流，分别进入浓侧和淡侧，在叶片背风侧有明显的漩涡区存在。在分流板入口处，有高速的浓粉气流流过，是防止磨损的重点部位之一。,0.01mm跟随性好,0.05mm跟随性差,0.1mm跟随性差,0.2mm二次碰撞,塘寨燃烧器粒子轨迹分布,中截面温度分布,中截面速度矢量场,中截面CO浓度分布,中截面NOx浓度分布,工况一工况三,停用磨煤机B的工况,工况一,工况五,停用磨煤机B的工况,工况一,工况五,氧浓度,速度矢量场,停用磨煤机B的工况,中截面速度矢量场比较中截面温度场比较,停用磨煤机B的工况,数值计算目前仍在进行的研究工作：,全炉膛的粒子轨迹图预测易积灰、结焦的部位停用不同磨煤机时的热流密度分布分析热负荷的偏差煤种变更时的影响预测煤种变化对燃烧、排放的影响不同拱下风入射角度的影响,四川第一台超临界W锅炉主要指标,提高超临界W火焰锅炉稳定性的措施,（一）运行措施1、加强燃煤采购和掺配掺烧管理，尽可能使入炉煤质接近设计值。火车煤热值最低达15.6MJ/KG，通过合理掺配掺烧平均入炉煤热值约为17.5MJ/KG2、严格执行防止水冷壁超温及壁温差过大的运行措施，主要包括：（1）制定了防止锅炉水冷壁超温的措施及考核办法并严格执行。主要是对壁温单点超限和最大壁温差超限以及超限时间进行考核。（2）维持炉内燃烧稳定，并确保炉膛灭火保护装置可靠投入。,（3）超温主要发生在启、停磨煤机及增、减负荷时出现。在加减负荷过程中尽量平稳缓慢，严格按照负荷曲线进行变动。启动磨煤机时，旁路风在20%左右，容量风不超过5%，开启磨煤机热风门时应缓慢进行，并提醒给水调节人员，根据汽温及水冷壁温变化，及时增加给水，调整负荷。停磨时尽量将筒体煤粉抽空，避免再次启动时大量煤粉进入炉内对燃烧造成巨大波动。（4）在负荷不变的情况下，进行制粉系统切换时，原则上准备启动的磨煤机在暖磨合格后采用闭磨启动方式，启运后先逐渐关小准备停运的磨煤机的容量风，再缓慢开启刚启运磨煤机的容量风，每次幅度不超过5%，其他磨煤机暂时不做调整，避免燃烧大幅度波动。,（5）为维持炉膛热负荷尽量均匀，减少热负荷偏差，在条件允许情况下，原则上480MW-600MW负荷保持六台磨煤机运行，400MW-480MW负荷保持五台制粉系统运行，350MW-400MW保持四台制粉系统运行。（6）尽量避免同时对多台磨煤运行状态（容量风量）进行调整，以防止输入粉量波动叠加，引起热负荷大的波动，在稳态下磨煤机出力偏差不大于5t/h。（7）在机组协调投入的情况下，注意监视运行磨煤机的容量风挡板变化幅度和频率，如变化幅度较大，频率较快，引起水冷壁管壁温度上升，立即将该磨容量风切换为手动运行。,（8）调整给水时应缓慢平稳，防止因给水流量大幅度波动而引起管壁超温。在给水投入自动的时候密切监视给水流量的变化幅度，必要时切为手动方式调整。（9）做好风煤比的控制和入炉风量的调节工作，在440MW负荷以上时，保证氧量在3.5%-4.0%之间，在440MW负荷以下时，氧量控制在4.0%-5.2%之间，防止低负荷时风量过小引起烟气流分布不均的加剧。,（10）做好二次风风箱风压控制，保证二次风箱风压在0.75-1.0KPa，最低不低于0.6KPa。以免二次风刚性差。但是严禁过分关小F风各分门强行提高风压，F风各分门开度按相关规定执行。（11）在440MW以下时，水冷壁超温情况较为明显，在此区段负荷，应加强调整和监视。原则上保持四台磨煤机原则运行，尽量做到在炉膛宽度方向上热负荷分布均匀。,（12）必须按规定进行炉膛的吹灰工作，在壁温偏差较大情况下，应增加炉膛的吹灰次数。（13）若出现超温，开大超温位置的燃尽风门开度，在不掉粉的情况下，适当减小对应的F风挡板开度。（14）严格监视水冷壁管壁温度，当超温发生时，降低过热度，将过热度控制在10-20，适当降低主汽参数运行。,（15）在保证管壁不超温的前提下，做好中间点温度、减温水之间相互协调控制，尽量保证主汽温度在额定值运行，汽温调节原则尽量通过调整过热度，少减温水的方式。严禁采用高过热度，大减温水运行方式，这样既不安全又不经济。（16）经常分析磨煤机运行情况，定期检查分析煤粉细度、均匀性、出口一次风风速偏差、煤粉浓度偏差，对动态分离器及其回粉管道定期清理杂物。原则上保证每台磨煤机每月至少进行一次内部检查（发现煤粉细度异常应尽快检查），包括动静态分离器叶片、锁气器、回粉管等。（17）严格执行防止空预器堵塞措施，避免由此产生的一、二次风压脉动引起燃烧扰动和管屏低频振动。,（二）检修措施1、按照“逢停必检”的原则做好防磨防爆检查工作，应特别注意受热面变形、水冷壁扁钢拉裂、集箱管座裂纹的检查、处理和分析记录。2、加强风量测量系统及自动装置的定期检查校核，确保显示准确，自动装置运行稳定、可靠。3、停炉后对制粉系统、风烟系统的风门挡板进行检查治理，并对一次风、乏气风进行调平，同一台磨煤机煤粉浓度差不应超过10%。,5、停炉后对炉膛结焦情况进行检查，特别是对有焦块遮挡、堵塞的燃烧器和风口进行清理，避免风量分配不均或局部缺氧。6、做好刚性梁及膨胀导向装置、校平装置系统的检查，运行时注意检查受热面相关部位的膨胀与晃动，停炉后注意检查受热面及刚性梁是否回到原位，连接部位有无卡涩现象。,小结,W火焰炉仍然是利用无烟煤发电的首选。发展超临界W炉，设计是关键。合理选取热力参数、布置燃尽风系统、布置防焦风系统、设置水冷壁中部全混合集箱等措施要在设计阶段充分考虑。对于已投产的超临界W炉，充分认识到此种炉型热容量小、参数变化快等