0引言

隨著我國新能源的快速發(fā)展,降低碳排放的 目標推進,光伏、風電容量占比不斷增加,電力市場主導地位不斷發(fā)生變化。 在這一背景下,火電機組面臨多方面挑戰(zhàn),在運行中需要上能頂峰帶負荷,下能深調(diào)參與市場輔助,快速適應(yīng)市場變化和需求,這就對設(shè)備維護和運行調(diào)整提出了更高要求。 對于火電機組,在搶發(fā)電量的同時,調(diào)峰深度也決定了輔助收益,但也進一步增加了鍋爐燃燒的安全風險,因此對鍋爐穩(wěn)燃方面的研究至關(guān)重要。

1 設(shè)備概況

某電廠630 MW超臨界機組鍋爐采用北京巴布科克威爾克斯有限公司生產(chǎn)的超臨界參數(shù)、垂直爐膛、一次中間再熱、平衡通風、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、 露天布置的“W”火焰型爐,鍋爐型號:B&WB—1950/

25.4—M。 配備A、B、C、D、E、F六套雙進雙出鋼球磨正壓直吹式制粉系統(tǒng),其中B、E磨各配置一套等離子穩(wěn)燃裝置,8個等離子發(fā)生器對應(yīng)B、E磨8個燃燒器。

燃燒設(shè)備采用雙拱絕熱爐膛、濃縮型低NOx雙調(diào)風旋流燃燒器,燃燒器平行對稱布置于爐膛下部的爐拱上,前、后各12只,共24只;在燃燒器下部,與燃燒器相對應(yīng),前后墻各布置12個乏氣噴口,共24只;與煤粉燃燒器對應(yīng)同時配置了24只點火油槍;每個燃燒器下部均設(shè)有分級風管,每個分級風管分成2個支管(即噴口),每臺鍋爐共有48個分級風噴口,前后墻各24個。爐型與燃燒器及配風布置情況如圖1所示。

2“W”型火焰鍋爐的燃燒特性及深調(diào)主要風險點

2.1“W”型火焰鍋爐的燃燒特性及現(xiàn)狀

“W”型火焰鍋爐由下部爐膛(燃燒室)和上部爐膛(燃燼室)組成,一般下部爐膛的深度比上部爐膛大80%~120%,燃料燃燒過程基本上是在下爐膛完成(75%以上),上部爐膛主要是冷卻煙氣用。上、下爐膛之間有一縮腰,可減少上部爐膛水冷壁對著火和燃燒區(qū)的輻射吸熱,有利于提高著火區(qū)的溫度,創(chuàng)造更好的著火條件。同時由于“W”型火焰的形成,火 焰下沖使煤粉在爐膛內(nèi)的燃燒行程增加,著火距離長,更有利于煤粉的燃燼,燃燒穩(wěn)定性顯著增加。 對于低揮發(fā)分的貧煤和無煙煤等劣質(zhì)煤種,可使其表現(xiàn)出較好的燃燒特性。

但實際運行中入爐煤種摻配等情況往往會造成入爐煤與設(shè)計煤種偏離,煤質(zhì)的多變使得配風及燃燒調(diào)整等方面難以與之匹配,導致燃燒調(diào)整中仍存在燃燒穩(wěn)定性差、結(jié)焦嚴重、飛灰含碳量高、排煙損失大、污染物排放量增加等問題。

2.2“W”型*焰鍋爐深度調(diào)峰主要風險點

2.2.1鍋爐滅火

鍋爐深度調(diào)峰過程中,抗干擾能力差,鍋爐漏風、給煤機斷煤等擾動對鍋爐燃燒影響較大;低負荷下煤粉著火困難、著火點后移,將使燃燒穩(wěn)定性下降^[1]。除采取配風調(diào)整、煤粉細度控制、等離子穩(wěn)燃技術(shù)及其他穩(wěn)燃措施外,配煤的準確性和穩(wěn)定性與深度調(diào)峰過程中鍋爐的運行安全性直接相關(guān)。煤種的摻配方案需要緊跟負荷的變化,做好負荷預(yù)測,滿足高負荷需求和深調(diào)的穩(wěn)燃需求。鍋爐深調(diào)工況下需要提高入爐煤揮發(fā)分,保證煤粉著火及燃燒穩(wěn)定性;同時適當降低入爐煤熱值,利于低負荷下磨煤機出力控制,從而保證鍋爐熱負荷均勻分布,防止出現(xiàn)鍋爐燃燒惡化、滅火等風險。

2.2.2水動力不足

低負荷下鍋爐給水流量大幅下降,給水泵出力較小,630 MW機組深調(diào)至30%負荷工況下,鍋爐已介于干濕態(tài)轉(zhuǎn)換的臨界點。此時,鍋爐給水流量接近最小流量,水冷壁溫及溫差顯著升高,水動力不足。如果出現(xiàn)給水流量波動或燃燒擾動情況,極易發(fā)生受熱面大面積超溫、應(yīng)力撕裂導致爆管事故。

2.2.3水沖擊

30%負荷深調(diào)工況下,鍋爐介于干濕態(tài)轉(zhuǎn)換的臨界點,在燃燒正常調(diào)整和擾動中極易發(fā)生干濕態(tài)頻繁切換,對鍋爐承壓部件產(chǎn)生交替的應(yīng)力損壞。同時深調(diào)工況下煤水比容易失衡,若燃燒大幅減弱或給水流量過大會導致汽溫大幅下降,造成汽輪機水沖擊。

2.2.4鍋爐承壓部件應(yīng)力損壞

鍋爐正常啟停及變負荷過程中,鍋爐本體會發(fā)生不同程度的膨脹變形,其變形程度隨變負荷的幅度大小和速率而不同。當變形過大導致局部膨脹受阻時,會對鍋爐承壓部件產(chǎn)生較大應(yīng)力作用,造成承壓部件損壞、受熱面變形拉裂等情況。同時鍋爐深調(diào)至低負荷時,受熱負荷分布不均、水動力不足的影響,鍋爐受熱偏差及水冷壁溫偏差也會產(chǎn)生較大應(yīng)力,造成水冷壁拉裂損壞。

3“W”型*焰鍋爐深度調(diào)峰過程中燃燒惡化現(xiàn)象及處理分析

3.1發(fā)生燃燒惡化后的現(xiàn)象

該電廠630MW機組深度調(diào)峰至200MW,協(xié)調(diào)在機跟隨方式,A、B、E三臺磨煤機運行,爐水泵運行,主汽壓10.8Mpa,蒸發(fā)量590 t/h,給水流量737 t/h,氧量6.6%,汽水分離器貯水箱水位11.8 m,一次風壓8.8 kpa。爐側(cè)主汽溫559℃/562℃ ,再熱汽溫558℃/557℃ ,機組運行工況穩(wěn)定。

此時,B1給煤機發(fā)生斷煤,B2、E4煤火檢相繼失去,爐膛負壓無異常波動,氧量突升至7.3%,主汽壓下降0.2 Mpa,幅度較小,一次風壓穩(wěn)定,分離器水位快速下降。爐側(cè)A、B側(cè)主、再熱汽溫同時升高,但B側(cè)主、再熱汽溫快速上升幅度較大,主汽溫兩側(cè)最大偏差13℃ ,再熱汽溫兩側(cè)最大偏差達22℃ ,過再熱器壁溫快速升高。從給煤機斷煤擾動發(fā)生,燃燒惡化至各參數(shù)調(diào)整正常,過程持續(xù)15 min左右,其間上水冷壁屏間差、屏過出口、二過進出口、再熱器壁溫均出現(xiàn)持續(xù)超溫情況,燃燒調(diào)整穩(wěn)定后各參數(shù)恢復(fù)正常。

3.2處理過程分析

B1給煤機發(fā)生斷煤后,監(jiān)盤人員立即聯(lián)系敲倉人員啟動空氣炮振打,恢復(fù)下煤正常。隨之發(fā)現(xiàn)B2、E4煤火檢相繼失去,依次投入B、E層等離子磨油槍穩(wěn)燃,B2煤火檢恢復(fù)正常。

因鍋爐主、再熱汽溫及各受熱面壁溫升高較快,立即增加給水流量,并調(diào)整一級、二級過熱蒸汽減溫水量控制主汽溫;同時關(guān)小再熱煙氣擋板控制再熱汽溫,開啟B側(cè)再熱蒸汽事故減溫水;將主、再熱汽溫控制在正常范圍,各受熱面壁溫逐步下降至正常。

但E4煤火檢仍持續(xù)頻閃,分離器水位下降至7 m后又快速升高至16.4 m,開啟341排放閥控制水位正常。啟動D磨煤機運行,E4煤火檢恢復(fù)正常。逐支退B、E層油槍,燃燒穩(wěn)定,調(diào)整各參數(shù)正常,恢復(fù)初始運行工況。

3.3原因分析及對應(yīng)穩(wěn)燃措施

此次鍋爐深度調(diào)峰過程燃燒惡化情況的發(fā)生,是一次典型的給煤機斷煤引起的燃燒擾動,這也是事故的主要原因?，F(xiàn)從事件發(fā)生后鍋爐各參數(shù)變化進行以下方面的分析。

3.3.1給煤機斷煤

給煤機斷煤為鍋爐燃燒調(diào)整過程中最常見的擾動,也是鍋爐深調(diào)在低負荷運行中對燃燒影響最大的因素之一。原煤倉空倉、蓬煤、原煤含水量大等原因引起的給煤機斷煤,會造成磨煤機出力下降,出粉量變化,引起短時燃燒劇烈擾動。其中空倉斷煤造成的返風情況,更會導致磨煤機一次風壓驟降,燃燒減弱。本次燃燒擾動工況是煤倉蓬煤導致給煤機短時斷煤引起的,因鍋爐負荷較低,給煤機斷煤后磨煤機兩側(cè)出粉量形成較大偏差,造成局部熱負荷減弱,燃燒瞬間惡化。因此,在日常鍋爐配煤摻燒工作中,應(yīng)充分考慮機組負荷變化,摻配煤種要根據(jù)負荷情況及時調(diào)整,保證入爐煤水分、揮發(fā)分、熱值、可磨性系數(shù)在可控范圍,在滿足磨煤機出力要求的同時,保證煤粉著火、燃燼,確保鍋爐燃燒安全。

3.3.2煤火檢失去

本次燃燒惡化過程中兩只煤火檢相繼失去,由給煤機斷煤引起,使鍋爐燃燒失穩(wěn)。局部燃燒惡化,伴隨氧量突升、主汽壓下降等,均表現(xiàn)出燃燒惡化的典型特征。雖然爐膛負壓無大幅波動,但鍋爐燃燒明顯減弱。此時,運行人員發(fā)現(xiàn)異常及時采取投油穩(wěn)燃操作尤為重要,即優(yōu)先保證鍋爐燃燒,防止燃燒持續(xù)惡化導致鍋爐滅火。

3.3.3汽溫偏差及壁溫超限

主、再熱汽溫突升原因為鍋爐燃燒惡化后,火焰中心后移,輻射換熱減少,對流換熱增加,且投油穩(wěn)燃后燃料增加。而主、再熱汽溫偏差增大,原因為燃燒局部減弱,造成鍋爐兩側(cè)火焰大幅偏移。鍋爐燃燒的劇烈變化,導致汽溫突變,同時引起各受熱面壁溫超限。在汽溫及受熱面壁溫整體升高且超限情況下,優(yōu)先考慮增加鍋爐給水量,并增加爐水泵循環(huán)流量,避免持續(xù)超溫對金屬材質(zhì)產(chǎn)生不可逆損壞,防止偏差大水冷壁拉裂^[2]、超溫嚴重鍋爐爆管等后果。

3.3.4磨煤機運行方式

該電廠配備6臺雙進雙出鋼球磨煤機,對應(yīng)的24只燃燒器平行對稱布置于爐膛下部的爐拱上,前后各12只。燃燒器分布情況如圖2所示。

由圖2可以看出,當磨煤機運行方式為A、B、E三臺磨時,燃燒器的分布雖然較為對稱,但鍋爐左后及右前燃燒室均為單只燃燒器,抗干擾能力差。當出現(xiàn)斷煤或其他擾動時,很容易引起燃燒偏移、局部燃燒減弱。超臨界鍋爐爐膛寬度、深度都較大,熱負荷分布分散。在燃燒調(diào)整時,要保證鍋爐熱負荷集中且均勻分布,才能有效保證燃燒穩(wěn)定^[3]。

本次處理過程中,在發(fā)生鍋爐燃燒不穩(wěn)情況時及時改變磨煤機運行方式,改善燃燒,啟動D磨煤機后燃燒好轉(zhuǎn)至穩(wěn)定。但深度調(diào)峰過程中四臺磨煤機較三臺磨煤機運行,降負荷調(diào)整難度加大,也對磨煤機出力調(diào)整和配煤熱值控制提出了更高要求。

3.3.5一次風壓控制

從本次燃燒擾動惡化前的穩(wěn)定工況看,一次風壓維持在8.8 kpa,風壓接近磨煤機出力上限。深調(diào)工況下,一次風壓過高會導致“W”火焰下沖嚴重,風速過高,燃燒器脫火;同時風粉比例增加,煤粉濃度降低,不利于煤粉著火和穩(wěn)定燃燒,這也是造成鍋爐燃燒不穩(wěn)的原因之一。因此,深度調(diào)峰時對磨煤機的出力控制應(yīng)保留相對余量,在合理范圍內(nèi)調(diào)整一次風壓,使鍋爐燃燒維持在最佳狀態(tài)^[4]。

4結(jié)束語

通過對“W”型火焰鍋爐深度調(diào)峰過程燃燒惡化 的分析可以看出,“W”型火焰鍋爐深調(diào)時具有其燃燒特殊性。而隨著現(xiàn)在大型燃煤機組深調(diào)的常態(tài)化,更深度的調(diào)峰決定了燃煤機組發(fā)展的必然命運。據(jù)不完全統(tǒng)計, 目前我國已投運和在建的“W”型火焰鍋爐已達130臺左右,但針對“W”型火焰鍋爐深度調(diào)峰穩(wěn)燃方面的研究,可指導性措施還不完善, 目前深調(diào)至20%BMCR負荷還面臨一定挑戰(zhàn)。本文對一次鍋爐燃燒惡化工況進行了全面分析,并提出了相應(yīng)的調(diào)整及穩(wěn)燃措施,為大容量“W”型火焰鍋爐未來進一步極深度調(diào)峰積累了經(jīng)驗,提供了參考。

[參考文獻]

[1] 王科.“W”型火焰鍋爐燃燒優(yōu)化與氮氧化物控制研究[D].武漢:華中科技大學,2018.

[2]黃曉剛,陳文,曾俊.超臨界W鍋爐啟動階段水冷壁壁溫特性分析[J].應(yīng)用能源技術(shù),2021(7):46-50.

[3]楊仕強.新電力市場環(huán)境下火力發(fā)電廠運行技術(shù)的創(chuàng)新實踐—600 MW超臨界“W”火焰鍋爐燃煤機組深度調(diào)峰技術(shù)研究與應(yīng)用 [C]//2017火電靈活性與智慧熱電技術(shù)研討會論文集,2017:361-367.

[4]黃偉,楊劍峰,謝國鴻,等.大型W火焰鍋爐滅火原因分析及對策[J].電力建設(shè),2010,31(2):77-80.

《機電信息》2025年第12期第6篇