1、670MW機組超臨界直流鍋爐經濟運行技術研究孫德金 胡代軍 徐偉 咸蘭輝（大唐黃島發電有限責任公司，山東 青島，266500）摘要：通過一系列基礎試驗，摸清和掌握目前大型直流鍋爐制粉系統及燃燒系統的運行性能，對存在的問題進行解決或診斷，并提出合理的運行優化建議和解決方案，使得鍋爐的整體安全性、經濟性都有一定程度的提高。關鍵詞：超臨界 直流鍋爐 經濟運行 制粉系統 燃燒系統 調整試驗 0 引言大唐黃島發電有限責任公司6號機組（670MW超臨界機組）于2007年11月份投產，鍋爐制粉系統和燃燒系統陸續暴露出一些問題，如：制粉系統出力低、單耗大；磨煤機磨損嚴重；鍋爐燃燒效果差效率低；鍋爐再熱汽溫偏低

2、；鍋爐兩側煙溫偏差大等一些列問題，對機組的安全、經濟運行影響較大。為此，黃島電廠通過與西安熱工院、上海鍋爐廠共同配合，全面開展鍋爐制粉系統及燃燒系統優化診斷、調整試驗，專題對該爐的整體運行經濟性進行研究并提出優化方案，對存在的問題進行分析解決，并提出合理的調整措施指導運行操作，使得鍋爐的整體安全性、經濟性都有一定程度的提高，對大型鍋爐的經濟運行有一定的參考意義。1 概況黃島電廠6號鍋爐為上海鍋爐廠有限公司生產，型號為SG2102/25.40-M953，屬超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流燃煤鍋爐，鍋爐采用單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風、固態排渣、全鋼懸吊結構、型露天布置，配套67

3、0MW汽輪發電機組。鍋爐配備了6臺ZGM113G型中速磨煤機，采用冷一次風機正壓直吹式制粉系統。鍋爐燃燒方式采用從美國阿爾斯通能源公司引進的擺動式四角切圓燃燒技術。1.1鍋爐主要設計參數表1：鍋爐主要設計參數項 目單位BMCRBRL主蒸汽流量t/h21022002主蒸汽壓力MPa25.425.28主蒸汽溫度571571再熱蒸汽流量t/h17611682再熱蒸汽進口壓力MPa4.724.50再熱蒸汽進口溫度322317再熱蒸汽出口壓力MPa4.524.31再熱蒸汽出口溫度569569給水溫度282279進風溫度（一次風）2727進風溫度（二次風）2323熱風溫度（一次風）328325熱風溫度（二

4、次風）335331排煙溫度（修正前）132131排煙溫度（修正后）127126燃料消耗量t/h248.5238.7鍋爐熱效率%93.5593.581.2煤質資料 表2：鍋爐燃用煤質數據序號項 目符 號單位設計煤種校核煤種1校核煤種2工業分析1收到基低位發熱量Qnet，arkJ/kg2401020630240802干燥無灰基揮發份Vdaf%39.7940.1323.743收到基水份Mt%6.608.9011.414空氣干燥基水份Mad%2.102.691.055收到基灰份Aar%17.9823.9214.12元素分析6收到基碳Car%61.5454.9761.247收到基氫Har%3.653.7

5、53.858收到基氮Nar%0.980.921.329收到基氧Oar%8.636.987.2910收到基硫Sar%0.620.560.67可磨性系數HGI6255842 制粉系統存在的主要問題以及解決方案2.1 磨煤機單耗偏大，各磨煤機一次風量偏差大。2.1.1 下表3是對各磨煤機的摸底試驗情況：表3：各磨煤機基本運行情況摸底項 目單位A磨煤機B磨煤機C磨煤機D磨煤機E磨煤機F磨煤機給煤機出力t/h46.746.147.646.447.949.1分離器擋板開度°505050505050表盤風量t/h79.777.585.486.48382加載油泵壓力MPa15.1213.9813.2

6、614.113.4513.99磨煤機電流A49.652.353.851.848.161.1磨煤機電耗kWh412.35434.80447.27430.64399.88507.96磨煤單耗kWh/t8.839.439.409.288.3510.35煤粉細度R90%21.222.825.623.629.226.0煤粉均勻性指數 -1.161.221.211.281.201.05可見：1）試驗前磨煤機分離器擋板開度均置于50°，沒有進行過調整；2）試驗前磨煤單耗普遍處于9kWh/t以上；3）各個磨煤機煤粉細度大小不一；4）除F磨煤機外，其它磨煤機的煤粉均勻性指數均在1.2左右，處于較好的水

7、平；5）F磨煤機電流、功率明顯高于其它磨煤機。2.1.2 各個磨煤機4根粉管的風速（風量）分布和煤粉分配狀況如表4所示。表4：各磨煤機4根粉管的風速分布和煤粉分配狀況項 目單位A1管A2管A3管A4管風速偏差%-6.40-4.336.084.65粉量偏差%-9.148.581.84-1.28項 目單位B1管B2管B3管B4管風速偏差%-3.16-6.395.583.98粉量偏差%-10.872.51-27.7532.95項 目單位C1管C2管C3管C4管風速偏差%-6.67-8.43-2.4417.54粉量偏差%-5.9538.02-17.00-15.07項 目單位D1管D2管D3管D4管風速

8、偏差%12.81-10.17-1.26-1.37粉量偏差%-1.09-4.272.093.27項 目單位E1管E2管E3管E4管風速偏差%-1.046.01-6.992.02粉量偏差%24.08-6.94-15.11-2.02項 目單位F1管F2管F3管F4管風速偏差%-4.796.84-12.5910.53粉量偏差%13.376.695.19-25.26可見：1）各個磨煤機4根粉管的風速（風量）分布偏差均較大，超過了±5%；2）AD磨煤機4根粉管煤粉分配狀況良好，偏差在±10%以內；BCEF磨煤機4根粉管的煤粉分配偏差較大，超過了±20%。2.1.3 通過以上數

9、據分析，對存在的問題，采取如下方案進行解決：1）首先進行煤粉管風量調平：機組新機投產期間雖然已經進行了風量調平，但是經過一年的運行后，煤粉管道、磨煤機系統的阻力發生變化，容易導致各粉管風量偏差大的問題，通過對各個磨煤機4根粉管上的可調縮孔進行調整，各臺磨煤機4根粉管風量進行了調平，正常運行工況下4根粉管風量偏差控制在了±5%以內，為優化燃燒創造好了基礎。2）分離器擋板特性試驗，確定擋板最佳開度：通過改變磨煤機的擋板開度，得到了開度對煤粉細度、磨煤機單耗、煤粉均勻性的影響曲線，見圖1、2、3：圖1 分離器擋板開度對煤粉細度R90影響 圖2 分離器擋板開度對磨煤單耗影響圖3 分離器擋板開

10、度對煤粉均勻性的影響由圖中的數據可以看出：隨著分離器擋板開度的增大，煤粉細度R90呈近似線性急劇上升的趨勢，分離器擋板開度每增大1°，煤粉細度R90大約上升0.8%；隨著分離器擋板開度的增大，磨煤機電流、磨煤單耗呈近似線性平緩下降的趨勢，分離器擋板開度每增大1°，磨煤單耗大約下降0.05kWh/t；分離器擋板開度對磨煤機風量有一定的影響，在相同的風門開度下，分離器擋板開度越大，磨煤機阻力越小，磨煤機風量越大。結合鍋爐燃燒特性，并考慮到煤種的變化，試驗后各個磨煤機入爐煤粉細度R90均調整至20%左右。試驗前、后各個磨煤機分離器擋板開度如表5所示。表5：分離器擋板開度按照經濟煤

11、粉細度調整前后數據項 目單位A磨煤機B磨煤機C磨煤機D磨煤機E磨煤機F磨煤機分離器擋板開度試驗前°505050505050試驗后°4250474745443）進行最佳通風量的確定：一次風量（風速）的大小和煤粉的著火過程密切相關。一次風速高，著火點相應遠離燃燒器，有利于保護燃燒器，但一次風速過高將影響燃燒的穩定性和運行的經濟性；一次風速低，著火點又相對提前，有可能出現使燃燒器變形及燒損。因此，通過試驗選擇合理的一次風量（風壓），使著火點相對合適，燃燒穩定，經濟性好，并且此時一次風機電耗達到最佳值。通過分別改變磨煤機的通風量，得出表6數據：表6：6D磨煤機風量特性數據項 目單位

12、工況1工況2工況3磨煤機風量實測值t/h94.6798.4882.30表盤值t/h86.491.982.8熱風門開度%69.481.956冷風門開度%19.442.413.6磨煤機電流A51.85154磨煤單耗kWh/t9.569.419.97煤粉細度R90%23.624.221.4煤粉均勻性指數/1.281.271.28可見：隨著磨煤機風量的增大，煤粉細度R90呈近似線性平緩上升的趨勢，磨煤機風量每增大10t/h，煤粉細度R90大約上升1.73%；隨著磨煤機風量的增大，磨煤機電流、磨煤單耗呈近似線性平緩下降的趨勢，磨煤機風量每增大10t/h，磨煤單耗大約下降0.35kWh/t。綜合根據磨煤機

13、處理情況以及煤粉細度情況，得出磨煤機最佳風煤比曲線，與磨煤機原設計標準風煤比曲線比較，差異較大：圖4：磨煤機風煤比曲線4）進行最佳加載力的確定： 通過試驗，與設計基本符合。圖5：磨煤機加載壓力曲線通過上述方法調整，磨煤機最大出力可以達到60t/h，最小出力可以達到16t/h。磨煤機在較大出力下運行有利于降低磨煤單耗，一般磨煤機出力在55t/h左右時磨煤單耗可以下降至8kWh/t以下，對于大機組帶來的節能效果非常明顯。2.2 磨煤機一次風量測點線性度差。由表6中風量實測值與表盤值的對比可以看出，磨煤機風量實測值與表盤值之間差異較大，有時則偏小或基本一致，因此，判定磨煤機風量測量裝置線性度較差，不

14、能真實反映磨煤機風量，導致磨煤機無法按照設定的風煤比曲線運行。通過現場就地觀察發現，磨煤機風量測量裝置安裝的位置距離進入磨煤機風道的彎頭太近，此處空氣流場極不穩定，不符合風量測量裝置安裝的位置要求，難于實現準確測量。 采取措施：選擇一臺磨煤機的風量測量裝置，將其移動至進入磨煤機風道直管段的中間位置（即目前的磨煤機入口壓力測點位置附近），待重新標定并運行一段時間后再檢驗其效果。如果仍然線性度較差，則說明此風量測量裝置本身存在問題，可對其進行改造或更換其它類型的測量裝置。2.3 磨煤機出口壓力、磨煤機壓差測點堵塞從目前磨煤機的運行情況來看，磨煤機出口壓力、磨煤機壓差測點幾乎全部堵塞，這對判斷磨煤機

15、和粉管是否安全運行造成不利的影響。采取措施：從測點附近割開傳壓管，吹通后再恢復；建立每月12次的定期吹掃制度。3 燃燒系統存在的主要問題以及解決方案3.1 高負荷飛灰偏大，鍋爐效率下降。圖6機組負荷對飛灰、大渣可燃物含量的影響 圖7 機組負荷對Q2、Q4損失的影響圖8 機組負荷對鍋爐熱效率的影響主要原因：1）空氣預熱器阻力偏大導致二次風箱壓力偏低。二次風箱壓力偏低，一方面導致爐內二次風射流剛性較差，二次風切圓偏大，飛灰可燃物含量偏高，另一方面導致UFA（火下風）托粉能力較差，大渣可燃物含量偏高，這是影響機組高負荷時鍋爐燃燒效果的主要原因之一。高負荷（機組負荷600MW以上）時飛灰、大渣可燃物含

16、量較高，而低負荷（機組負荷500MW以下）時由于二次風箱壓力較高飛灰、大渣可燃物含量則較低。整改措施：利用停爐機會進行預熱器高壓水沖洗，效果較好。表7、預熱器沖洗前后壓差變化負荷（MW）預熱器煙氣差壓（Pa）氧量（%）一次風溫（）二次風溫（）排煙溫度（）風機單耗預熱器水沖洗后62295043053131231.53預熱器水沖洗前62316503.82953051261.58差值-1-7000.2108-3-0.052）送風機設計全壓偏低。表8送風機設計參數對比項 目單位黃島電廠某 廠送風機型 號FAF26.6-12.5-1FAF26.6-14-1型 式動葉可調軸流式制造廠家上海鼓風機廠流 量m

17、3/s224.61242.72全 壓Pa33264010轉 速r/min985電 機型 號YKK560-6YKK630-6制造廠家上海電機廠額定功率kW11201600額定電壓kV6額定電流A（125）190轉 速r/min985整改措施：建議收資調研，進行風機性能試驗，確定是否改造及方案。3）預熱器漏風大，導致預熱器后風壓降低。整改措施：加強對預熱器漏風管理，確保漏風控制系統（LCS）可靠運行。3.2 鍋爐兩側煙溫偏差大。黃島#6鍋爐對流受熱面最高一級的煙氣溫度測點是高溫再熱器出口煙氣溫度，按照煙氣溫度降低順序，鍋爐兩側依次布置有高溫再熱器出口煙氣溫度、過熱器出口煙氣溫度、低溫再熱器入口煙氣

18、溫度、水平再熱器出口煙溫、省煤器出口煙氣溫度。在運行發現兩側高溫再熱器出口煙氣溫度存在左高右低的溫度差，溫差較大時可達130。分析原因：1）四角切圓燃燒方式由于存在煙氣殘余扭旋，普遍存在煙溫偏差大問題。2）SOFA風需要進一步優化、調整。3）二次風的配風方式進行優化。整改措施：1）調整SOFA風反切角度以及風量SOFA風水平擺角對NOx排放影響是比較小的，SOFA 風水平擺角反切角度減小時，爐膛出口煙氣的殘余旋轉趨于強烈，煙溫偏差隨之增加，SOFA 風水平擺動具有改變爐膛出口煙氣殘余旋轉，調節煙溫偏差的作用，通過試驗，將SOFA 風水平擺角調整在反切最大15°。同時，高溫再熱器后煙溫

19、偏差再通過調整5層SOFA風門開度后，煙溫偏差可控制在4，說明可以將高溫再熱器后煙溫調平，但是又帶來新的問題，就是汽溫偏差大，兩側減溫水用量偏差大。分析原因認為：分隔屏汽溫偏差與煙溫偏差的趨勢相反，在現象上煙溫偏差對分隔屏汽溫偏差形成一定校正作用：煙溫偏差大了，校正作用效果大，分隔屏后汽溫偏差減小。分隔屏的工作環境比較惡劣，過大的汽溫偏差意味著部分管壁溫超溫的危險加大，應當盡量減小分隔屏的汽溫偏差。從減小分隔屏出口汽溫偏差方面考慮，過分減小煙溫偏差，減弱了對分隔屏出口汽溫偏差的校正作用，并不可取。因此綜合各方面因素考慮，額定負荷下煙溫偏差保持在50-80左右即可。2）為了減小爐膛出口煙溫偏差，

20、提高風箱爐膛壓差，增加燃燒器區域二次風分配的均勻性和擾動，在額定負荷下，對燃燒器區域二次風的配風方式進行改變，由原來風門開度較大的配風方式改變為風門開度較小的配風方式，由于SOFA風門開度不變，因此SOFA風量增加明顯，而SOFA風為反切風，減小了爐膛出口煙氣殘余扭轉。但是應該注意，通過減小二次風門總操來提高二次風箱壓力，容易導致氧量不足，影響機組經濟型，因此通過試驗認為：機組高負荷時二次風門總操開度不宜小于40%，機組低負荷時二次風門總操開度不宜小于30%。3.3 再熱汽溫偏低。再熱汽溫作為一項重要的鍋爐參數，要求在50-100% BMCR時再熱蒸汽能維持額定汽溫，汽溫允許偏差±5

21、。黃島電廠6號爐投產一年來，平均再熱汽溫偏低，低負荷（50%）僅為545-550左右，距離設計值偏差較大。為保證再熱汽溫在大負荷范圍內，能夠保持較好水平，應針對不同負荷，磨煤機的投運層數、燃燒器擺角及過量空氣系數等重要影響因素進行優化，以滿足再熱汽溫的要求。黃島電廠通過與上海鍋爐廠聯合進行鍋爐再熱汽溫的研究，收到了較好的效果，再熱汽溫經過優化方式，前后升高了約10，主要采取措施有：1）鍋爐低負荷（約50%BMCR）經濟運行方式優選為：a）投用CDEF（BCDE）四臺磨，盡量不運行A磨；b）省煤器出口氧量設定在6%-6.5%；c）水煤比設定在6.9-7（310MW）；d）風箱/爐膛壓差設定在700-800Pae）二次風門開度設定：BC層直吹二次風開度設定在80%，運行磨周界風開度約50-60%，偏置風開度約10%，CCOFA開度設定在100%，SOFA-開度設定在80%，其余SOFA全關，B磨以下風門全關；f）燃燒器擺角向上至最大30°2）調整吹灰方式，在爐膛沾污少的情況下盡可能少投爐膛吹灰，減少過熱器吹灰，保證再熱器吹灰（長吹）。規定：爐膛吹灰原則上每周全吹一次，白班進行，為提高低負荷時再熱汽溫，長吹在前夜班進行。3）進行設備改造，消除故障。原鍋爐廠配四角噴燃器、燃燼風噴嘴調節拉桿軸套為石墨材質的軸套，過熱后導致拉桿軸轉動卡澀，通過機組大修已經將