630 MW机组“W”型锅炉深度调峰过程燃烧恶化分析及稳燃措施

0引言

随着我国新能源的快速发展,降低碳排放的 目标推进,光伏、风电容量占比不断增加,电力市场主导地位不断发生变化。 在这一背景下,火电机组面临多方面挑战,在运行中需要上能顶峰带负荷,下能深调参与市场辅助,快速适应市场变化和需求,这就对设备维护和运行调整提出了更高要求。 对于火电机组,在抢发电量的同时,调峰深度也决定了辅助收益,但也进一步增加了锅炉燃烧的安全风险,因此对锅炉稳燃方面的研究至关重要。

1 设备概况

某电厂630 MW超临界机组锅炉采用北京巴布科克威尔克斯有限公司生产的超临界参数、垂直炉膛、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、全钢构架、 露天布置的“W”火焰型炉,锅炉型号:B&WB—1950/

25.4—M。 配备A、B、C、D、E、F六套双进双出钢球磨正压直吹式制粉系统,其中B、E磨各配置一套等离子稳燃装置,8个等离子发生器对应B、E磨8个燃烧器。

燃烧设备采用双拱绝热炉膛、浓缩型低NOx双调风旋流燃烧器,燃烧器平行对称布置于炉膛下部的炉拱上,前、后各12只,共24只;在燃烧器下部,与燃烧器相对应,前后墙各布置12个乏气喷口,共24只;与煤粉燃烧器对应同时配置了24只点火油枪;每个燃烧器下部均设有分级风管,每个分级风管分成2个支管(即喷口),每台锅炉共有48个分级风喷口,前后墙各24个。炉型与燃烧器及配风布置情况如图1所示。

2“W”型火焰锅炉的燃烧特性及深调主要风险点

2.1“W”型火焰锅炉的燃烧特性及现状

“W”型火焰锅炉由下部炉膛(燃烧室)和上部炉膛(燃烬室)组成,一般下部炉膛的深度比上部炉膛大80%~120%,燃料燃烧过程基本上是在下炉膛完成(75%以上),上部炉膛主要是冷却烟气用。上、下炉膛之间有一缩腰,可减少上部炉膛水冷壁对着火和燃烧区的辐射吸热,有利于提高着火区的温度,创造更好的着火条件。同时由于“W”型火焰的形成,火 焰下冲使煤粉在炉膛内的燃烧行程增加,着火距离长,更有利于煤粉的燃烬,燃烧稳定性显著增加。 对于低挥发分的贫煤和无烟煤等劣质煤种,可使其表现出较好的燃烧特性。

但实际运行中入炉煤种掺配等情况往往会造成入炉煤与设计煤种偏离,煤质的多变使得配风及燃烧调整等方面难以与之匹配,导致燃烧调整中仍存在燃烧稳定性差、结焦严重、飞灰含碳量高、排烟损失大、污染物排放量增加等问题。

2.2“W”型*焰锅炉深度调峰主要风险点

2.2.1锅炉灭火

锅炉深度调峰过程中,抗干扰能力差,锅炉漏风、给煤机断煤等扰动对锅炉燃烧影响较大;低负荷下煤粉着火困难、着火点后移,将使燃烧稳定性下降^[1]。除采取配风调整、煤粉细度控制、等离子稳燃技术及其他稳燃措施外,配煤的准确性和稳定性与深度调峰过程中锅炉的运行安全性直接相关。煤种的掺配方案需要紧跟负荷的变化,做好负荷预测,满足高负荷需求和深调的稳燃需求。锅炉深调工况下需要提高入炉煤挥发分,保证煤粉着火及燃烧稳定性;同时适当降低入炉煤热值,利于低负荷下磨煤机出力控制,从而保证锅炉热负荷均匀分布,防止出现锅炉燃烧恶化、灭火等风险。

2.2.2水动力不足

低负荷下锅炉给水流量大幅下降,给水泵出力较小,630 MW机组深调至30%负荷工况下,锅炉已介于干湿态转换的临界点。此时,锅炉给水流量接近最小流量,水冷壁温及温差显著升高,水动力不足。如果出现给水流量波动或燃烧扰动情况,极易发生受热面大面积超温、应力撕裂导致爆管事故。

2.2.3水冲击

30%负荷深调工况下,锅炉介于干湿态转换的临界点,在燃烧正常调整和扰动中极易发生干湿态频繁切换,对锅炉承压部件产生交替的应力损坏。同时深调工况下煤水比容易失衡,若燃烧大幅减弱或给水流量过大会导致汽温大幅下降,造成汽轮机水冲击。

2.2.4锅炉承压部件应力损坏

锅炉正常启停及变负荷过程中,锅炉本体会发生不同程度的膨胀变形,其变形程度随变负荷的幅度大小和速率而不同。当变形过大导致局部膨胀受阻时,会对锅炉承压部件产生较大应力作用,造成承压部件损坏、受热面变形拉裂等情况。同时锅炉深调至低负荷时,受热负荷分布不均、水动力不足的影响,锅炉受热偏差及水冷壁温偏差也会产生较大应力,造成水冷壁拉裂损坏。

3“W”型*焰锅炉深度调峰过程中燃烧恶化现象及处理分析

3.1发生燃烧恶化后的现象

该电厂630MW机组深度调峰至200MW,协调在机跟随方式,A、B、E三台磨煤机运行,炉水泵运行,主汽压10.8Mpa,蒸发量590 t/h,给水流量737 t/h,氧量6.6%,汽水分离器贮水箱水位11.8 m,一次风压8.8 kpa。炉侧主汽温559℃/562℃ ,再热汽温558℃/557℃ ,机组运行工况稳定。

此时,B1给煤机发生断煤,B2、E4煤火检相继失去,炉膛负压无异常波动,氧量突升至7.3%,主汽压下降0.2 Mpa,幅度较小,一次风压稳定,分离器水位快速下降。炉侧A、B侧主、再热汽温同时升高,但B侧主、再热汽温快速上升幅度较大,主汽温两侧最大偏差13℃ ,再热汽温两侧最大偏差达22℃ ,过再热器壁温快速升高。从给煤机断煤扰动发生,燃烧恶化至各参数调整正常,过程持续15 min左右,其间上水冷壁屏间差、屏过出口、二过进出口、再热器壁温均出现持续超温情况,燃烧调整稳定后各参数恢复正常。

3.2处理过程分析

B1给煤机发生断煤后,监盘人员立即联系敲仓人员启动空气炮振打,恢复下煤正常。随之发现B2、E4煤火检相继失去,依次投入B、E层等离子磨油枪稳燃,B2煤火检恢复正常。

因锅炉主、再热汽温及各受热面壁温升高较快,立即增加给水流量,并调整一级、二级过热蒸汽减温水量控制主汽温;同时关小再热烟气挡板控制再热汽温,开启B侧再热蒸汽事故减温水;将主、再热汽温控制在正常范围,各受热面壁温逐步下降至正常。

但E4煤火检仍持续频闪,分离器水位下降至7 m后又快速升高至16.4 m,开启341排放阀控制水位正常。启动D磨煤机运行,E4煤火检恢复正常。逐支退B、E层油枪,燃烧稳定,调整各参数正常,恢复初始运行工况。

3.3原因分析及对应稳燃措施

此次锅炉深度调峰过程燃烧恶化情况的发生,是一次典型的给煤机断煤引起的燃烧扰动,这也是事故的主要原因。现从事件发生后锅炉各参数变化进行以下方面的分析。

3.3.1给煤机断煤

给煤机断煤为锅炉燃烧调整过程中最常见的扰动,也是锅炉深调在低负荷运行中对燃烧影响最大的因素之一。原煤仓空仓、蓬煤、原煤含水量大等原因引起的给煤机断煤,会造成磨煤机出力下降,出粉量变化,引起短时燃烧剧烈扰动。其中空仓断煤造成的返风情况,更会导致磨煤机一次风压骤降,燃烧减弱。本次燃烧扰动工况是煤仓蓬煤导致给煤机短时断煤引起的,因锅炉负荷较低,给煤机断煤后磨煤机两侧出粉量形成较大偏差,造成局部热负荷减弱,燃烧瞬间恶化。因此,在日常锅炉配煤掺烧工作中,应充分考虑机组负荷变化,掺配煤种要根据负荷情况及时调整,保证入炉煤水分、挥发分、热值、可磨性系数在可控范围,在满足磨煤机出力要求的同时,保证煤粉着火、燃烬,确保锅炉燃烧安全。

3.3.2煤火检失去

本次燃烧恶化过程中两只煤火检相继失去,由给煤机断煤引起,使锅炉燃烧失稳。局部燃烧恶化,伴随氧量突升、主汽压下降等,均表现出燃烧恶化的典型特征。虽然炉膛负压无大幅波动,但锅炉燃烧明显减弱。此时,运行人员发现异常及时采取投油稳燃操作尤为重要,即优先保证锅炉燃烧,防止燃烧持续恶化导致锅炉灭火。

3.3.3汽温偏差及壁温超限

主、再热汽温突升原因为锅炉燃烧恶化后,火焰中心后移,辐射换热减少,对流换热增加,且投油稳燃后燃料增加。而主、再热汽温偏差增大,原因为燃烧局部减弱,造成锅炉两侧火焰大幅偏移。锅炉燃烧的剧烈变化,导致汽温突变,同时引起各受热面壁温超限。在汽温及受热面壁温整体升高且超限情况下,优先考虑增加锅炉给水量,并增加炉水泵循环流量,避免持续超温对金属材质产生不可逆损坏,防止偏差大水冷壁拉裂^[2]、超温严重锅炉爆管等后果。

3.3.4磨煤机运行方式

该电厂配备6台双进双出钢球磨煤机,对应的24只燃烧器平行对称布置于炉膛下部的炉拱上,前后各12只。燃烧器分布情况如图2所示。

由图2可以看出,当磨煤机运行方式为A、B、E三台磨时,燃烧器的分布虽然较为对称,但锅炉左后及右前燃烧室均为单只燃烧器,抗干扰能力差。当出现断煤或其他扰动时,很容易引起燃烧偏移、局部燃烧减弱。超临界锅炉炉膛宽度、深度都较大,热负荷分布分散。在燃烧调整时,要保证锅炉热负荷集中且均匀分布,才能有效保证燃烧稳定^[3]。

本次处理过程中,在发生锅炉燃烧不稳情况时及时改变磨煤机运行方式,改善燃烧,启动D磨煤机后燃烧好转至稳定。但深度调峰过程中四台磨煤机较三台磨煤机运行,降负荷调整难度加大,也对磨煤机出力调整和配煤热值控制提出了更高要求。

3.3.5一次风压控制

从本次燃烧扰动恶化前的稳定工况看,一次风压维持在8.8 kpa,风压接近磨煤机出力上限。深调工况下,一次风压过高会导致“W”火焰下冲严重,风速过高,燃烧器脱火;同时风粉比例增加,煤粉浓度降低,不利于煤粉着火和稳定燃烧,这也是造成锅炉燃烧不稳的原因之一。因此,深度调峰时对磨煤机的出力控制应保留相对余量,在合理范围内调整一次风压,使锅炉燃烧维持在最佳状态^[4]。

4结束语

通过对“W”型火焰锅炉深度调峰过程燃烧恶化 的分析可以看出,“W”型火焰锅炉深调时具有其燃烧特殊性。而随着现在大型燃煤机组深调的常态化,更深度的调峰决定了燃煤机组发展的必然命运。据不完全统计, 目前我国已投运和在建的“W”型火焰锅炉已达130台左右,但针对“W”型火焰锅炉深度调峰稳燃方面的研究,可指导性措施还不完善, 目前深调至20%BMCR负荷还面临一定挑战。本文对一次锅炉燃烧恶化工况进行了全面分析,并提出了相应的调整及稳燃措施,为大容量“W”型火焰锅炉未来进一步极深度调峰积累了经验,提供了参考。

[参考文献]

[1] 王科.“W”型火焰锅炉燃烧优化与氮氧化物控制研究[D].武汉:华中科技大学,2018.

[2]黄晓刚,陈文,曾俊.超临界W锅炉启动阶段水冷壁壁温特性分析[J].应用能源技术,2021(7):46-50.

[3]杨仕强.新电力市场环境下火力发电厂运行技术的创新实践—600 MW超临界“W”火焰锅炉燃煤机组深度调峰技术研究与应用 [C]//2017火电灵活性与智慧热电技术研讨会论文集,2017:361-367.

[4]黄伟,杨剑峰,谢国鸿,等.大型W火焰锅炉灭火原因分析及对策[J].电力建设,2010,31(2):77-80.

《机电信息》2025年第12期第6篇