600 MW高水分褐煤鍋爐變負(fù)荷特性試驗(yàn)

張清峰曹紅加李俊忠2，問(wèn)樹(shù)榮2（華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，北京100045；2.內(nèi)蒙古上都發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古正藍(lán)旗027200）爐膛斷面熱負(fù)荷。該類(lèi)型的褐煤鍋爐變負(fù)荷速率低于普通煙煤鍋爐。進(jìn)行了一次風(fēng)壓、燃燒器負(fù)荷分配、二次風(fēng)配風(fēng)調(diào)整等對(duì)鍋爐變負(fù)荷影響的試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：在機(jī)組需要快速升負(fù)荷時(shí)，先提高一次風(fēng)壓，然后增加給煤量可以提高鍋爐的升負(fù)荷速率。如果鍋爐的氧量偏差不大，可以短期內(nèi)不增加送風(fēng)量。適當(dāng)優(yōu)先增加上層燃燒器的給煤量，可以提高鍋爐的升負(fù)荷速率。機(jī)組協(xié)調(diào)投運(yùn)時(shí)，負(fù)荷變化率最大不超過(guò)5 0前言我國(guó)褐煤鍋爐機(jī)組的起步較晚、目前已經(jīng)投產(chǎn)的褐煤機(jī)組主要有：元寶山電廠（一期引進(jìn)1X300MW，二期引進(jìn)1X500MW，三期國(guó)產(chǎn)1X600MW），伊敏電廠（一期引進(jìn)2X500MW），富拉爾電廠（國(guó)產(chǎn)6X200MW），通遼電廠（4X200MW），以及最近投產(chǎn)的上都發(fā)電公司（4X600MW），初步形成一定規(guī)模。

　　內(nèi)蒙古上都發(fā)電有限責(zé)任公司為4X600MW汽輪發(fā)電機(jī)組，鍋爐為某公司生產(chǎn)的亞臨界壓力、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、控制循環(huán)汽包鍋爐；其型號(hào)為HG― 2070/17.5―HM8，鍋爐整體采用n型布置，為全鋼構(gòu)架懸吊緊身全封閉結(jié)構(gòu)。爐膛尺寸為20.193X20.052X78.26m，水冷壁尺寸為辦51X6.5mm，共1228根。爐膛容積熱負(fù)荷60.2kW/ms，爐膛斷面熱負(fù)荷3.907MW/m2.鍋爐設(shè)計(jì)燃用錫林浩特勝利煤田一號(hào)露天礦褐煤，爐膛燃燒方式為正壓直吹四角切圓燃燒，采用直流水平濃淡擺動(dòng)式燃燒器。制粉系統(tǒng)配置8臺(tái)HP1103型碗速磨煤機(jī)，鍋爐燃用設(shè)計(jì)煤種滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，7臺(tái)運(yùn)行1臺(tái)備用。上都發(fā)電公司燃用煤種屬于高水分、高揮發(fā)分、低發(fā)熱量、低灰熔點(diǎn)，有強(qiáng)結(jié)渣特性的褐煤。為了防止鍋爐結(jié)渣，設(shè)計(jì)采用了較大的爐膛斷面、較高的爐膛高度，從而獲得了非常低的爐膛容積熱負(fù)荷和非常低的爐膛斷面熱負(fù)荷。

　　為了滿足煤粉制備中保證碾磨出力和干燥出力，鍋爐配置了較多臺(tái)數(shù)和較大容量大磨煤機(jī)，而且在空氣的加熱系統(tǒng)上進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，在一般鍋爐回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器后面，又增加設(shè)計(jì)了一級(jí)管式空氣預(yù)熱器，使鍋爐可以在額定負(fù)荷產(chǎn)生400°C以上的高溫?zé)犸L(fēng)，以滿足該煤種干燥的需要。這雖然滿足了煤種的需要，但使得系統(tǒng)復(fù)雜了，在變負(fù)荷過(guò)程中，需要更長(zhǎng)時(shí)間來(lái)達(dá)到熱平衡。

　　該鍋爐設(shè)計(jì)燃用錫林浩特勝利煤田一號(hào)露天礦5層和6層混煤，設(shè)計(jì)煤種和校核煤種收到基低位發(fā)熱量分別為14 400k/kg，設(shè)計(jì)和校核煤種的全水分在30%左右，由于設(shè)計(jì)煤種發(fā)熱量非常低，只有優(yōu)質(zhì)煙煤發(fā)熱量的一半，而且水分含量非常高，是煙煤的2倍以上。由于人爐煤發(fā)熱量很低，而且為了防止鍋爐結(jié)渣，控制爐膛出口溫度，所以該鍋爐爐膛溫度較一般鍋爐低，爐膛出口煙溫為1150C1 1燃用煤種分析試驗(yàn)時(shí)鍋爐燃用煤質(zhì)分析見(jiàn)表1.表1實(shí)際煤種的煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)值褐煤的揮發(fā)分含量較高，達(dá)到40.6%.揮發(fā)分燃燒產(chǎn)生的熱量多少，取決于原煤揮發(fā)分的數(shù)量與揮發(fā)分的熱值。如果原煤的揮發(fā)分多，揮發(fā)分的熱值也高，則揮發(fā)分燃燒產(chǎn)生的熱量就高，容易達(dá)到焦炭的著火溫度，使焦碳著火提前，更容易燃盡。同時(shí)褐煤的全水分含量極高，接近40%，過(guò)高的水分需要更高的磨煤機(jī)人口溫度及一次風(fēng)量來(lái)保證磨煤機(jī)的干燥出力。褐煤的灰分并不高，為10.79%.灰分增加會(huì)使火焰溫度下降。煤的理論燃燒溫度愈低，引起溫度下降的幅度愈大。高灰分使著火推遲，燃燒溫度下降，穩(wěn)定性下降。灰分增加會(huì)使燃燼度變差。受熱面的沾污和磨損愈嚴(yán)重，沾污常引起結(jié)渣及過(guò)熱器超溫而影響安全運(yùn)行。收到基的低位發(fā)熱量較低，為13. 26M/kg，低于設(shè)計(jì)煤質(zhì)的發(fā)熱量，因此該褐煤進(jìn)人爐膛后會(huì)使理論燃燒溫度下降而投人鍋爐更多的煤，以維持鍋爐的蒸發(fā)量及爐膛出口煙溫下降對(duì)對(duì)流受熱面帶來(lái)的吸熱不足。

　　2鍋爐變負(fù)荷的重要性目前，我國(guó)電網(wǎng)公司對(duì)于600MW機(jī)組一般要求投人AGC應(yīng)達(dá)到12MW/min的負(fù)荷變化速率，以適應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度的要求。我國(guó)已經(jīng)投運(yùn)的600MW普通煙煤鍋爐變負(fù)荷速率基本都能滿足電網(wǎng)調(diào)度的要求，而從上都電廠目前運(yùn)行的實(shí)際情況來(lái)看，對(duì)于這種帶中速磨燃用高水分褐煤的鍋爐，難以滿足電網(wǎng)公司調(diào)度的要求。因此，對(duì)高水分褐煤鍋爐的變負(fù)荷特性進(jìn)行試驗(yàn)，確定該類(lèi)型煤種鍋爐的變負(fù)荷能力，為該類(lèi)型煤種鍋爐機(jī)組的調(diào)度提供依據(jù)，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

　　3褐煤鍋爐變負(fù)荷試驗(yàn)由于褐煤的高水分低發(fā)熱量的特性，鍋爐升降負(fù)荷與普通煙煤鍋爐的差異很大。從鍋爐側(cè)來(lái)看，影響機(jī)組變負(fù)荷的主要有一次風(fēng)壓、燃燒器負(fù)荷分配、二次風(fēng)配風(fēng)調(diào)整等。進(jìn)行鍋爐變負(fù)荷試驗(yàn)的目的是全面試驗(yàn)鍋爐變負(fù)荷情況，得出一次風(fēng)壓、二次風(fēng)量、二次風(fēng)配風(fēng)方式以及燃燒器負(fù)荷分配等的調(diào)整與鍋爐變負(fù)荷特性之間的關(guān)聯(lián)，得出提高鍋爐變負(fù)荷能力的運(yùn)行調(diào)整方法。

　　試驗(yàn)分8個(gè)工況進(jìn)行，如表2所示。

　　表2鍋爐變負(fù)荷試驗(yàn)工況工況1鍋爐正常升負(fù)荷汽輪機(jī)閥位開(kāi)度、真空保持不變，投運(yùn)各磨煤機(jī)均增加給煤量，二次風(fēng)量、配風(fēng)方式不變，一次風(fēng)壓隨負(fù)荷自動(dòng)調(diào)整。

　　汽輪機(jī)閥位開(kāi)度、真空保持不變，先提高一次風(fēng)母管壓力1.0kPa，投運(yùn)各磨煤工況2一次風(fēng)壓先調(diào)整升負(fù)荷機(jī)均增加給煤量，二次風(fēng)量、配風(fēng)方式不變，一次風(fēng)壓隨負(fù)荷維持1.0kPa正偏置自動(dòng)調(diào)整。

　　工況3增大下層燃燒器給煤升負(fù)荷汽輪機(jī)閥位開(kāi)度、真空保持不變，主要增加下層磨煤機(jī)給煤量，二次風(fēng)量、配風(fēng)方式不變，一次風(fēng)壓隨負(fù)荷自動(dòng)調(diào)整。

　　工況4增大上層燃燒器給煤量汽輪機(jī)閥位開(kāi)度、真空保持不變，主要增加上層磨煤機(jī)給煤量，二次風(fēng)量、配風(fēng)方式不變，一次風(fēng)壓隨負(fù)荷自動(dòng)調(diào)整。

　　汽輪機(jī)閥位開(kāi)度、真空保持不變，投運(yùn)各磨煤機(jī)均增加給煤量，二次風(fēng)量、配工況5增大上層二次風(fēng)量升負(fù)荷風(fēng)方式不變，一次風(fēng)壓隨負(fù)荷自動(dòng)調(diào)整。與工況1相比，試驗(yàn)前增大上層二次風(fēng)量。

　　工況6二次風(fēng)量調(diào)整升負(fù)荷汽輪機(jī)閥位開(kāi)度、真空保持不變，投運(yùn)各磨煤機(jī)均增加給煤量，配風(fēng)方式不變，一次風(fēng)壓隨負(fù)荷自動(dòng)調(diào)整。試驗(yàn)前增大二次風(fēng)量，然后增加給煤量。

　　工況7一次風(fēng)壓先調(diào)整并開(kāi)大汽輪機(jī)閥位升負(fù)荷試驗(yàn)前先提高一次風(fēng)母管壓力1.0kPa，投運(yùn)各磨煤機(jī)均增加給煤量，二次風(fēng)量、配風(fēng)方式不變，一次風(fēng)壓隨負(fù)荷維持1.0kPa正偏置自動(dòng)調(diào)整。試驗(yàn)期間主蒸汽壓力升高時(shí)適當(dāng)開(kāi)大汽輪機(jī)閥位開(kāi)度，基本穩(wěn)定主蒸汽壓力。

　　工況1鍋爐正常升負(fù)荷工況2一次風(fēng)壓先調(diào)整升負(fù)荷表3鍋爐變負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果工況3增大下層燃燒器給煤升負(fù)荷工況4增大上層燃燒器給煤量工況5增大上層二次風(fēng)量升負(fù)荷工況6二次風(fēng)量調(diào)整升負(fù)荷工況7并開(kāi)大汽輪機(jī)一次風(fēng)壓自動(dòng)隨機(jī)組負(fù)荷調(diào)整、二次風(fēng)量基本維持不變、各燃燒器均增加給煤量，各燃燒器均等配風(fēng)、上兩層燃盡風(fēng)（OFA）開(kāi)度為10%，增加給煤量24t.由于。褐煤的高水分特性，燃料進(jìn)人鍋爐后大量吸收熱量，鍋爐主蒸汽壓力略有降低，20 s后主蒸汽壓力開(kāi)始升高。15min內(nèi)，機(jī)組負(fù)荷從403.9MW上升到430.0MW，主蒸汽和再熱蒸汽溫度控制穩(wěn)定，主汽壓力從15.組每升高10MW負(fù)荷需要給煤量為8t.鍋爐的變負(fù)荷速率為：。74MW/min.在升負(fù)荷前，先將一次風(fēng)母管風(fēng)壓提高1.0kPa（即一次風(fēng)機(jī)自動(dòng)偏置上設(shè)1. 0kPa）、二次風(fēng)量基本維持不變、各燃燒器均增加給煤量，各燃燒器均等配風(fēng)、上兩層燃盡風(fēng)（OFA）開(kāi)度為10%，增加給煤量24t.從開(kāi)始增加給煤量開(kāi)始計(jì)時(shí)，1 min內(nèi)增加給煤量24t，6min內(nèi)，機(jī)組負(fù)荷從369.6MW上升到390.3MW，主蒸汽和再熱蒸汽溫度控制穩(wěn)定，主汽壓力從13.44MPa上升到13.97MPa.鍋爐的變負(fù)荷速率為329MW/min.一次風(fēng)壓自動(dòng)隨機(jī)組負(fù)荷調(diào)整、二次風(fēng)量基本維持不變、各燃燒器均等配風(fēng)，下層3臺(tái)磨煤機(jī)共增加給煤量18t.從開(kāi)始增加給煤量開(kāi)始計(jì)時(shí)，1 min內(nèi)增加給煤0.73量18113min內(nèi)，機(jī)組負(fù)荷從438.6MW上升到448.1MW，主蒸汽和再熱蒸汽溫度控制穩(wěn)定，主汽壓力從15. 71MPa.鍋爐的變負(fù)荷速率一次風(fēng)壓自動(dòng)隨機(jī)組負(fù)荷調(diào)整、二次風(fēng)量基本維持不變、各燃燒器均等配風(fēng)，上層3臺(tái)磨煤機(jī)增加給煤量18t.從開(kāi)始增加給煤量開(kāi)始計(jì)時(shí)，1min內(nèi)增加給煤量1.2418t，19min內(nèi)，機(jī)組負(fù)荷從453.1MW上升到477.1MW，主蒸汽和再熱蒸汽溫度控制穩(wěn)定，主汽壓力從15.07MPa上升到15.87MPa.鍋爐的變負(fù)荷速率為：一次風(fēng)壓自動(dòng)隨機(jī)組負(fù)荷調(diào)整、二次風(fēng)量基本維持不變、各燃燒器均等配風(fēng)、上兩層燃盡風(fēng)（OFA）開(kāi)度為80%，各磨煤機(jī)均增加給煤，總增加給煤量24t.從開(kāi)2.77始增加給煤量開(kāi)始計(jì)時(shí)，1min內(nèi)增加給煤量24t，12min內(nèi)，機(jī)組負(fù)荷從409.1MW上升到444. 9MW，主蒸汽和再熱蒸汽溫度控制穩(wěn)定，主汽壓力從13. 53MPa上升到14.51MPa.鍋爐的變負(fù)荷速率為：2.77MW/min.一次風(fēng)壓自動(dòng)隨機(jī)組負(fù)荷調(diào)整、各燃燒器均等配風(fēng)、上兩層燃盡風(fēng)（OFA）開(kāi)度為80%，各磨煤機(jī)均增加給煤，總增加給煤量24t，在增加給煤量前先增加二次風(fēng)量200kNm3/h.從開(kāi)始增加給煤量開(kāi)始計(jì)時(shí)，1min內(nèi)增加給煤量24t，14min內(nèi)，機(jī)組負(fù)荷從489. 1MW上升到496.9MW，主蒸汽和再熱蒸汽溫度控制穩(wěn)定，主汽壓力從15.65MPa上升到16.05MPa.鍋爐的變負(fù)荷速率為：0.在變負(fù)荷前先提高一次風(fēng)壓1. 1kPa，各燃燒器均等配風(fēng)、上兩層燃盡風(fēng)（OFA）開(kāi)度為70%，各磨煤機(jī)均增加給煤，總增加給煤量24t，汽輪機(jī)閥位根據(jù)鍋爐主蒸汽壓力調(diào)整，基本穩(wěn)定鍋爐主蒸汽壓力。從開(kāi)始增加給煤量開(kāi)始計(jì)時(shí)，1min內(nèi)增加給煤量24t，5min內(nèi)，機(jī)組負(fù)荷從378.2MW上升到399.0MW，主蒸汽和再熱蒸汽溫度控制穩(wěn)定，主汽壓力從13.26MPa上升到13.47MPa.鍋爐的變負(fù)這8個(gè)工況的試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果見(jiàn)表3.由于褐煤的高水分特性，同時(shí)考慮褐煤中速磨制粉系統(tǒng)防爆的要求，磨煤機(jī)出口煤粉的溫度一般維持在60°C65°C左右，進(jìn)人鍋爐的煤粉含有大量水分，一般為18%22%，且隨著磨煤機(jī)出口溫度的降低增大，煤粉進(jìn)人爐膛后由于水分的氣化升溫吸收熱量，導(dǎo)致褐煤鍋爐機(jī)組的變負(fù)荷速率大大低于普通煙煤鍋爐。在汽輪機(jī)閥位保持不變的情況下，鍋爐正常升負(fù)荷速率為1. 74MW/min.如果在升負(fù)荷前先提高一次風(fēng)壓1.0kPa，鍋爐升負(fù)荷速率為3.29MW/min；在先提高一次風(fēng)壓1.0kPa（即提高瞬時(shí)一次風(fēng)量，改善一次風(fēng)系統(tǒng)的傳熱以提高一次風(fēng)系統(tǒng)磨煤機(jī)的干燥出力），同時(shí)適當(dāng)調(diào)整（開(kāi)大）汽輪機(jī)的閥位以維持主蒸汽壓力基本不變，鍋爐升負(fù)荷速率為4.09MW/min.增大上層燃燒器給煤量時(shí)鍋爐升負(fù)荷速率為1.24MW/min，增大下層燃燒器給煤量時(shí)鍋爐升負(fù)荷速率為0.73MW/min.相對(duì)而言，增大上層燃燒器時(shí)，鍋爐的升負(fù)荷速率更快。在升負(fù)荷前，如果先增大送風(fēng)量，則鍋爐升負(fù)荷速率為0.55MW/min.由于更多的送風(fēng)進(jìn)人爐膛帶走熱量，鍋爐的升負(fù)荷速率更低。

　　隨著機(jī)組負(fù)荷的升高，鍋爐的變負(fù)荷速率減小。這是因?yàn)闄C(jī)組負(fù)荷較高時(shí)，磨煤機(jī)人口的熱風(fēng)擋板已經(jīng)全開(kāi)，冷風(fēng)擋板已經(jīng)全關(guān)，磨煤機(jī)出口溫度隨著給煤量的增加降低，進(jìn)人爐膛的煤粉水分增大，大量的水分進(jìn)人爐膛升溫，需要吸收更多的熱量，煤粉的著火熱更大，會(huì)減小鍋爐的變負(fù)荷速率。

　　在機(jī)組需要快速升負(fù)荷時(shí)，先提高一次風(fēng)壓，即一次風(fēng)量，提高一次風(fēng)瞬時(shí)干燥出力，然后增加給煤量，增加進(jìn)人爐膛的煤粉量，另一方面可以維持或者提高磨煤機(jī)出口溫度，避免磨煤機(jī)出口煤粉水分的增大，減少煤粉中水分進(jìn)人爐膛的吸熱。先提高一次風(fēng)壓，可以增大鍋爐的升負(fù)荷速率。此外，如果鍋爐的氧量合適，可以短期內(nèi)不增加送風(fēng)量。適當(dāng)優(yōu)先增加上層燃燒器的給煤量。這樣可以提高鍋爐的升負(fù)荷速率。

　　同樣的道理，在機(jī)組需要快速減負(fù)荷時(shí)，先降低一次風(fēng)壓，然后減少給煤量。適當(dāng)增加二次風(fēng)量，優(yōu)先減少上層燃燒器的給煤量。這樣可以提高鍋爐的降負(fù)荷速率。

　　在冬季寒冷季節(jié)，由于環(huán)境溫度低，500MW以上負(fù)荷時(shí)，為了提高磨煤機(jī)的干燥出力，維持磨煤機(jī)出口溫度60°C以上，需要維持較大的一次風(fēng)量，此時(shí)一次風(fēng)機(jī)出力已基本達(dá)到額定，因此利用一次風(fēng)壓調(diào)節(jié)來(lái)提高鍋爐變負(fù)荷的手段基本難以實(shí)現(xiàn)。

　　根據(jù)升負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，建議機(jī)組協(xié)調(diào)投運(yùn)時(shí)，負(fù)荷變化率最大不超過(guò)56MW/min.且升負(fù)荷前先提高一次風(fēng)壓，降負(fù)荷時(shí)先降低一次風(fēng)壓。

　　4結(jié)論由于褐煤的揮發(fā)分很高，考慮到制粉防爆的要求，中速磨煤機(jī)的出口溫度一般為60C65C，并且此要求很?chē)?yán)格，這樣就客觀上造成磨煤機(jī)變負(fù)荷能力低。

　　由于一次風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，冷風(fēng)門(mén)擋板為重點(diǎn)，一次風(fēng)干燥出力沒(méi)有等量造成磨機(jī)系統(tǒng)，給煤量變化能力低。

　　通過(guò)鍋爐的變負(fù)荷試驗(yàn)，可以得出如下結(jié)論：在機(jī)組需要快速升負(fù)荷時(shí)，先提高一次風(fēng)壓，然后增加給煤量可以提高鍋爐的升負(fù)荷速率。如果鍋爐的氧量基本合適，可以短期內(nèi)不增加送風(fēng)量。適當(dāng)優(yōu)先增加上層燃燒器的給煤量。

　　這樣可以提高鍋爐的升負(fù)荷速率。建議機(jī)組協(xié)調(diào)投運(yùn)時(shí)，負(fù)荷變化率最大不超過(guò)56MW/mn.且升負(fù)荷前先提高一次風(fēng)壓，降負(fù)荷時(shí)先降低一次風(fēng)壓。