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2.2 锅炉整体结构
锅炉汽水系统示意图如图1所示,锅炉本体由三部分组成:第一部分为主循环回路,包括炉膛、回料器、冷却旋风分离器、高温过热器、中温过热器、屏式再热器等;第二部分布置尾部烟道,包括中温过热器、低温再热器、低温过热器和省煤器;第三部分是空气预热器。
该系统的水冷壁采用低质量流量全焊接垂直升膜管板,炉膛采用光滑管(中间隔墙采用内螺纹管)。炉体下部设有单个配风板,配风板上方为水冷风室,水冷风室周围有水冷壁管。该炉还配有6个屏式再热器管屏、12个屏式过热器和5个水冷隔板。燃料从熔炉前面的给煤口输送到熔炉。炉后壁设六个鼓式冷渣器。炉后壁钢架内设三台冷却旋风分离器,每台旋风分离器下设一台回料机。回程给料机分为两种结构。每个旋风分离器分离的物料通过两个回流管直接返回炉膛。在汽冷包墙包覆的尾部烟道内设置了中隔墙包覆过热器,将后烟井分隔成前后两个烟道,前烟道布置低温再热器,后烟道布置中温过热器和低温过热器。省煤器布置在前后烟道合并后的竖井区域,空气预热器是管式空气预热器,一二次风道分开布置,沿炉膛宽度方向双进双出。
一次风机、二次风机、引风机均设置两台50%容量(变频调节)双吸入离心式送风机,三台多级离心式高压流化风机并联布置,每台容量为50%。正常情况下,两台使用,一台备用。锅炉启动系统由启动分离器、储水箱、水位控制阀、常压闪蒸罐、疏水泵等组成,当负荷大于最小直流负荷后,该系统的直流运行一次上升,启动分离器入口有一定程度的过热。
2.3 主要指标完成情况
山西河坡发电有限责任公司2#发电机组2019年4月21日至2020年3月17日安全稳定运行,运行时间为7925.7h。运行期间,该机组的污染物排放实施全程超低排放控制,符合《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223—2011)要求,表2为发电机组主要指标完成情况。
3 关键技术应用
3.1 低床压优化运行控制
山西河坡发电有限责任公司超临界循环流化床机组燃用煤种为当地无烟煤,由于无烟煤挥发分较低等原因,低床压运行较燃用烟煤、褐煤较难实现,其对燃煤粒径、有效床料控制等方面的要求更高。目前提高床料质量,降低床存量的手段主要为改进分离器分离效率、改进物料回送装置流动特性、控制燃料粒度等。对于已经建成的循环流化床锅炉,如果在改进分离器分离效率等方面开展低床压运行工作,投资大且存在改进失败的风险。
山西河坡发电有限责任公司在不增加设备改造费用的前提下,基于流态重构理论基础,摸索出了锅炉炉膛内物料运动的一些规律,通过对排渣方式进行优化选择,减少密相区无效床料数量的同时保证有效床料不减少、锅炉性能不降低。如图2所示,风室风压由10.22kPa,逐步降至8.44kPa,炉膛差压数值保持基本不变。由图3可得某测量工况,以前的运行方式下,风室即时压力为12.30kPa、12.63kPa,低床压运行方式时,风室即时压力为9.72kPa、9.89kPa。在保证有效床存量的基础上,适当降低床层压力仍可保持大部分颗粒处于能参与循环的范围内;同时,该方式可以降低颗粒终端速度,从而降低磨损率,锅炉受热面磨损得到极大的改善,为锅炉实现长周期运行奠定了扎实的基础。
如表3所示,现场研究发现锅炉每个排渣口排出的渣块粒径分布是不一样的,锅炉两边的排渣口排渣颗粒偏大,中间排渣口排渣颗粒偏细。根据这一规律制定了锅炉排渣方式,即加大锅炉炉膛左、右两端的排渣能力,减少锅炉炉膛中部的排渣能力,通过选择性排渣,实现了循环流化床锅炉床料质量和数量的优化。在保证锅炉参数正常、性能不受影响的情况下,低床压运行的实施,降低了风室压力,在该试验工况下一次风机功率降低223kW,一次风机节电比例17%。
3.2 主动防磨措施
机组启动前,对锅炉水冷壁进行全面防磨检查并有针对性地采取措施。例如,在后墙标高25.4m突出较严重的安装焊口上150mm处,用浇注料加装防磨梁;对易磨损的四角水冷壁管处加浇注料防磨块;对标高25.4m安装焊口磨损严重的部位,消除凸起,辅助喷涂;针对其它部位安装焊口的凸起部分,根据磨损速度、磨损程度采取辅助喷涂等相应的措施;对尾部受热面翻转的防磨瓦全部进行调整,咬边的缺陷重新打磨后补焊等等,通过采用这些简单易行、投资极少的措施的实施,为锅炉安全运行提供了保障。
3.3 燃料粒度在线检测技术
入炉煤粒径是否合格对于循环流化床锅炉至关重要,粒径不合格会造成锅炉磨损加剧、流化不良、结焦等异常,严重的甚至会造成停炉事故。山西河坡发电有限责任公司和山西大学共同开发基于机器视觉的燃料粒度在线检测技术,该技术对入炉燃料进行粒度分析,在细碎煤机出口输煤皮带上装设光学分析装置,测量有关煤粒度分布、给煤量、平均粒径、粒级质量占比等实时和历史数据并进行超限预警。入炉煤粒径监控为机组配煤掺烧和精细化控制炉膛粒径提供了可靠保障。
4 结论
本文根据山西河坡发电有限责任公司的生产实践,结合循环流化床机组的特点,探讨了影响循环流化床机组长周期运行的因素,并提出了相应的措施,保障了机组的安全长期运行,主要结论如下:
(1)基于流态重构理论基础,低床压优化运行控制,降低颗粒终端速度可以减少有效锅炉磨损。
(2)实施主动防磨措施,加装防磨梁、防磨块可以确保锅炉受热面安全。
(3)应用燃料粒度在线检测技术消除不合格粒径燃料对锅炉的磨损,可以从源头做好锅炉长周期运行的燃料粒径保障。
(4)通过优化控制,减缓锅炉磨损,可确保锅炉主体设备长周期安全运行。
文献信息
[1]李丽锋,苗苗,孔皓等.350 MW超临界CFB锅炉长周期运行的优化与分析[J].电力学报,2022,37(02):130-136.DOI:10.13357/j.dlxb.2022.017.
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