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北极星电力网技术频道 作者:佚名 2008/1/4 17:51:54
国产600MW机组锅炉设计的改进及其燃烧特性分析
吴锦江1,杨建兴1,朱信钊1，沈小兵1，李乃钊2
(1.广东国华粤电台山发电有限公司,广东台山529228；
2.广东省电力试验研究所，广东广州510600)
摘 要：以台山发电厂第一期工程2×600MW国产机组锅炉为例，阐述了该型锅炉设计的改进及其燃烧特性，对其改进设计后投产初期的运行情况及存在问题进行了详细的分析，最后提出了该型锅炉优化燃烧的有益建议。
关键词：锅炉；优化燃烧；神华煤
Designameliorationandcombustioncharacteristicanalysison
domestic600MWunitboilers
WUJinjiang1,YANGJianxing1,ZHUXinzhao1,SHENXiaobing1,LINaizhao2
(1.GuangdongGuohuaYudeanTaishanPowerGenerationCo,Ltd.,Taishan,
Guangdong529228,China;
2.GuangdongPowerTest&ResearchInstitute,Guangzhou510600,China)
Abstract:Takingthetwo600MWdomesticunitboilersinPhaseIofTaishanPowerPlantforexample,thispaperdescribesthedesignameliorationandcombustioncharacteristicsoftheboilers,detailedlyanalyzestheoperationandexistingproblemsoftheamelioratedUnit1boilerrightaftercommissioning,andfinallymakessuggestionsoncombustionoptimizationoftheboilers.
Keywords:boiler;amelioration;combustionoptimization
广东国华粤电台山发电厂第一期工程首2台600MW国产机组，是上海锅炉厂引进ABB-CE技术制造的SG-2026/17.5-M905型锅炉，它是在总结上海吴泾第二发电厂2台亚临界、一次中间再热、平衡通风、控制循环燃煤汽包炉的设计、制造和运行的基础上，按创优、创名牌的要求进行设计改进和制造的，其中1号机组于2003年12月9日提前顺利通过168h满负荷试运后投产。
1锅炉设备简况
1.1主要参数
锅炉各项主要参数见表1。锅炉顶标高73000mm，宽度19558mm，深度16940.5mm，深宽比为1∶1.154。
1.2燃烧器及制粉系统
锅炉采用正压直吹式制粉系统，燃烧器四角布置，切向燃烧，燃烧方式为“对冲同心正反切布置”，四组燃烧器的中心线近乎对冲，假想切圆直径近于0，以控制锅炉出口的左右烟温偏差。锅炉共配置6台HP-983中速磨煤机，分别接至四角燃烧器（自上而下共六层），间隔布置七层二次风喷嘴，顶部为OFA燃尽加消旋二次风。燃烧器采用摆动结构，除OFA层单独摆动外，其余喷嘴连在一起成为摆动系统。
设计的一次风风速为24m/s，风率为19.8，风温为77℃；二次风速为54m/s，风率为80.2，风温为321℃;空气预热器出口烟温为132℃，二次风燃烧器阻力为1.10kPa,过量空气系数为1.2，锅炉燃料消耗量为230.90t/h。炉膛断面热负荷为4679.51kW/m2，炉膛体积热负荷为87.63kW/m3。炉膛局部最大热负荷标高在33.36m，最大值为1574.4×103kJ/（h·m2）,最大平均热负荷标高在38.49m，吸热修正后的热负荷为740.8×103kJ/（h·m2），而最上层燃烧器中心线标高为34780mm。
投产前，对锅炉进行了冷态空气动力场试验，完成了一次风速测平、标定、二次风挡板特性试验和水平烟道风速分布测量，试验结果符合设计要求，最大不均匀系数为0.11。炉内无贴壁风，强、弱风区界面清晰，强风环居中，电除尘烟气流量偏差较小，总体达到了设计性能要求。
1.3锅炉燃煤特性
锅炉设计燃用100神华煤(神华活鸡兔矿2号煤)，低位发热量为24280kJ/kg，全水分（质量分数）为14.2，空气干燥基水分（质量分数）为8.64，收到基灰分（质量分数）为6.48，干燥无灰基挥发分（质量分数）为32.93。哈氏可磨系数为61。煤灰开始变形温度为1120℃，开始软化温度为1200℃，开始熔化温度为1230℃。煤中CaO的质量分数为26.97，Fe2O3的质量分数为14.89。为便于分析，计算出设计煤种和校核煤种的一些比较参数，见表2。
通过对表2各项特性指标的分析可知，神华煤煤种具有以下特性：属高发热量、中高挥发性、低灰分、低硫分、中高水分煤。煤种的结渣性、沾污性较强，传热特性较差。煤种的着火、燃烧稳定性及燃尽特性较好，但煤种易自燃，爆炸特性较强，煤种的磨损性较轻。
2锅炉改进设计及其特点分析
为提高锅炉的可靠性和可用率，在总结上海吴泾第二发电厂2台600MW已投产机组的基础上，对台山电厂的首2台600MW机组锅炉的设计进行了一些改进，具体可归纳成以下几方面：
a)根据设计煤种，在同类型机组设计和运行经验的基础上，并根据煤质和灰分分析资料，确定了适当的炉膛几何尺寸、容积，特别是炉膛容积热负荷、炉膛有效投影辐射受热面热负荷、炉膛断面热负荷、燃烧器区炉壁面积热负荷、炉膛出口烟气温度、后屏底烟气温度等，以防止炉膛结渣，并保证着火稳定和燃尽。
b)为防止热负荷局部集中和防结焦，炉膛断面结构尺寸选择较大。最上层燃烧器中心至分隔屏底的距离达到20130mm，使受热管屏底部的热负荷有所降低，并控制炉膛出口烟温在1032℃以下（第一期后3台机组改进设计中，炉膛出口温度控制在1000℃以下），这对防止管壁超温和降低排烟温度有利。锅炉厂设计方认为此距离已足够大，如采用过大的屏底高度和过低的炉膛出口烟温会导致汽温偏低、汽温特性变差。
c)合理选用优质管材，特别在设计末级过热器、末级再热器等受热面时，选择了足够的安全裕度，防止超温爆管和高温氧化，并在高温区域增加了T91耐热钢材料的使用比例，部分管材使用TP347H不锈钢。
d)汽水系统中采用多次混合和改进结构，减小了热偏差，在壁温计算时，考虑各种热偏差因素。采用合适的炉膛宽深比，燃烧器大切角布置，改善射流出口两侧补气条件，防止气流贴壁，形成良好的空气动力场，使出口温度场较均匀，保证炉膛出口两侧的烟温差不超过50℃
e)炉膛断面积选择合适，保证上层燃烧器至屏底之间有足够的距离，使烟气在炉膛出口前有足够的行程来减弱旋流强度。在炉膛出口设置分隔屏及后屏，减弱烟气的残余旋转动量，减小炉膛出口的左右烟气偏差和汽温偏差，使煤粉颗粒在炉内有足够的停留时间。
f)采取一次风对冲、二次风同心正反切的燃烧方式。通过模化试验，确定燃烧器上部的OFA层、顶部AB层喷嘴分别反切25°和20°，下部DE层起转二次风正切15°。合理配置正反切风的动量矩比，以减弱炉内气流的残余旋转强度,有效地控制转向室两侧的烟温偏差和避免结渣。
g)配置性能良好的燃烧器二次风门执行机构和风门挡板，实现每一层二次风和周界风四角均匀，保证炉内具有良好的速度场，使旋转动量均匀。
h)根据上海吴泾第二发电厂机组锅炉燃烧情况，同时考虑神华煤易燃、易结焦特性，对受热面管屏布置和吹灰布置等做了进一步的调整。
31号锅炉投产初期燃烧工况分析
2003年12月2日，1号锅炉开始整机满负荷试运行，顺利通过了168h试运行，并连续稳定运行至今。到目前为止，均燃用100神华煤，6台磨煤机均为同一煤种。根据负荷、主蒸汽、再热蒸汽参数和炉膛参数等自动控制调整煤量和风量，单磨出力、通风量变化、煤粉细度（R75）等经调整、测试均达到设计要求。从投产初期的情况看，锅炉主要参数能达到正常的设计指标，机组在168h满负荷试运期间，机组平均负荷为604.418MW，负荷率为100.736，热工电气仪表、保护系统、自动控制系统投入率100。分析近期运行工况，在完全不投减温水的情况下，锅炉左右两侧的主蒸汽温度偏差和再热蒸汽温度偏差不大于15℃；在投入减温水后，锅炉左右两侧汽温的温差能控制到0～3℃之内，一次汽温、二次汽温偏差可控制在0～2℃之内，这些说明锅炉设计的改进是取得成效的。但是，目前该锅炉也存在几个问题：主汽温度偏低（在分隔屏入口汽温达到设计温度395℃时，后屏过热器出口蒸汽温度经常达不到设计的出口汽温515℃，导致主蒸汽温度偏低，波动范围为525～540℃，全面吹灰时可降至520℃左右，甚至更低）；尾部排烟温度高于设计值(与上海吴泾发电厂机组投产期相近)；分隔屏处有较明显的结焦；再热器需投入的减温水量较大等不利情况。具体表现如下。
3.1炉内结焦情况
透过锅炉不同标高各层的看火孔,对炉内结焦情况进行观察。在52m层观察到炉前分隔屏式过热器(6大屏)粘有两层焦渣（最内圈绕底管处挂焦较大），2～5屏的结焦比1屏、6屏多，结焦程度属于中等并趋于严重。在46m和42m层，可隐约看到水冷壁和壁式再热器管表面有一层薄灰；因火焰亮度高，在36m层看不清水冷壁的情况；32m层、29层和26m层分别是A-B煤层、C-D煤层和E-F煤层，可观察到投煤层的着火情况，着火稳定，无发现结焦。在A-B层2号角看火孔门有焦块，但比较疏松，很容易除掉。后屏过热器的管与管间隙上可见有夹焦；底部斜坡水冷壁前后坡无堆焦，从投运至今，此处尚未发生过堵焦。炉膛折焰角上也未见有堆焦，经停炉检查后，发现有局部积灰严重的现象。
3.2炉内燃烧情况
炉内火焰亮度较高，特别是在燃烧器上部至屏底区域，炉内火焰呈亮黄色。分隔屏观焦孔能见度较好，其它地方由于火焰太亮不易看清管壁，但在四角喷燃器处可看清喷嘴燃烧情况。
3.3捞渣机的运行
捞渣机落渣细小、均匀而疏松，未发现有熔融的焦块和大焦。捞渣机载荷和水封槽温度正常。磨煤机一次风量、一次风压、磨碗差压、磨煤机入口温度、出口温度正常，煤量能自动调节，但石子煤斗在初期较易堵塞，煤块可达100mm×100mm，每隔3～4h需清理一次。
3.4吹灰情况
实际运行中，锅炉水冷壁短吹，水平烟道和后烟井长吹，基本保持每天3次全面吹灰，空气预热器吹灰3～6次，吹灰对降低排烟温度有较明显的效果，吹灰时，汽温和空气预热器入口烟温有所下降。每次吹灰前，空气预热器入口烟温最高点在415～423℃，最低点在380～386℃；吹灰后，空气预热器入口烟温最高点约408～413℃，最低点约370～375℃。
3.5二次风配风方式
0FA层的配风为100,投煤层的周界风为100，最
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