煤質(zhì)變化對(duì)機(jī)組正常出力的影響及對(duì)策

劉維祥，王恒，趙萬峰

(國電山東石橫發(fā)電廠，山東 肥城 271621)

0 引言

近年來，隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速增長和電煤需求的大幅增加，煤炭市場逐步進(jìn)入了賣方市場，煤價(jià)一路攀升，電煤供應(yīng)日趨緊張，同時(shí)煤炭質(zhì)量也大幅下降，發(fā)電用煤面臨著量少質(zhì)差的雙重壓力。為降低發(fā)電成本，各發(fā)電企業(yè)煤炭采購更加注重性價(jià)比，煤中摻配價(jià)格較低的煤泥、型煤、劣質(zhì)煙煤等，造成煤種偏離鍋爐原設(shè)計(jì)值較多，主要體現(xiàn)為煤的水分和灰分偏高。煤質(zhì)下降給機(jī)組經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行帶來很大影響，存在鍋爐熱效率下降、煤耗上升、燃燒穩(wěn)定性下降、機(jī)組帶負(fù)荷能力降低、一次風(fēng)壓系統(tǒng)波動(dòng)等問題，本文著重對(duì)提高機(jī)組帶負(fù)荷能力、預(yù)防一次風(fēng)機(jī)失速問題進(jìn)行論述。

1 煤質(zhì)變差對(duì)機(jī)組出力和一次風(fēng)系統(tǒng)的影響

國電山東石橫發(fā)電廠#1機(jī)組設(shè)計(jì)煤種工業(yè)分析數(shù)據(jù)見表1，設(shè)計(jì)全水分為10.00%，空干基灰分為24.44%。近幾年來，該廠入爐煤工業(yè)分析數(shù)據(jù)顯示:水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均達(dá)11%以上，最大為14%，空干基灰分平均為28%，實(shí)際水分和灰分均高于原設(shè)計(jì)值;額定負(fù)荷下鍋爐計(jì)算燃料量為125.5 t/h，而實(shí)際運(yùn)行中煤量大多在140.0 t/h以上。

由于煤質(zhì)變差，水分大和灰分含量大，需要的熱一次風(fēng)量增大，而熱風(fēng)調(diào)節(jié)擋板全開，冷風(fēng)調(diào)節(jié)擋板全關(guān)，造成#1鍋爐一次風(fēng)機(jī)出口壓力較高(超過8800 Pa)且波動(dòng)(波動(dòng)最大量為700 Pa)，當(dāng)動(dòng)葉開度大于80%、出口風(fēng)壓高于9 000 Pa時(shí)極易進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)域發(fā)生突然不出力。同時(shí)，為保證鍋爐穩(wěn)定燃燒，磨煤機(jī)出口溫度不能低于70℃(設(shè)計(jì)為77℃)，因此只有被迫降出力，最高出力不能超過240 MW。

表1 設(shè)計(jì)煤種工業(yè)分析數(shù)據(jù)

2 防止一次風(fēng)機(jī)失速的措施

2.1 #1鍋爐一次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓控制參考數(shù)據(jù)

根據(jù)#1鍋爐一次風(fēng)機(jī)特性曲線(如圖1所示)，風(fēng)機(jī)流量所對(duì)應(yīng)的控制出口風(fēng)壓高限值如下(考慮風(fēng)機(jī)在喘振線以下附近運(yùn)行已不太穩(wěn)定且抗干擾能力較差，此高限值低于風(fēng)機(jī)喘振臨界點(diǎn)風(fēng)壓2000 Pa左右):

(1)風(fēng)量30 m3/s，風(fēng)機(jī)喘振臨界點(diǎn)風(fēng)壓8 960 Pa，出口風(fēng)壓控制在6900 Pa以下。

(2)風(fēng)量40 m3/s，風(fēng)機(jī)喘振臨界點(diǎn)風(fēng)壓9 660 Pa，出口風(fēng)壓控制在7600 Pa以下。

(4)風(fēng)量55 m3/s，風(fēng)機(jī)喘振臨界點(diǎn)風(fēng)壓11 200 Pa，出口風(fēng)壓控制在8800 Pa以下。

(5)風(fēng)量60 m3/s，風(fēng)機(jī)喘振臨界點(diǎn)風(fēng)壓11 900 Pa，出口風(fēng)壓控制在9300 Pa以下。

(6)風(fēng)量65 m3/s，風(fēng)機(jī)喘振臨界點(diǎn)風(fēng)壓12 320 Pa，出口風(fēng)壓控制在9800 Pa以下。

(7)風(fēng)量70 m3/s，風(fēng)機(jī)喘振臨界點(diǎn)風(fēng)壓13 020 Pa，出口風(fēng)壓控制在10500 Pa以下。

圖1 #1鍋爐一次風(fēng)機(jī)風(fēng)壓及流量特性曲線(n=1470 r/min)

(8)風(fēng)量 81.2 m3/s，風(fēng)機(jī)喘振臨界點(diǎn)風(fēng)壓13720 Pa，出口風(fēng)壓控制在11000 Pa以下。

以上數(shù)據(jù)是根據(jù)#1鍋爐一次風(fēng)機(jī)風(fēng)壓及流量特性曲線得到的，由于特性曲線不是很精確，因此，以上數(shù)據(jù)存在一定的誤差。

從#1鍋爐一次風(fēng)機(jī)特性曲線可以看出，風(fēng)機(jī)流量是很重要的參數(shù)，流量不準(zhǔn)確，就無法確定風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓的正常監(jiān)視值。#1鍋爐一次風(fēng)機(jī)滿負(fù)荷時(shí)入口流量一般為50～60 m3/s，應(yīng)確保風(fēng)機(jī)入口流量顯示基本正確，才能確定出口風(fēng)壓正常控制值。

2.2 風(fēng)煙系統(tǒng)改造前采取的運(yùn)行措施

#1機(jī)組正常運(yùn)行中熱一次風(fēng)母管壓力應(yīng)為6500 Pa，一次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓不高于9000 Pa，為了避免一次風(fēng)機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)域，只有降低一次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓，提高#1鍋爐一次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓高報(bào)警值，出口風(fēng)壓達(dá)8700 Pa時(shí)報(bào)警。當(dāng)煤質(zhì)較差特別是水分偏高或機(jī)組高負(fù)荷導(dǎo)致一次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓高達(dá)報(bào)警值時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低熱一次風(fēng)母管壓力(視一次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓情況，可以在5.9～6.5 kPa調(diào)整，但最低不應(yīng)低于5.8kPa)，適當(dāng)降低磨煤機(jī)出口溫度(最低不應(yīng)低于70℃);將備用制粉系統(tǒng)的冷風(fēng)調(diào)節(jié)擋板適當(dāng)打開(此方法可以提高一次風(fēng)機(jī)的流量，對(duì)降低一次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓效果比較明顯);密切監(jiān)視一次風(fēng)機(jī)流量和出口風(fēng)壓，可參照表2的數(shù)據(jù)，根據(jù)風(fēng)機(jī)流量來確定出口風(fēng)壓的控制值。例如:風(fēng)機(jī)流量為50m3/s左右時(shí)，出口風(fēng)壓應(yīng)不高于8500Pa;風(fēng)機(jī)流量為55 m3/s左右時(shí)，出口風(fēng)壓應(yīng)不高于8 800 Pa;風(fēng)機(jī)流量為60 m3/s左右時(shí)，出口風(fēng)壓應(yīng)不高于9300 Pa;以此類推。采取以上措施后，若一次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓仍偏高，應(yīng)降低機(jī)組負(fù)荷運(yùn)行。一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉控制無特殊情況應(yīng)投自動(dòng)，如切手動(dòng)應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視和調(diào)整。

(3)及時(shí)使用抗菌藥物,以防術(shù)后發(fā)生尿路感染,導(dǎo)管、引流管、引流袋必須無菌,定時(shí)用碘伏液清洗尿道口。患者能夠進(jìn)食后,應(yīng)盡量多飲水、多排尿,達(dá)到清潔泌尿系的目的。

3 機(jī)組被迫降出力及一次風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定的原因

3.1 #1鍋爐熱一次風(fēng)量不足原因

造成#1鍋爐熱一次風(fēng)不足的主要原因是實(shí)際使用煤種與設(shè)計(jì)煤種差別很大，需要的熱一次風(fēng)量增加，原設(shè)計(jì)的一次風(fēng)溫和風(fēng)量已不能滿足現(xiàn)在煤質(zhì)的需要。在水分和灰分偏大時(shí)，磨煤機(jī)需要的熱一次風(fēng)多，冷一次風(fēng)少，經(jīng)常出現(xiàn)熱風(fēng)門全開，冷風(fēng)開度很小或全關(guān)的情況。由于熱一次風(fēng)必須經(jīng)過空氣預(yù)熱器進(jìn)行加熱，造成系統(tǒng)阻力增大，一次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓高，而熱一次風(fēng)流量提高幅度小，容易出現(xiàn)高風(fēng)壓低流量的現(xiàn)象，使風(fēng)機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)發(fā)生失速，若增大冷一次風(fēng)量則磨煤機(jī)出口溫度又超低限，故被迫降低機(jī)組出力。

表2 #1鍋爐一次風(fēng)機(jī)風(fēng)壓及空氣預(yù)熱器煙氣壓差波動(dòng)數(shù)據(jù)

3.2 風(fēng)煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的差別

比較國電山東石橫發(fā)電廠一期#1，#2機(jī)組和二期#3，#4機(jī)組一次風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)阻力:一期機(jī)組一次風(fēng)系統(tǒng)總阻力為6 531.2 Pa，二期機(jī)組為5 114.5 Pa;一期機(jī)組熱一次風(fēng)在預(yù)熱器側(cè)阻力為622.7 Pa，二期機(jī)組熱一次風(fēng)在預(yù)熱器側(cè)阻力為224.1 Pa。一期機(jī)組熱一次風(fēng)通過空氣預(yù)熱器阻力比二期機(jī)組大的主要原因是:一期機(jī)組一次風(fēng)扇形格倉角度為20°，二期機(jī)組為35°(二期機(jī)組在鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行了優(yōu)化，加大了一次風(fēng)倉的角度)，但保持一次風(fēng)倉與二次風(fēng)倉總角度150°不變(不含扇形板)。另外，國電山東石橫發(fā)電廠一期機(jī)組和二期機(jī)組空氣預(yù)熱器傳熱元件的高度也有差別，設(shè)計(jì)受熱面高度均為1778 mm，實(shí)際高度一期機(jī)組為1 473 mm，二期機(jī)組為1 676 mm，相差203 mm。從一期和二期機(jī)組一次、二次風(fēng)出口溫度的不同，可以看出設(shè)計(jì)的差別(見表3)。

表3 一次風(fēng)、二次風(fēng)出口溫度比較 ℃

經(jīng)比較，二期機(jī)組通過采取加大一次風(fēng)倉角度及增加換熱元件高度等改進(jìn)措施對(duì)風(fēng)煙系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，一次、二次風(fēng)出口溫度均比一期機(jī)組高了不少，保證了煤質(zhì)變差時(shí)一次風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和制粉系統(tǒng)的出力要求。

3.3 #1機(jī)組一次風(fēng)壓波動(dòng)大的原因分析

#1鍋爐一次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓波動(dòng)為700 Pa左右，引風(fēng)機(jī)入口風(fēng)壓波動(dòng)為200 Pa左右，送風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓波動(dòng)為200 Pa左右且呈規(guī)律性波動(dòng)，波動(dòng)周期為50～60 s。空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率試驗(yàn)結(jié)果為:A側(cè)6.3%，B側(cè)9.3%，A側(cè)熱一次風(fēng)溫比B側(cè)高10℃左右。通過以上情況，初步分析造成熱一次風(fēng)壓波動(dòng)的原因?yàn)?空氣預(yù)熱器傳熱元件存在不規(guī)則的積灰;空氣預(yù)熱器兩側(cè)漏風(fēng)率存在較大偏差，A側(cè)一次風(fēng)向B側(cè)一次風(fēng)擠壓，造成系統(tǒng)風(fēng)壓波動(dòng);空氣預(yù)熱器密封片存在脫落或損傷現(xiàn)象，造成風(fēng)壓規(guī)律性波動(dòng);2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)負(fù)荷、電流存在偏差，也影響了2個(gè)一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

#1機(jī)組停運(yùn)后檢查空氣預(yù)熱器，發(fā)現(xiàn)堵塞較嚴(yán)重且不均勻，同時(shí)，A側(cè)空氣預(yù)熱器熱端部分密封片發(fā)生倒伏損壞，當(dāng)空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到損壞密封片部位時(shí)，漏風(fēng)增大，造成一次風(fēng)壓發(fā)生周期性波動(dòng)。

4 #1鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)的改進(jìn)

通過以上分析，找到了影響一次風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性和機(jī)組出力的原因，利用#1機(jī)組檢修機(jī)會(huì)對(duì)風(fēng)煙系統(tǒng)做了相應(yīng)的改進(jìn)和調(diào)整。

4.1 降低系統(tǒng)阻力

一次風(fēng)與二次風(fēng)間扇形板和軸向板移位，調(diào)整一次風(fēng)、二次風(fēng)倉角度，一次風(fēng)倉角度增大6.5°。調(diào)整后可以提高熱一次風(fēng)出口溫度，最重要的是可以降低熱一次風(fēng)系統(tǒng)的阻力，提高熱一次風(fēng)流量，而對(duì)二次風(fēng)影響很小。經(jīng)咨詢空氣預(yù)熱器生產(chǎn)廠家知悉，若一次風(fēng)倉角度增大10°，一次風(fēng)阻力將下降30%，二次風(fēng)阻力上升16%。一次風(fēng)倉角度增大后熱一次風(fēng)出口風(fēng)溫上升3℃左右，二次風(fēng)出口風(fēng)溫下降2℃左右。

對(duì)空氣預(yù)熱器傳熱元件進(jìn)行徹底沖洗，消除堵塞;查找一次風(fēng)道漏點(diǎn)并進(jìn)行焊補(bǔ)，更換磨損嚴(yán)重的煙道，消除漏風(fēng);檢查清理一次風(fēng)道內(nèi)部積灰;重新檢查調(diào)整空氣預(yù)熱器密封，更換損壞的密封片，降低漏風(fēng)、消除一次風(fēng)壓波動(dòng);檢查空氣預(yù)熱器吹灰器，確保其可靠投用，保證吹灰效果。

4.2 提高傳熱元件加熱能力

(1)一期機(jī)組空氣預(yù)熱器上部預(yù)留了空間，可以增加350 mm高度的傳熱元件。增加換熱效果更好的傳熱元件對(duì)提高一次、二次風(fēng)溫均有利，缺點(diǎn)是會(huì)增加100 Pa左右的壓差。

(2)將一次風(fēng)與煙氣側(cè)原30°扇形板改為15°扇形板，可提高換熱效果，同時(shí)降低煙氣側(cè)壓差，但會(huì)使空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率有所升高。

4.3 一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)檢查

檢查確認(rèn)2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉就地實(shí)際開度的差別程度，確認(rèn)與陰極射線管(CRT)顯示器指示是否一致。

5 改造后的效果評(píng)價(jià)

改造前、后鍋爐主要參數(shù)比較見表4。由表4可以看出:機(jī)組啟動(dòng)后#1鍋爐一次風(fēng)機(jī)出口壓力略有降低，但熱一次風(fēng)母管壓力升高約500 Pa，能夠達(dá)到6.5kPa，熱一次風(fēng)流量增加，熱一次風(fēng)溫提高6～7℃，二次風(fēng)溫降低2～3℃;磨煤機(jī)出口溫度達(dá)到77℃以上，磨煤機(jī)熱風(fēng)調(diào)節(jié)擋板還有一定余量，磨煤機(jī)干燥出力提高，可以適應(yīng)煤質(zhì)變化，機(jī)組能夠帶滿出力;熱一次風(fēng)壓波動(dòng)不超過60 Pa，可確保一次風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行;空氣預(yù)熱器煙氣壓差降低，修后比修前降低200 Pa左右。

表4 #1鍋爐改造前、后主要參數(shù)比較

對(duì)風(fēng)煙系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)進(jìn)行漏風(fēng)治理并對(duì)空氣預(yù)熱器密封進(jìn)行調(diào)整后，漏風(fēng)量減少，引風(fēng)機(jī)電流修后比修前降低6A左右，一次風(fēng)機(jī)電流修后比修前降低10～12 A，送風(fēng)機(jī)電流修后比修前略有升高。考慮環(huán)境溫度影響，排煙溫度修后比修前降低3℃左右，修前、修后飛灰含碳量無變化，改造后對(duì)鍋爐的燃燒和效率幾乎無影響。

6 結(jié)束語

通過對(duì)煤質(zhì)變化帶來一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)不穩(wěn)定和機(jī)組降出力問題的分析，找到了根本原因，利用機(jī)組檢修機(jī)會(huì)有針對(duì)性地采取措施進(jìn)行了改進(jìn)。實(shí)現(xiàn)了提高熱一次風(fēng)量、風(fēng)溫和降低一次風(fēng)系統(tǒng)阻力的目標(biāo)，消除了一次風(fēng)機(jī)易失速的隱患;解決了機(jī)組不能適應(yīng)煤種變化的弊端，機(jī)組實(shí)現(xiàn)了帶滿負(fù)荷運(yùn)行，改造效果良好。