在大比例褐煤摻燒工況下充分利用火電廠汽包鍋爐蓄熱能力提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益的運(yùn)行調(diào)整手段研究

牟 超

國能承德熱電有限公司 河北 承德430000

引言

在當(dāng)前形勢下,各燃煤電廠為降低成本大量燃用低品質(zhì)燃煤(褐煤),導(dǎo)至機(jī)組出力不足,而在深冬供熱階段鍋爐熱負(fù)荷需求卻日趨增加,這成為火力熱電廠當(dāng)今主要矛盾。通過在極端工況下,對運(yùn)行調(diào)整手段加以改進(jìn),從而提高鍋爐燃燒效率迫在眉睫。

眾所周知,相同工況下提高蒸汽基本初參數(shù)可以大幅度提升機(jī)組循環(huán)效率,而燃煤品質(zhì)低下,又要保證適應(yīng)調(diào)度負(fù)荷,大大阻礙了蒸汽壓力和溫度的提升空間,那么我們只可從調(diào)整手段上入手。以下我們將以 國能承德熱電有限公司#1爐為例(下簡稱#1爐),來闡述調(diào)整手段的改進(jìn)方式并列出相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。

一、設(shè)備簡介

#1爐是由上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的SG-1025/18.55-M727型鍋爐,該鍋爐為亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、自然循環(huán)、單爐膛、平衡通風(fēng),擺動燃燒器四角切圓燃燒,五臺直吹式中速磨自上而下按EDCBA 順序排布,最高總煤量可達(dá)188t/h。#1汽輪機(jī)為北京重型電機(jī)廠引進(jìn)法國阿爾斯通技術(shù)生產(chǎn)的NC330-17.75/540/540/0.3 型亞臨界蒸汽參數(shù)、一次中間再熱、單軸、三缸雙排汽、采暖抽汽凝汽式汽輪機(jī)。深冬供熱期為維持128-130℃供熱蒸汽溫度,需在四段抽汽抽取200t/h左右蒸汽。另外,#1機(jī)四抽同時為熱泵系統(tǒng)提供汽量為200t/h左右的蒸汽,作為熱泵的驅(qū)動汽源以充分提高供熱溫度。因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)調(diào)整模式下大量燃用褐煤使得鍋爐燃燒率下降,導(dǎo)致蒸汽初參數(shù)低,汽輪機(jī)做功能力下降,機(jī)組效率降低,影響了機(jī)組部分出力。為了提高鍋爐燃燒效率列出以下運(yùn)行調(diào)整模型。

二、調(diào)整模型前提條件

1.負(fù)荷調(diào)節(jié)方式為調(diào)度帶基點(diǎn)正常調(diào)節(jié)子模式(BLR 模式,簡稱R 模式)。

2.由于機(jī)組出力不足而造成負(fù)荷不能滿足調(diào)度需求,燃煤總量恒定188t/h且煤質(zhì)不變,綜合閥位100%。

3.熱網(wǎng)熱泵供汽量400t/h不變。

三、模型建立

M:利用所有提高壓力調(diào)整手段后而產(chǎn)生的汽包鍋爐蓄熱慣性動能。

M=M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7

其中:M1-M7為不同調(diào)整手段產(chǎn)生的慣性分動能。

手段介紹:

(一)強(qiáng)化燃燒

M1:適當(dāng)加大送風(fēng)機(jī)出力或者減小A、B、C、D、E層周界風(fēng)開度從而提高小風(fēng)箱差壓,相應(yīng)提高周界風(fēng)壓力,以提高煤粉剛性,加大燃燒區(qū)域風(fēng)粉混合程度。

M2:適當(dāng)開大AA、AB、BC、CD、DE、EE層混合輔助風(fēng)開度,提高輔助風(fēng)風(fēng)量,從而進(jìn)一步加大風(fēng)粉混合程度,提高下層煤粉燃盡率,增加爐內(nèi)動力場切圓效果。這樣既能減小水冷壁結(jié)焦程度又能強(qiáng)化下排燃燒,提高飽和水汽化能力。另外,由于燃燒中心下移,還可以降低再熱汽溫,從而減少再熱器減溫水用量。

圖1

M3:合理分配五臺磨組出力。在安全運(yùn)行允許范圍內(nèi),將上排煤量適當(dāng)下移,以延長燃煤在水冷壁位置燃燒時間,進(jìn)一步加大飽和水汽化程度,從而提高蒸汽壓力。

(二)提高機(jī)組初參數(shù)

M4:在機(jī)組允許的范圍以內(nèi)將再熱汽溫和主汽溫度維持在較高水平(#1爐主、再熱汽溫上限為548℃)。在安全范圍之內(nèi),較高的進(jìn)汽溫度可以在保證機(jī)組在運(yùn)行安全的基礎(chǔ)上,提高汽輪機(jī)逐級焓降,增加汽輪機(jī)內(nèi)效率,從而提升所帶電負(fù)荷能力(維持再熱汽溫547℃同比維持542℃時可多帶5 MW/h電負(fù)荷)。在同等AGC調(diào)度指令下所需蒸汽流量減小,汽機(jī)調(diào)門也會隨之關(guān)小,主汽壓力得到相應(yīng)提升。

M5:保證磨組最佳出力(短時間降低單磨組給煤量,提高一次風(fēng)壓)。當(dāng)磨組長時間處于低煤質(zhì)、大煤量的工作環(huán)境時,磨組可能會由于堵粉而造成出力降低甚至堵磨事故,因此應(yīng)對五臺磨組分別進(jìn)行短時間的抽磨處理。以大風(fēng)量、低煤量的形式將積粉從磨出口管排出,從而使磨組恢復(fù)到最佳出力水平。單獨(dú)抽磨操作時,如果將時間控制在2 min以內(nèi),不但不會造成主汽參數(shù)下降,反而會因?yàn)樗查g大量積粉排入爐內(nèi)而使鍋爐參數(shù)相應(yīng)上升。

(三)特殊調(diào)整手段的利用

M6:由于在機(jī)組“R”調(diào)度運(yùn)行模式下,基點(diǎn)不變時,當(dāng)前調(diào)度負(fù)荷會隨著機(jī)組出力變化而變化。適當(dāng)?shù)亩虝r間一次性關(guān)小調(diào)門,不僅可以為壓力上升提供大量的初動能,更可以減小機(jī)組負(fù)荷與調(diào)度偏差帶來的負(fù)面影響。待壓力上升至較高水平時在將調(diào)門逐步緩慢開大至原始數(shù)值,從而使壓力維持在上漲后的較高水平而不下降。

M7:由于供熱熱量是按照時間段總熱量計(jì)算,那么可以通過短時間(5 min左右)適當(dāng)一次性關(guān)小供熱抽汽從而加大機(jī)組帶電負(fù)荷能力,以提高壓力上升初動能,待主汽壓力上升至較高水平后,逐步開大供熱抽汽,這樣既能保證供熱熱量,又能將壓力維持在較高水平后從而帶更多的熱負(fù)荷。

(四)慣性動能的利用。以上提升壓力慣性動能的手段中,M1-M4為持久型手段。它們從根本上改變了爐內(nèi)燃燒特性,提高了燃燒區(qū)的效率,無論煤種如何,通過這些方法均可延長燃煤在鍋爐底層的放熱時間,從而為主汽壓力的提升做好基礎(chǔ)性的鋪墊。而M5-M7則為暫時型手段,它們只能為主汽壓力的上升提供強(qiáng)大的慣性初動力。由于M6、M7更是涉及到供熱溫度、負(fù)荷偏差等重要參數(shù),因此這些手段并不能長時間使用,必須要遵循短時間、一次性的開大原則,之后再進(jìn)行恢復(fù)的時候也要逐步緩慢關(guān)小,從而放大慣性動力的作用。

圖2為調(diào)整前參數(shù)變化趨勢,可見主汽壓力水平較低無法滿足負(fù)荷需求,經(jīng)調(diào)整后如圖3所示,在煤質(zhì)無任何變化情況下通過合理運(yùn)用M1-M7的調(diào)整手段,使得壓力(紅色曲線)上升至較高水平,并維持6 小時基本不變。

圖3

四、調(diào)整后機(jī)組經(jīng)濟(jì)性分析

通過對M1-M7方法的合理運(yùn)用,如圖4、5、6所示,丙值#1機(jī)組為試驗(yàn)班組,其他值均未使用本文所述調(diào)整手段,在煤質(zhì)不變的情況下,由于壓力得到有效提升后,機(jī)組帶負(fù)荷能力增強(qiáng),在保障同等供熱水平、同煤種相同煤量的情況下,同比不調(diào)整的狀態(tài)下平均每小時能多發(fā)電7.5 MW/h左右。參考2016年度承德熱電有限公司數(shù)據(jù),按照上網(wǎng)電價0.38元/度、全年單機(jī)組平均利用小時4510h計(jì)算,單機(jī)組全年可增加收益近1285萬元。

圖4 試驗(yàn)日各值單機(jī)組消耗煤量(單位:噸)

圖5 試驗(yàn)日化學(xué)煤質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果

圖6 試驗(yàn)日各值機(jī)組出力匯總

另外通過對鍋爐二次風(fēng)配風(fēng)調(diào)整后(圖1所示),由于火焰中心的下移,再熱蒸汽溫度得到有效控制,超溫現(xiàn)象減少,再熱器減溫水投入量明顯降低。在煤質(zhì)、蒸汽流量不變的情況下,每小時可節(jié)約3.5 t/h左右再熱減溫水用量,全年可節(jié)省約15.33萬元。

結(jié)論

由于汽包鍋爐存在蓄熱能力的特性,當(dāng)燃燒十分穩(wěn)定的時候,為了破壞這種穩(wěn)定的狀態(tài),需要用外因——負(fù)荷變化、內(nèi)因——改變?nèi)紵氖侄蝸頌槠涮峁┳銐虻母淖儜T性動能。當(dāng)動能不足時,例如單個使用M1、M2、M3、M4的方法時并不能對參數(shù)帶來太大改變,為了使鍋爐參數(shù),尤其是主汽壓力達(dá)到質(zhì)的飛躍,我們需要將M1-M7這些手段同時并配合使用:先用M1-M4的方法對鍋爐本身燃燒進(jìn)行本質(zhì)改變之后再利用M5-M7提供的大量初動能使壓力快速上升至較高水平并較長時間維持在該水平,再將調(diào)門、供熱等參數(shù)進(jìn)行緩慢逐步恢復(fù),這樣就可以將主汽壓力快速的提升并維持在很高的水平,從而增加機(jī)組長時間的穩(wěn)定較高出力。