深度调峰下锅炉送风系统运行适应性的研究.pdf
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1、针对机组深度调峰运行工况严重偏离设计工况,主辅设备存在适应性问题,结合具体实例,分析了燃煤机组深度调峰工况下锅炉送风系统的运行适应性。结果表明:深度调峰时送风机出力小,二次风压力低,送风系统适应性较差,存在二次风量波动、热风再循环失效以及风机运行效率低等问题,影响机组安全经济运行。据此提出了相应的运行调整、设备改造对策。深度调峰下送风系统的运行适应性应引起重视。关键词:深度调峰;送风系统;二次风量波动;热风再循环;风机效率;适应性中图分类号:TK227.1文献标志码:A文章编号:16 7 2-47 6 3(2 0 2 3)0 4-0 0 6 4-0 6运行适应性变差,影响机组深度调峰安全运行。
2、0 前 言目前对深度调峰工况下送风系统运行适应性的当前,在碳达峰碳中和目标下,构建清洁低关注较少,本文针对锅炉送风系统的运行特点,碳、安全高效的能源体系,构建以新能源为主体结合具体实例,对深度调峰工况下送风系统的运的电力系统,成为我国能源发展的重中之重。在行适应性进行分析,以便为燃煤机组开展深度调此发展战略指引下,我国的风电、太阳能发电等峰技术改造提供借鉴。清洁能源的装机将大幅增加,它们在提供大量清1送风系统概述洁电力的同时,其发电的随机性、波动性和间歇性也给电力系统的安全稳定运行带来了巨大挑战,消纳已经成为制约清洁能源发展的关键因素,呕需火电机组开展深度调峰。燃煤机组因其较好的调峰性能和总体
3、良好的环境效益,加之体量巨大,已成为当前我国主要的调峰电源。经过相应的技术改造,目前国内绝大部分燃煤机组具备了深度调峰至40%额定负荷的能力11,正在进行深度调峰至2 0%3 0%额定负荷乃至更低负荷的研究2-4。由于燃煤机组在设计时一般均不考虑低负荷运行工况,深度调峰时,机组设备运行在非正常工况,运行工况严重偏离设计工况,存在锅炉燃烧不稳5、水动力恶化4、受热面金属壁温超温6 、选择性催化还原(SCR)脱硝装置无法投运7-8 、自动控制品质下降9-10 、供热能力受限1-12 等问题,影响机组安全稳定运行,深度调峰能力受限。作为燃煤锅炉重要的辅助系统,送风系统的安全稳定运行是确保锅炉稳定燃烧
4、的关键,机组深度调峰时,受锅炉本身的设备特性、运行控制方式等影响,送风系统稳定性下降,收稿日期:2 0 2 1-11-3 0作者简介:茅建波(197 6 一),男,硕士,高级工程师,主要从事电站锅炉燃烧优化及性能测试方面工作。送风系统主要输送助燃用的空气(一般称为二次风)。本文中ABC3台锅炉的送风系统均为带热风再循环的送风系统,其中A锅炉为3 50MW超临界参数四角切圆燃烧直流炉,B锅炉为660MW超超临界参数墙式切圆燃烧直流炉,C锅炉为10 0 0 MW超超临界参数前后墙对冲旋流燃烧直流炉,制粉系统均为冷一次风正压直吹式制粉系统,送风系统布置方式相同,示意图如图1所示。送风机均为轴流式,双
5、列布置,输送空气从大气中吸入并增压,经风机出口冷风道至空气预热器(简称空预器),经空预器加热后成热二次风,经热风道进入布置在炉膛周围的二次风箱,风箱中布置燃烧器,热二次风经各燃烧器喷入炉膛,供给煤粉燃烧所需的氧气。送风机的出力均采用动叶调节方式。从两侧热二次风道分别引出热风再循环管至送风机进口,在送风机进口冷风温度较低时抽取部分热二次风加热冷风,提高空预器的冷端综合温度,防止空预器发生冷端腐蚀。热风再循环管上装有电动隔离门,控制热风第4期再循环系统的投撤。每台送风机出口装有隔离挡板,在2 台送风机后空预器前的冷风道上设计有联络风道,联络风道上装有隔离挡板,2 台空预器出口设计有平衡二次风压的联
6、络风道。此设计当1台送风机故障时,由另1台送风机输送的空气仍可经2 台空预器加热后向炉膛均匀送风。空预器出口装设有隔离挡板,当空预器停运时作关断用。在进人风箱前的两侧风道上设有风量测量元件,用以计量进人炉膛的二次风量。风箱空预器炉膛风箱图1带热风再循环的送风系统示意图2送风系统适应性2.1送风机运行低效机组深度调峰时,人炉燃料量小,燃烧所需的空气量也少,送入炉膛的一次风量和二次风量均相应减小。深度调峰时一般维持2 台或3 台磨煤机运行,由于一次风需要携带煤粉进入炉膛燃烧,对一次风速有低限要求,随着机组负荷的降低,一次风量降至某一值后便不再降低,降低入炉总风量需降低二次风量,故而深度调峰时单台送
7、风机出力小,表现为动叶开度较小。为保证送风机安全运行,并防止总风量降得过低而触发锅炉总燃料跳闸(MFT),一般在控制逻辑中对送风机动叶开度设置一最小开度限值,深度调峰时送风机动叶很容易至此低限开度。图2 为A锅炉总风量、总一次风量和送风机动叶开度与机组负荷率的关系曲线,由图2 可以看出,机组负荷率降至6 0%以下,入炉总风量下降缓慢,总一次风量变化较小,机组负荷率降至50%以下,总一次风量保持不变。送风机动叶开度在机组负荷率为6 0%时已很小,接近5%的低限值,机组负荷继续降低,送风机动叶开度在低限值保持不变。茅建波,等:深度调峰下锅炉送风系统运行适应性的研究一一总风量1200会淡风量二二送风
8、劲畔开度(-1000800F60040020040506070 8090100机组负荷率/%图2 风量、送风机动叶开度与机组负荷率关系送风机在小动叶开度下运行时,其运行效率较低。文献13 报道某发电公司机组负荷在3 2 2MW时,风机运行效率不到7 5%,2 40 MW时约B送风机为45%,18 5MW时低至2 0%3 0%。对A锅炉送风机的效率进行测试,机组负荷率为10 0%时,送风机的运行效率为7 4.8%,机组负荷率降至52%时,送风机运行效率急剧下降,仅为A空预器24.7%,A 锅炉送风机效率实测结果与文献13-A送风机热风再循环6514007400710035080%30060250
9、40200150100的报道相符。可见,机组深度调峰时,送风机出力小,系统稳定性差,送风机运行效率低,能耗高。若送风机动叶在低限开度下运行时总风量仍偏大,可能会导致进人SCR脱硝装置的原烟气中的NO,浓度偏高,脱硝控制难度加大。2.2二次风量波动如前所述,机组深度调峰时送风机出力小,不可避免地,风机出口风压也较低。图3 为A锅炉送风机出口及二次风箱位置风压随机组负荷变化的曲线,机组额定负荷时,送风机出口风压为150 0 Pa,经过空预器进人二次风箱后,风压降至6 0 0 Pa,随着负荷降低,送风机出口和二次风箱的风压均随之减小,直至送风机动叶开度至低限值,送风机出口风压维持在3 2 0 Pa,
10、此时二次风箱压力仅为8 0 Pa。此种情况在锅炉进行16001400送风机出口二次风箱12001000Fd/区800F600F4002004050607080机组负荷率/%图3二次风压与机组负荷率关系2009010066低氮燃烧器改造后非常普遍。二次风箱压力过小,气流刚性不足,在炉膛燃烧的扰动下,易引起二次风量的大幅波动,如B锅炉在2 0 2 0 年11月3日2 3:3 0 至11月4日10:0 0 深度调峰时发生多次A侧二次风量大幅波动情况,如图4、图5所示。事发时B机组正减负荷至2 7 0 2 8 0 MW并维持该负荷运行,送风机AB动叶开度分别为450500400400F35030030
11、0200/2501002000150-100100-20050-300F0-40023:30:0023:32:18锅炉技术25%和3 0%,AB侧二次风箱与炉膛差压分别为0.12kPa、0.3 1k Pa,在40 50 s内A侧分散控制系统(DCS)显示二次风量由3 0 0 3 40 t/h突降至3 0 t/h,严重的一次甚至突降至0,B侧二次风量稳定。低负荷下,人炉总风量较小,二次风量大幅异常波动,总风量快速减小,易触发总风量低锅炉MFT,严重影响锅炉安全稳定运行。40送风机动叶A/B开度500450B侧二次风量400350(r-4 1)/鲁区300机组负荷250200炉膛压力150A侧二次
12、风量A侧二次风量23:34:3723:39:1423:36:5523:41:32图4B锅炉11月3 日A侧二次风量异常波动第54卷5503530%/25201001550023:43:5123:48:2823:46:0923:50:46时间1023:53:0523:57:4223:55:2300:00:00450400350300250200150-100100-20050-3000-40009:30:0009:32:18B机组在负荷为2 7 0 2 8 0 MW时DEF磨煤机运行,总一次风量约为3 3 0 t/h,较设计值约大40t/h,多的一次风量将减小送入炉膛的二次风量,与设计值相比,入
13、炉二次风量约小116 t/h。同时,二次风门未及时进行调整,停运煤粉燃烧器的周界风门和相邻的辅助二次风门,以及燃尽风门仍保持较大开度,如停运煤粉燃烧器相邻的辅5004003002001000送风机动叶开度B侧二次风量机组负荷炉膛压力A侧二次风量09:34:3709:39:1409:35:5509:41:32图5B锅炉11月4日A侧二次风量异常波动5004504003502502002015010050009:43:5109:48:2809:46:0909:50:46时间助风门开度为2 5%3 0%,燃尽风门开度为6 0%左右。B锅炉燃烧器摆角原设计上下摆动角度为一2 5十2 5,后为调整汽温,
14、将实际燃烧器摆角上下摆动角度调整为一3 0 十3 0,为使燃烧器摆角正常摆动,各燃烧器喷嘴组件的上下部与二次风箱之间留有50 6 0 mm的间隙,致使较大一部分的二次风量由旁路直接从这些间隙进入炉膛。403530%/25151009:53:0509:57:4209:55:2310:00:00第4期机组深度调峰时,锅炉二次风箱压力已相对较低,上述原因使B锅炉的二次风箱压力降得更低。B锅炉二次风量测量元件为阵列防堵差压式,其基本原理为伯努利方程,即风速与测量元件测得的差压满足如下关系:U=kV式中:u二次风速,m/s;k一一测量元件流量系数;测量元件测出差压值,Pa;二次风气流密度,kg/m。测量
15、元件测出的差压值与二次风速一一对应,风速越大,测量元件测出的差压值越大。机组深度调峰时,二次风量较小,单侧二次风量更小,而热二次风道截面积很大,风道内二次风速很低,二次风量测量元件测出的差压值很小14。B锅炉在机组负荷为2 7 0 2 8 0 MW时,单侧二次风量为3 0 0 3 6 0 t/h,若测量元件流量系数取1,计算得出二次风量测量元件的差压值为15500400300200100F0F-100-200-300F-40022:59:5623:02:092.3热风再循环失效燃煤电站锅炉空预器存在堵灰、低温腐蚀风险,尤其是布置有SCR脱硝装置的超低排放机组,在冬季运行时空预器出现堵塞的几率更
16、加大。设计有热风再循环的送风系统通过抽取部分热二次风加热送风机人口的冷风来提高空预器入口风温,提高空预器冷端综合温度,预防、缓解空预器产生堵灰和低温腐蚀。机组深度调峰,送风机出口压力低,热二次风压力更低,会导致机组低负荷运行时热风再茅建波,等:深度调峰下锅炉送风系统运行适应性的研究(1)A侧二次风量炉膛压力123:04:2223:08:4823:06:3523:11:01图6 炉膛压力波动对二次风量的影响循环效果不佳或根本无法依靠热二次风与送风机人口的压差进行部分热风的自然循环。C锅炉在深度调峰时进行了投运热风再循环的试验,机组负荷降至40 0 MW时,送风机出口风压在0.50.6 kPa,对
17、应的空预器出口二次风压约0.0 6 kPa,不到0.1kPa,开启热风再循环隔离挡板,当热风再循环隔离挡板开至50%开度,对应的空预器进口二次风温无变化,送风机电流和动叶开度亦无变化,说明此时没有热二次风循环。测试SCR脱硝装置入口NO.质量浓6721Pa,若流量系数取0.8,则差压值为2 2 3 3Pa。风量测量元件的差压值变化12 Pa,二次风量即变化10 t/h。可见,测量元件差压值的小幅波动即会引起二次风量较大幅度的波动。B锅炉由于二次风箱漏风严重等原因,深度调峰时A侧二次风箱压力较低,风箱与炉膛差压甚至会出现负值,B侧二次风箱压力相对较高。过低的风箱压力导致二次风进人炉膛的驱动力不足
18、,气流刚性弱,抗干扰能力差,容易受到炉膛压力波动的影响,即使炉膛压力发生正向较小的波动,也可能瞬间阻滞二次风气流,使得风量测量元件测量的差压值瞬间突降,甚至差压值出现负值,引起DCS显示的风量也瞬间突降,甚至直接显示为0。图6 为B锅炉在低负荷时A侧二次风量随炉膛压力波动而反向波动的情况。此外,低流量工况下,气流的脉动、流场不稳、粉尘颗粒以及差压变送器精度等也会对风量测量元件测量的差压值产生干扰且影响幅度加剧,引起DCS显示的二次风量波动。B侧二次风量23:13:1423:17:4023:15:2723:19:53时间7650600550500450400(-4 1)/鲁区3503002502
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