發(fā)展超臨界W火焰爐的幾點(diǎn)思考.ppt

華電電力科學(xué)研究院,我國發(fā)展超臨界W火焰爐的幾點(diǎn)思考,我國W火焰爐發(fā)展的三個(gè)階段,1、300MW亞臨界（上世紀(jì)90年代）突出問題：下爐膛結(jié)焦，飛灰可燃物10%，CO1000ppm,鍋爐效率8085%。2、600MW亞臨界（本世紀(jì)前10年）增大了下爐膛容積，設(shè)置專門防焦風(fēng)，調(diào)整了對煤粉細(xì)度的要求，鍋爐效率8891%，是運(yùn)行較為穩(wěn)定的一種爐型。3、600MW超臨界（2009年開始）燃燒效率方面沒有質(zhì)的飛躍，水冷壁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有大幅變動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鍋爐長周期穩(wěn)定運(yùn)行是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。,截止2012年11月，我國已投產(chǎn)16臺600MW超臨界W火焰鍋爐,此種爐型仍然是無煙煤發(fā)電的首選，在此爐型的利用上我們國家積累了大量的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),依據(jù)“生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)”設(shè)備缺陷統(tǒng)計(jì)及“600MW超臨界W火焰爐月報(bào)”統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，集團(tuán)公司所屬珙縣、鎮(zhèn)雄、塘寨電廠600MW超臨界W火焰爐機(jī)組投產(chǎn)以來共發(fā)生41臺次機(jī)組強(qiáng)迫停運(yùn)事件，其中鍋爐設(shè)備原因32臺次。,華電集團(tuán)8臺超臨界機(jī)組在設(shè)計(jì)階段做過相關(guān)優(yōu)化工作,經(jīng)過設(shè)計(jì)優(yōu)化后解決在300MW和600MW鍋爐上存在的一些問題,引入防焦風(fēng)+爐膛熱力參數(shù)優(yōu)化減緩結(jié)焦制粉系統(tǒng)配備動(dòng)態(tài)分離器+燃燒系統(tǒng)配風(fēng)優(yōu)化提高了燃燒穩(wěn)定性，降低飛灰含碳量引入燃盡風(fēng)系統(tǒng)降低氮氧化物排放,600MW超臨界W火焰鍋爐設(shè)計(jì)上的難點(diǎn)拱式燃燒技術(shù)+超臨界汽水參數(shù)系統(tǒng)+垂直管圈低質(zhì)流量流速爐膛選型、燃燒系統(tǒng)和水動(dòng)力設(shè)計(jì)三者必須結(jié)合起來，才能達(dá)到低能耗、低污染的預(yù)期目標(biāo)。幾種類型的超臨界W爐都不約而同的采用了如下一些設(shè)計(jì)超臨界參數(shù)：25.4MPa，566/566汽水系統(tǒng)：低質(zhì)量流速+垂直管圈+優(yōu)化內(nèi)螺紋管尤其是采用了低質(zhì)量流速仍能對管壁有效冷卻，這項(xiàng)技術(shù)的突破是超臨界W爐和CFB應(yīng)用的前提，在國際上是先進(jìn)的。但此項(xiàng)技術(shù)在國際上實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較少。,從整個(gè)鍋爐系統(tǒng)看，除水冷壁系統(tǒng)之外的其它子系統(tǒng)采用的均是目前已經(jīng)相當(dāng)成熟的超臨界技術(shù)，和現(xiàn)在大量采用的螺旋管圈超臨界鍋爐是相同的。因此水冷壁系統(tǒng)的安全運(yùn)行是該型鍋爐運(yùn)行的關(guān)鍵。,水冷壁,燃燒器開孔,大風(fēng)箱框架,600MW超臨界W火焰鍋爐的癥結(jié)水冷壁系統(tǒng),從已投產(chǎn)的超臨界W爐運(yùn)行情況看，存在很多共性問題,1、前墻水冷壁拉裂變形在各個(gè)廠都不同程度的出現(xiàn)過,金竹山電廠,合山電廠,福溪電廠,區(qū)域相似，爐膛前墻中部水冷壁。標(biāo)高有所不同，40-50m,2、低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)前墻水冷壁壁溫偏差容易過大,前期上部水冷壁壁溫情況比較(5臺磨運(yùn)行),3、水冷壁超溫現(xiàn)象,上部水冷壁采用光管膜式壁，材料為12Cr1MoVG，超過500后，材料性能顯著下降，容易被拉裂。,大范圍、大面積的超溫現(xiàn)象比較少，但工況變化過程中，局部管壁溫度持續(xù)偏高的現(xiàn)象仍存在，需引起重視。,折焰角斜坡易積灰現(xiàn)象,鍋爐爐膛壓力先達(dá)到負(fù)的最大值：首先是水平煙道垮灰后導(dǎo)致爐膛壓力為很大的負(fù)值；然后在達(dá)到正的最大值：灰垮到冷灰斗后，爐膛壓力到達(dá)正的最大值；緊接著又是一個(gè)正的很高的爐膛壓力：由于爐膛壓力的劇烈波動(dòng)，導(dǎo)致了下爐膛的垮焦，焦垮到冷灰斗后，爐膛壓力又達(dá)到一個(gè)正的高值保證吹灰正常是極為重要的。,滅火過程爐膛壓力變化,解決對策：積灰區(qū)域加裝局部吹灰器,揚(yáng)州電廠加裝的局部吹灰噴管,為了更好的分析600MW超臨界W爐的特性，利用數(shù)值解析技術(shù)對4家電廠三種燃燒器、四種爐型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算，以獲得溫度、速度、氣體成分等的全爐膛分布情況，輔助優(yōu)化設(shè)備改進(jìn)。,建立模型,網(wǎng)格劃分,數(shù)值計(jì)算,先進(jìn)的NOx模型,煤粉燃燒器模型,鎮(zhèn)雄煤粉燃燒器模型,濃粉出口,淡粉出口,一次風(fēng)入口,一次風(fēng)入口,淡粉出口,濃粉出口,珙縣煤粉燃燒器模型,一次風(fēng)入口,淡粉出口,濃粉出口,塘寨煤粉燃燒器模型,燃燒器模擬結(jié)果橫截面速度云圖（單位：m/s）,鎮(zhèn)雄煤粉燃燒器,珙縣煤粉燃燒器,塘寨煤粉燃燒器,淡測78%濃側(cè)22%,淡測69%濃側(cè)31%,燃燒器中下部有較明顯的二次流存在，是提高分離效果的重要因素。,鎮(zhèn)雄、珙縣燃燒器橫截面速度矢量圖,鎮(zhèn)雄燃燒器,珙縣燃燒器,塘寨燃燒器局部速度矢量圖,從空氣場速度矢量圖看出，在葉片迎風(fēng)面空氣受阻，產(chǎn)生分流，分別進(jìn)入濃側(cè)和淡側(cè)，在葉片背風(fēng)側(cè)有明顯的漩渦區(qū)存在。在分流板入口處，有高速的濃粉氣流流過，是防止磨損的重點(diǎn)部位之一。,0.01mm跟隨性好,0.05mm跟隨性差,0.1mm跟隨性差,0.2mm二次碰撞,塘寨燃燒器粒子軌跡分布,中截面溫度分布,中截面速度矢量場,中截面CO濃度分布,中截面NOx濃度分布,工況一工況三,停用磨煤機(jī)B的工況,工況一,工況五,停用磨煤機(jī)B的工況,工況一,工況五,氧濃度,速度矢量場,停用磨煤機(jī)B的工況,中截面速度矢量場比較中截面溫度場比較,停用磨煤機(jī)B的工況,數(shù)值計(jì)算目前仍在進(jìn)行的研究工作：,全爐膛的粒子軌跡圖預(yù)測易積灰、結(jié)焦的部位停用不同磨煤機(jī)時(shí)的熱流密度分布分析熱負(fù)荷的偏差煤種變更時(shí)的影響預(yù)測煤種變化對燃燒、排放的影響不同拱下風(fēng)入射角度的影響,四川第一臺超臨界W鍋爐主要指標(biāo),提高超臨界W火焰鍋爐穩(wěn)定性的措施,（一）運(yùn)行措施1、加強(qiáng)燃煤采購和摻配摻燒管理，盡可能使入爐煤質(zhì)接近設(shè)計(jì)值?；疖嚸簾嶂底畹瓦_(dá)15.6MJ/KG，通過合理摻配摻燒平均入爐煤熱值約為17.5MJ/KG2、嚴(yán)格執(zhí)行防止水冷壁超溫及壁溫差過大的運(yùn)行措施，主要包括：（1）制定了防止鍋爐水冷壁超溫的措施及考核辦法并嚴(yán)格執(zhí)行。主要是對壁溫單點(diǎn)超限和最大壁溫差超限以及超限時(shí)間進(jìn)行考核。（2）維持爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定，并確保爐膛滅火保護(hù)裝置可靠投入。,（3）超溫主要發(fā)生在啟、停磨煤機(jī)及增、減負(fù)荷時(shí)出現(xiàn)。在加減負(fù)荷過程中盡量平穩(wěn)緩慢，嚴(yán)格按照負(fù)荷曲線進(jìn)行變動(dòng)。啟動(dòng)磨煤機(jī)時(shí)，旁路風(fēng)在20%左右，容量風(fēng)不超過5%，開啟磨煤機(jī)熱風(fēng)門時(shí)應(yīng)緩慢進(jìn)行，并提醒給水調(diào)節(jié)人員，根據(jù)汽溫及水冷壁溫變化，及時(shí)增加給水，調(diào)整負(fù)荷。停磨時(shí)盡量將筒體煤粉抽空，避免再次啟動(dòng)時(shí)大量煤粉進(jìn)入爐內(nèi)對燃燒造成巨大波動(dòng)。（4）在負(fù)荷不變的情況下，進(jìn)行制粉系統(tǒng)切換時(shí)，原則上準(zhǔn)備啟動(dòng)的磨煤機(jī)在暖磨合格后采用閉磨啟動(dòng)方式，啟運(yùn)后先逐漸關(guān)小準(zhǔn)備停運(yùn)的磨煤機(jī)的容量風(fēng)，再緩慢開啟剛啟運(yùn)磨煤機(jī)的容量風(fēng)，每次幅度不超過5%，其他磨煤機(jī)暫時(shí)不做調(diào)整，避免燃燒大幅度波動(dòng)。,（5）為維持爐膛熱負(fù)荷盡量均勻，減少熱負(fù)荷偏差，在條件允許情況下，原則上480MW-600MW負(fù)荷保持六臺磨煤機(jī)運(yùn)行，400MW-480MW負(fù)荷保持五臺制粉系統(tǒng)運(yùn)行，350MW-400MW保持四臺制粉系統(tǒng)運(yùn)行。（6）盡量避免同時(shí)對多臺磨煤運(yùn)行狀態(tài)（容量風(fēng)量）進(jìn)行調(diào)整，以防止輸入粉量波動(dòng)疊加，引起熱負(fù)荷大的波動(dòng)，在穩(wěn)態(tài)下磨煤機(jī)出力偏差不大于5t/h。（7）在機(jī)組協(xié)調(diào)投入的情況下，注意監(jiān)視運(yùn)行磨煤機(jī)的容量風(fēng)擋板變化幅度和頻率，如變化幅度較大，頻率較快，引起水冷壁管壁溫度上升，立即將該磨容量風(fēng)切換為手動(dòng)運(yùn)行。,（8）調(diào)整給水時(shí)應(yīng)緩慢平穩(wěn)，防止因給水流量大幅度波動(dòng)而引起管壁超溫。在給水投入自動(dòng)的時(shí)候密切監(jiān)視給水流量的變化幅度，必要時(shí)切為手動(dòng)方式調(diào)整。（9）做好風(fēng)煤比的控制和入爐風(fēng)量的調(diào)節(jié)工作，在440MW負(fù)荷以上時(shí)，保證氧量在3.5%-4.0%之間，在440MW負(fù)荷以下時(shí)，氧量控制在4.0%-5.2%之間，防止低負(fù)荷時(shí)風(fēng)量過小引起煙氣流分布不均的加劇。,（10）做好二次風(fēng)風(fēng)箱風(fēng)壓控制，保證二次風(fēng)箱風(fēng)壓在0.75-1.0KPa，最低不低于0.6KPa。以免二次風(fēng)剛性差。但是嚴(yán)禁過分關(guān)小F風(fēng)各分門強(qiáng)行提高風(fēng)壓，F(xiàn)風(fēng)各分門開度按相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。（11）在440MW以下時(shí)，水冷壁超溫情況較為明顯，在此區(qū)段負(fù)荷，應(yīng)加強(qiáng)調(diào)整和監(jiān)視。原則上保持四臺磨煤機(jī)原則運(yùn)行，盡量做到在爐膛寬度方向上熱負(fù)荷分布均勻。,（12）必須按規(guī)定進(jìn)行爐膛的吹灰工作，在壁溫偏差較大情況下，應(yīng)增加爐膛的吹灰次數(shù)。（13）若出現(xiàn)超溫，開大超溫位置的燃盡風(fēng)門開度，在不掉粉的情況下，適當(dāng)減小對應(yīng)的F風(fēng)擋板開度。（14）嚴(yán)格監(jiān)視水冷壁管壁溫度，當(dāng)超溫發(fā)生時(shí)，降低過熱度，將過熱度控制在10-20，適當(dāng)降低主汽參數(shù)運(yùn)行。,（15）在保證管壁不超溫的前提下，做好中間點(diǎn)溫度、減溫水之間相互協(xié)調(diào)控制，盡量保證主汽溫度在額定值運(yùn)行，汽溫調(diào)節(jié)原則盡量通過調(diào)整過熱度，少減溫水的方式。嚴(yán)禁采用高過熱度，大減溫水運(yùn)行方式，這樣既不安全又不經(jīng)濟(jì)。（16）經(jīng)常分析磨煤機(jī)運(yùn)行情況，定期檢查分析煤粉細(xì)度、均勻性、出口一次風(fēng)風(fēng)速偏差、煤粉濃度偏差，對動(dòng)態(tài)分離器及其回粉管道定期清理雜物。原則上保證每臺磨煤機(jī)每月至少進(jìn)行一次內(nèi)部檢查（發(fā)現(xiàn)煤粉細(xì)度異常應(yīng)盡快檢查），包括動(dòng)靜態(tài)分離器葉片、鎖氣器、回粉管等。（17）嚴(yán)格執(zhí)行防止空預(yù)器堵塞措施，避免由此產(chǎn)生的一、二次風(fēng)壓脈動(dòng)引起燃燒擾動(dòng)和管屏低頻振動(dòng)。,（二）檢修措施1、按照“逢停必檢”的原則做好防磨防爆檢查工作，應(yīng)特別注意受熱面變形、水冷壁扁鋼拉裂、集箱管座裂紋的檢查、處理和分析記錄。2、加強(qiáng)風(fēng)量測量系統(tǒng)及自動(dòng)裝置的定期檢查校核，確保顯示準(zhǔn)確，自動(dòng)裝置運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。3、停爐后對制粉系統(tǒng)、風(fēng)煙系統(tǒng)的風(fēng)門擋板進(jìn)行檢查治理，并對一次風(fēng)、乏氣風(fēng)進(jìn)行調(diào)平，同一臺磨煤機(jī)煤粉濃度差不應(yīng)超過10%。,5、停爐后對爐膛結(jié)焦情況進(jìn)行檢查，特別是對有焦塊遮擋、堵塞的燃燒器和風(fēng)口進(jìn)行清理，避免風(fēng)量分配不均或局部缺氧。6、做好剛性梁及膨脹導(dǎo)向裝置、校平裝置系統(tǒng)的檢查，運(yùn)行時(shí)注意檢查受熱面相關(guān)部位的膨脹與晃動(dòng)，停爐后注意檢查受熱面及剛性梁是否回到原位，連接部位有無卡澀現(xiàn)象。,小結(jié),W火焰爐仍然是利用無煙煤發(fā)電的首選。發(fā)展超臨界W爐，設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。合理選取熱力參數(shù)、布置燃盡風(fēng)系統(tǒng)、布置防焦風(fēng)系統(tǒng)、設(shè)置水冷壁中部全混合集箱等措施要在設(shè)計(jì)階段充分考慮。對于已投產(chǎn)的超臨界W爐，充分認(rèn)識到此種爐型熱容量小、參數(shù)變化快等