發(fā)展超臨界W火焰爐的幾點思考.ppt

華電電力科學研究院,我國發(fā)展超臨界W火焰爐的幾點思考,我國W火焰爐發(fā)展的三個階段,1、300MW亞臨界（上世紀90年代）突出問題：下爐膛結焦，飛灰可燃物10%，CO1000ppm,鍋爐效率8085%。2、600MW亞臨界（本世紀前10年）增大了下爐膛容積，設置專門防焦風，調整了對煤粉細度的要求，鍋爐效率8891%，是運行較為穩(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的飛躍，水冷壁系統結構有大幅變動，實現鍋爐長周期穩(wěn)定運行是一項挑戰(zhàn)。,截止2012年11月，我國已投產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驗教訓,依據“生產實時監(jiān)控系統”設備缺陷統計及“600MW超臨界W火焰爐月報”統計數據，集團公司所屬珙縣、鎮(zhèn)雄、塘寨電廠600MW超臨界W火焰爐機組投產以來共發(fā)生41臺次機組強迫停運事件，其中鍋爐設備原因32臺次。,華電集團8臺超臨界機組在設計階段做過相關優(yōu)化工作,經過設計優(yōu)化后解決在300MW和600MW鍋爐上存在的一些問題,引入防焦風+爐膛熱力參數優(yōu)化減緩結焦制粉系統配備動態(tài)分離器+燃燒系統配風優(yōu)化提高了燃燒穩(wěn)定性，降低飛灰含碳量引入燃盡風系統降低氮氧化物排放,600MW超臨界W火焰鍋爐設計上的難點拱式燃燒技術+超臨界汽水參數系統+垂直管圈低質流量流速爐膛選型、燃燒系統和水動力設計三者必須結合起來，才能達到低能耗、低污染的預期目標。幾種類型的超臨界W爐都不約而同的采用了如下一些設計超臨界參數：25.4MPa，566/566汽水系統：低質量流速+垂直管圈+優(yōu)化內螺紋管尤其是采用了低質量流速仍能對管壁有效冷卻，這項技術的突破是超臨界W爐和CFB應用的前提，在國際上是先進的。但此項技術在國際上實踐經驗較少。,從整個鍋爐系統看，除水冷壁系統之外的其它子系統采用的均是目前已經相當成熟的超臨界技術，和現在大量采用的螺旋管圈超臨界鍋爐是相同的。因此水冷壁系統的安全運行是該型鍋爐運行的關鍵。,水冷壁,燃燒器開孔,大風箱框架,600MW超臨界W火焰鍋爐的癥結水冷壁系統,從已投產的超臨界W爐運行情況看，存在很多共性問題,1、前墻水冷壁拉裂變形在各個廠都不同程度的出現過,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。標高有所不同，40-50m,2、低負荷運行時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臺磨運行),3、水冷壁超溫現象,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)偏高的現象仍存在，需引起重視。,折焰角斜坡易積灰現象,鍋爐爐膛壓力先達到負的最大值：首先是水平煙道垮灰后導致爐膛壓力為很大的負值；然后在達到正的最大值：灰垮到冷灰斗后，爐膛壓力到達正的最大值；緊接著又是一個正的很高的爐膛壓力：由于爐膛壓力的劇烈波動，導致了下爐膛的垮焦，焦垮到冷灰斗后，爐膛壓力又達到一個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，利用數值解析技術對4家電廠三種燃燒器、四種爐型結構進行了計算，以獲得溫度、速度、氣體成分等的全爐膛分布情況，輔助優(yōu)化設備改進。,建立模型,網格劃分,數值計算,先進的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,一次風入口,一次風入口,淡粉出口,濃粉出口,珙縣煤粉燃燒器模型,一次風入口,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22%,淡測69%濃側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，在葉片迎風面空氣受阻，產生分流，分別進入濃側和淡側，在葉片背風側有明顯的漩渦區(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B的工況,工況一,工況五,停用磨煤機B的工況,工況一,工況五,氧濃度,速度矢量場,停用磨煤機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B的工況,數值計算目前仍在進行的研究工作：,全爐膛的粒子軌跡圖預測易積灰、結焦的部位停用不同磨煤機時的熱流密度分布分析熱負荷的偏差煤種變更時的影響預測煤種變化對燃燒、排放的影響不同拱下風入射角度的影響,四川第一臺超臨界W鍋爐主要指標,提高超臨界W火焰鍋爐穩(wěn)定性的措施,（一）運行措施1、加強燃煤采購和摻配摻燒管理，盡可能使入爐煤質接近設計值?；疖嚸簾嶂底畹瓦_15.6MJ/KG，通過合理摻配摻燒平均入爐煤熱值約為17.5MJ/KG2、嚴格執(zhí)行防止水冷壁超溫及壁溫差過大的運行措施，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格執(zhí)行。主要是對壁溫單點超限和最大壁溫差超限以及超限時間進行考核。（2）維持爐內燃燒穩(wěn)定，并確保爐膛滅火保護裝置可靠投入。,（3）超溫主要發(fā)生在啟、停磨煤機及增、減負荷時出現。在加減負荷過程中盡量平穩(wěn)緩慢，嚴格按照負荷曲線進行變動。啟動磨煤機時，旁路風在20%左右，容量風不超過5%，開啟磨煤機熱風門時應緩慢進行，并提醒給水調節(jié)人員，根據汽溫及水冷壁溫變化，及時增加給水，調整負荷。停磨時盡量將筒體煤粉抽空，避免再次啟動時大量煤粉進入爐內對燃燒造成巨大波動。（4）在負荷不變的情況下，進行制粉系統切換時，原則上準備啟動的磨煤機在暖磨合格后采用閉磨啟動方式，啟運后先逐漸關小準備停運的磨煤機的容量風，再緩慢開啟剛啟運磨煤機的容量風，每次幅度不超過5%，其他磨煤機暫時不做調整，避免燃燒大幅度波動。,（5）為維持爐膛熱負荷盡量均勻，減少熱負荷偏差，在條件允許情況下，原則上480MW-600MW負荷保持六臺磨煤機運行，400MW-480MW負荷保持五臺制粉系統運行，350MW-400MW保持四臺制粉系統運行。（6）盡量避免同時對多臺磨煤運行狀態(tài)（容量風量）進行調整，以防止輸入粉量波動疊加，引起熱負荷大的波動，在穩(wěn)態(tài)下磨煤機出力偏差不大于5t/h。（7）在機組協調投入的情況下，注意監(jiān)視運行磨煤機的容量風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，立即將該磨容量風切換為手動運行。,（8）調整給水時應緩慢平穩(wěn)，防止因給水流量大幅度波動而引起管壁超溫。在給水投入自動的時候密切監(jiān)視給水流量的變化幅度，必要時切為手動方式調整。（9）做好風煤比的控制和入爐風量的調節(jié)工作，在440MW負荷以上時，保證氧量在3.5%-4.0%之間，在440MW負荷以下時，氧量控制在4.0%-5.2%之間，防止低負荷時風量過小引起煙氣流分布不均的加劇。,（10）做好二次風風箱風壓控制，保證二次風箱風壓在0.75-1.0KPa，最低不低于0.6KPa。以免二次風剛性差。但是嚴禁過分關小F風各分門強行提高風壓，F風各分門開度按相關規(guī)定執(zhí)行。（11）在440MW以下時，水冷壁超溫情況較為明顯，在此區(qū)段負荷，應加強調整和監(jiān)視。原則上保持四臺磨煤機原則運行，盡量做到在爐膛寬度方向上熱負荷分布均勻。,（12）必須按規(guī)定進行爐膛的吹灰工作，在壁溫偏差較大情況下，應增加爐膛的吹灰次數。（13）若出現超溫，開大超溫位置的燃盡風門開度，在不掉粉的情況下，適當減小對應的F風擋板開度。（14）嚴格監(jiān)視水冷壁管壁溫度，當超溫發(fā)生時，降低過熱度，將過熱度控制在10-20，適當降低主汽參數運行。,（15）在保證管壁不超溫的前提下，做好中間點溫度、減溫水之間相互協調控制，盡量保證主汽溫度在額定值運行，汽溫調節(jié)原則盡量通過調整過熱度，少減溫水的方式。嚴禁采用高過熱度，大減溫水運行方式，這樣既不安全又不經濟。（16）經常分析磨煤機運行情況，定期檢查分析煤粉細度、均勻性、出口一次風風速偏差、煤粉濃度偏差，對動態(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每月至少進行一次內部檢查（發(fā)現煤粉細度異常應盡快檢查），包括動靜態(tài)分離器葉片、鎖氣器、回粉管等。（17）嚴格執(zhí)行防止空預器堵塞措施，避免由此產生的一、二次風壓脈動引起燃燒擾動和管屏低頻振動。,（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、加強風量測量系統及自動裝置的定期檢查校核，確保顯示準確，自動裝置運行穩(wěn)定、可靠。3、停爐后對制粉系統、風煙系統的風門擋板進行檢查治理，并對一次風、乏氣風進行調平，同一臺磨煤機煤粉濃度差不應超過10%。,5、停爐后對爐膛結焦情況進行檢查，特別是對有焦塊遮擋、堵塞的燃燒器和風口進行清理，避免風量分配不均或局部缺氧。6、做好剛性梁及膨脹導向裝置、校平裝置系統的檢查，運行時注意檢查受熱面相關部位的膨脹與晃動，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象。,小結,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，設計是關鍵。合理選取熱力參數、布置燃盡風系統、布置防焦風系統、設置水冷壁中部全混合集箱等措施要在設計階段充分考慮。對于已投產的超臨界W爐，充分認識到此種爐型熱容量小、參數變化快等