嘉興發(fā)電廠1.2號300 MW機(jī)組完成了鍋爐微油點(diǎn)火和無電泵啟動改造后，在機(jī)組啟動帶初負(fù)荷后主蒸汽溫度上升快，甚至出現(xiàn)超溫嚴(yán)重的情況。1.2號鍋爐已運(yùn)行十多年，過熱器管內(nèi)壁已有明顯的氧化皮，管材劣化，鍋爐主蒸汽超溫或者溫度變化率過大將可能使氧化皮脫落或加速過熱器等管材的劣化，影響鍋爐安全運(yùn)行：同時主蒸汽短時內(nèi)溫升過大，將造成高壓缸內(nèi)外溫差過大，即內(nèi)壁溫度高、外壁溫度低，超過設(shè)計(jì)值過多，可能使汽缸內(nèi)表面壓應(yīng)力、外表面拉應(yīng)力過大，汽缸垂直方向的內(nèi)圓周伸長，結(jié)合面出現(xiàn)內(nèi)張口，使汽缸產(chǎn)生變形…。因此必須有妥善的控制方法來解決機(jī)組啟動過程中帶初負(fù)荷后主蒸汽溫度上升快或超溫的問題。
1、超溫原因分析
1.2號鍋爐為亞臨界中間一次再熱汽包爐，采用四角切圓燃燒方式，設(shè)計(jì)燃料為0號柴油和神木煙煤，制粉系統(tǒng)是正壓直吹式。每臺磨煤機(jī)帶1層4個一次風(fēng)噴嘴，燃燒器一次風(fēng)自下而上分別為ABCDE 5層，二次風(fēng)自下而上分別為AA，AB，BC，CD，DE，EF，OFA，一、二次風(fēng)為間隔布置，每個一次風(fēng)噴嘴均配備周界風(fēng)，二次風(fēng)噴嘴AB，BC，DE內(nèi)設(shè)有大油槍。鍋爐微油點(diǎn)火改造后，磨煤機(jī)B的4個燃燒器改為微油燃燒器，燃燒器內(nèi)設(shè)有微油槍。
首臺磨煤機(jī)啟動由機(jī)組并網(wǎng)帶初負(fù)荷后直接提前到鍋爐點(diǎn)火時，即微油槍點(diǎn)火后直接啟動，替代了2—3層大油槍。微油點(diǎn)火方式下機(jī)組并網(wǎng)后汽溫上升很快，在6MW時將給水由省煤器進(jìn)水旁路切至主路，主蒸汽溫度上升過快甚至超溫，富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
另外，柴油的低位發(fā)熱量是煙煤的1.7倍多，能量更集中。因此鍋爐微油點(diǎn)火后，爐膛火焰中心溫度有所下降而出口溫度卻有所上升，后屏過熱器與末級過熱器出口蒸汽溫度升高。
無電泵改造后，將電泵出口旁路閥移至鍋爐省煤器進(jìn)口電動閥旁路上，在給水由省煤器進(jìn)水旁路切至主路控制前，由于旁路調(diào)節(jié)閥通流能力和節(jié)流的限制，省煤器進(jìn)口電動閥前壓力較改造前有了明顯提高（壓力不再取決汽泵壓力，僅取決于汽泵轉(zhuǎn)速）。由于過熱器減溫水處于此區(qū)間內(nèi)，在給水由省煤器進(jìn)水旁路切換至主路控制后，過熱器減溫水壓力下降，引起過熱器一、二級減溫水大幅度減少，主蒸汽溫度也會快速上升。
2、一般對策及其弊端
(1)從以上的分析可以看到，在機(jī)組改造后啟動中，主蒸汽溫度上升成了必然，其上升值約有100℃。為了控制主蒸汽升溫率，在并網(wǎng)初期主蒸汽量還未達(dá)到保護(hù)限定值前手動投人減溫水。由于主蒸汽流量較低，減溫水對主蒸汽的溫度影響較大，且很容易在某些管子內(nèi)形成水塞，使管子過熱變形或爆管。
(2)為控制溫度，減溫水的投入量較大，省煤器進(jìn)水由旁路切主路后，給水壓力下降較多，減溫水壓力也跟著下降，致使減溫水量降幅較大，引起主蒸汽溫度上升較多，甚至長時間超溫。
(3)在出現(xiàn)了主蒸汽溫度快速上升或超溫后，通常靠拉升負(fù)荷，也就是通過開大汽機(jī)調(diào)門的方法來控制汽溫。但是負(fù)荷經(jīng)過快速拉升后又會跌回，汽溫上升，只能再拉升負(fù)荷，如此往復(fù)，最終使得主蒸汽發(fā)生長時間超溫。
3、避免超溫的原理
過熱蒸汽區(qū)的定溫線在高壓區(qū)域彎曲較大，在低壓區(qū)域趨向于水平直線。在機(jī)組通流量較小工況下，過熱蒸汽流經(jīng)包括調(diào)節(jié)級在內(nèi)的級組處于亞臨界狀態(tài)，忽略背壓變化，應(yīng)用弗留格爾公式，級組前蒸汽壓力、溫度與級組蒸汽流量的關(guān)系，可以近似地用表達(dá)式予以確定：式中：Go為參考工況下級組內(nèi)的蒸汽流量；Po為參考工況下級組前的蒸汽壓力；T0為參考工況下級組前的蒸汽溫度；為變動工況下級組內(nèi)的蒸汽流量；為變動工況下級組前的蒸汽壓力；t0為變動工況下級組前的蒸汽溫度。
根據(jù)汽輪機(jī)設(shè)計(jì)值，汽輪機(jī)通流量Gj與主蒸汽壓力po可以近似看成正比關(guān)系：
綜合過熱蒸汽焓熵圖上定溫曲線和蒸汽流量與壓力的關(guān)系，可以看到在過熱蒸汽壓力升高到定溫曲線斜率等于過熱蒸汽的流量曲線斜率之前，隨著主蒸汽的壓力升高，雖然單位質(zhì)量過熱蒸汽的焓值下降，但是通過汽輪機(jī)汽流的總焓值是增加的。因此如果鍋爐在同一燃料量下（假定鍋爐燃燒工況不變），隨著主蒸汽壓力升高，過熱器區(qū)域煙氣溫度下降，蒸汽溫度也呈下降趨勢。
如果此時開大汽輪機(jī)調(diào)門開度，主蒸汽流量將增加。但是對于固定燃料量，人為增加蒸汽流量后，鍋爐內(nèi)溫度下降，產(chǎn)汽量萎縮，汽壓下降，蒸汽流量下降。持續(xù)開調(diào)門，汽壓持續(xù)下降，蒸汽溫度持續(xù)升高。此時如果增加燃料量，由于低負(fù)荷時爐內(nèi)火焰溫度水平低，煤粉燃燒時間長，同時爐膛容積熱負(fù)荷設(shè)計(jì)值較大，所以對汽壓的影響不顯著，過量的燃料量反而進(jìn)一步使蒸汽溫度升高。
因此，機(jī)組帶初負(fù)荷后要控制主蒸汽溫度，關(guān)鍵是提高爐內(nèi)溫度，改善燃燒，提高主蒸汽壓力，等汽壓上升后，再相應(yīng)地開大汽輪機(jī)調(diào)門。
4、兩種控制策略比較及其弊端
第一種控制策略：并網(wǎng)后增投1層大油槍。0號柴油較神木煙煤的能量大，柴油的液滴較煤粉顆粒燃燒快，因此投入AB層大油槍以柴油替代一部分煤粉，燃燒加快，火焰溫度提高；另外油槍高溫火焰對煤粉進(jìn)行加熱，加快煤粉的著火和燃燒。增投1層大油槍后等量燃料量下汽包壓力有明顯的上升，但是這使微油點(diǎn)火啟動的節(jié)油目標(biāo)大打折扣。
第二種控制策略：推遲給水旁路切主路。隨著鍋爐負(fù)荷的增加，爐內(nèi)燃燒加強(qiáng)，蒸汽流量增加，蒸汽溫度更易控制。如果在機(jī)組負(fù)荷150 MW時再將給水由旁路切至主路控制，將有利于汽溫的調(diào)節(jié)。但是，對于亞臨界機(jī)組，給水泵功率占主機(jī)發(fā)電功率3%～4%左右，低負(fù)荷時降低鍋爐給水壓力來降低給水泵耗功將給機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性帶來明顯益處，因此，推遲給水旁路切主路，與機(jī)組無電泵啟動的初衷是背道而馳的。
5、綜合控制策略及效果
(1)鍋爐啟動過程中盡可能燃用高熱值、高揮發(fā)分、低灰分、低水分的煤種。通常揮發(fā)分愈多的煤，愈容易著火；水分多，使著火推遲，燃燒也不易完全，水分增大對過熱汽溫也有影響，一般經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為：水分增加1%．過熱汽溫升高1.5℃：灰分大，使煤不易燃盡、燃燒不穩(wěn)定，并帶走大量物理顯熱，灰分增大對過熱汽溫也有影響，一般經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為：灰分增加10%，過熱汽溫升高5℃。
(2)汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前后合理控制煤量。在關(guān)閉高、低旁路準(zhǔn)備汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前可以適當(dāng)減少鍋爐燃料量，防止蒸汽溫度在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)至并網(wǎng)前上升幅度過大，尤其是在試驗(yàn)或等待時間較長時。在機(jī)組并網(wǎng)前適當(dāng)增加鍋爐燃料量，可以減緩機(jī)組并網(wǎng)后汽壓下降的速度。
(3)提高給水溫度，加強(qiáng)除氧器加熱。在機(jī)組并網(wǎng)后，及時投入高、低壓加熱器尤其是高壓加熱器，在其投入后可提高給水溫度90℃左右，大大提高了給水焓值，鍋爐水冷壁上的溫度將升高，爐壁附近煙氣溫度也將升高，有利于煤粉顆粒的著火和穩(wěn)燃。
(4)合理控制一次風(fēng)和二次風(fēng)。適當(dāng)降低投用磨煤機(jī)組的一次風(fēng)量，磨煤機(jī)出口煤粉細(xì)度會有所上升，同時提高一次風(fēng)溫，可以加快煤粉顆粒的著火和燃盡。二次風(fēng)雖經(jīng)過空預(yù)器加熱，但在鍋爐低負(fù)荷時其溫度仍遠(yuǎn)低于爐膛內(nèi)煙氣的溫度，所以過大的二次風(fēng)量涌入必然降低著火區(qū)域的溫度。通常控制總風(fēng)量在45%左右過剩空氣量已足夠，同時控制磨煤機(jī)組對應(yīng)區(qū)域的二次風(fēng)量不過大，以提高爐膛內(nèi)溫度，加快煤粉顆粒的著火和燃盡。
(5)盡早投入底層磨煤機(jī)A。在機(jī)組準(zhǔn)備并網(wǎng)前，應(yīng)盡可能完成第2臺磨煤機(jī)的暖磨工作，以利于在機(jī)組并網(wǎng)后第2臺磨煤機(jī)盡早投入。這樣A，B層燃燒器出口火焰間形成互補(bǔ)，即A層火焰對B層煤粉燃燒起到助燃作用．A層煤粉的燃燒通過B層火焰又得以充分發(fā)展，改善爐內(nèi)煤粉燃燒狀況，提高火焰溫度，同時也使得火焰中心下移，改善鍋爐受熱面輻射熱量和對流熱量的分配，提高主蒸汽壓力，從而減緩主蒸汽溫度上升。
(6)省煤器進(jìn)水由旁路切主路盡可能在主、再熱蒸汽減溫水投入前完成，可以減少主、再熱蒸汽的波動。如果在切換前已經(jīng)出現(xiàn)了減溫水投入的情況，可預(yù)先開大減溫水調(diào)節(jié)閥，接著馬上完成切換，減少減溫水壓力變化對減溫水量的擾動。
機(jī)組啟動時采取以上控制措施后，帶初負(fù)荷蒸汽溫度上升快或超溫的問題得以控制，見表2。
6、結(jié)語
機(jī)組啟動過程帶初負(fù)荷后主蒸汽溫度上升過快或超溫的問題出現(xiàn)在鍋爐微油點(diǎn)火改造和無電泵啟動改造后，這是由于在鍋爐點(diǎn)火后煤粉替代柴油，爐內(nèi)燃燒、鍋爐受熱面輻射和對流換熱分配發(fā)生了改變，對應(yīng)鍋爐燃料量的蒸汽壓力下降所造成的。通過控制入爐煤的品質(zhì)，控制啟動不同階段的燃料量，調(diào)整一、二次風(fēng)，提高給水溫度，提前啟動第2套制粉系統(tǒng)，注意省煤器進(jìn)水由旁路切主路時的減溫水控制等措施，蒸汽溫度上升過快或超溫的問題得以解決。這對容積熱負(fù)荷較大、微油燃燒器布置較高的鍋爐微油點(diǎn)火啟動中避免超溫有借鑒意義。
