过热器减温水过量及二次汽欠温原因分析及解决措施

过热器减温水过量及二次汽欠温原因分析及解决措施摘要:我厂#1机组配备600 MW四角切圆煤粉锅炉。该锅炉自运行以来一直存在非满负荷下过热汽超温(表现为过热器减温水过量)和再热蒸汽欠温的问题,这两个问题对锅炉的安全和经济运行造成了不利影响,迫切需要采取治理改造措施。本文首先讨论了过热器减温水过量和二次汽欠温的危害,接着分析了可能造这两个问题的原因,随后对不同的改造方案进行了对比,最后发现将分隔屏截短2 m的方案相对较好,并结合实际工程结构最终将分隔屏截短了1.9 m。经过工程改造实施后,这两个问题得到了完满解决,所采用的截屏方案对其他存在类似问题的大容量锅炉改造具有很好的参考意义。

关键词:减温水二次汽分隔屏锅炉

电力工业是国民经济最主要的能源产业,也是我国国民经济发展的重要基础产业。至2008年底,全国发电装机容量达79,253万千瓦,同比增长10.34%。2008年全国发电量增长5.18%,用电量增长5.23%,当年共新增发电装机容量9,051万千瓦。国内燃煤电站的主力机组容量多为300 MW、600 MW,近来已有容量为1000 MW的燃煤机组投产,所配锅炉也趋于大型化[1]。我国锅炉设备的生产尽管在容量和参数发展上保持较高水平,但是,从基础研究、产品开发、设计、制造、运行到整个技术管理体系,和先进发达国家相比较,尚存在较大的差距。特别在600 MW机组的锅炉生产上还不是很成熟,因此现在国内运行的600 MW机组的锅炉大部分为国外引进[2]。国产引进型300 MW

机组和600 MW机组,在经济性、可靠性、可调性、环保等方面,比20世纪80年代投产的国产机组又较大改善,但与设计指标相比仍存在着差距。在我国,新建机组锅炉在调试过程中往往不对设备进行细致的优化调整,虽然设备能够连续稳定运行,但锅炉很难处于最佳运行状态,所以在之后的试生产期都需要进行优化调整[3,4]。由于我国现在投运的机组其经济性指标比起国外先进机组还有很大差距,因此,除了对经济性差的老机组进行淘汰和改进外,加强对在役锅炉的优化设计研究等工作也是一种改变落后状态行之有效的方法[5]。

我们厂一期工程(2×600 MW)1#锅炉自投产以来,主要运行参数都能达到设计值,但锅炉一直存在过热器减温水量过大和非满负荷下二次汽欠温的问题,满负荷时过热器减温水量统计值达122.68 t/h,甚至还高,远远超过29.8 t/h(100%THA)的设计值,在非满负荷下,当75%THA时,末级再热器出口汽温统计值为536.35 ℃,50%THA时为530.77 ℃,而再热器出口汽温设计值在非满负荷时都为541 ℃。这些都严重威胁锅炉长期安全、稳定、经济运行。急需对锅炉实施相应的改造,降低过热器减温水量,提高非满负荷下二次汽温度,消除不稳定及不安全因素,以给电厂创造更多的经济效益。经过调查发现,国内某些电厂也出现过类似问题,例如哈尔滨第三发电厂和北仑电厂等[6]。

1 减温水过量和二次汽欠温的危害

1.1 减温水过量的危害

喷水减温器又称混合式减温器,其原理是将减温水通过喷嘴雾化后直接喷入过热蒸汽中,使其雾化,吸热蒸发,达到降低蒸汽温度的目的。喷水减温器结构简单,调节幅度大,惯性小,调节灵敏,有利于自动调节,因此,在现代大型锅炉中得到广泛地应用。这种减温器的减温水直接与蒸汽接触,因而对水质要求高。由于喷水减温方法只能降温而不能升温,因此,采用喷水减温器调节汽温时,过热设计吸热量应略大些。以保证在额定负荷下能达到设计汽温并能通过减温水调节汽温。这样,在高负荷时用减温器来降低高出额定值部分的汽温以维持汽温的额定值。喷水减温主要用于过热汽温的调节,在锅炉的额定负荷设计计算中选用适量的过热汽减温水量非常重要,减温水量过大需增加大量受热面,提高锅炉生产成本;减温水量过小,在煤种等外界因素波动下或负荷降低等情况下引起汽温偏低,过热汽温可调性差。对于再热蒸汽,由于喷入再热蒸汽后会使汽轮机中低压缸蒸汽流量增加,因而中低压缸的做功量增加,这样在机组负荷一定时势必会减少高压蒸汽做功,降低机组的循环热效率。同时,由于减温水和过热器内蒸汽温度差距较大,因而混合过程所造成的不可逆损失会较大,从而也造成了锅炉效率的降低。计算结果表明再热蒸汽中喷入1%的减温水,循环热效率下降0.1%～0.2%。因此,在再热汽温的调节中,喷水减温只是作为烟气侧调温的辅助手段和事故喷水用[7]。

1.2 二次汽欠温的危害

锅炉机组之所以要增加再热器,主要目的是为了提高汽轮机内蒸

汽的干度,以提高汽轮机运行的安全性和内效率。但是,如果再热器出口温度存在明显欠温,则会对机组造成两方面危害。一个是由于降低了平均温差,从而使得汽轮机的效率下降,不利于电厂的经济性。另一个是由于温度降低,根据郎肯循环可知,汽轮机内蒸汽的干度会下降,这一方面降低了汽轮机的寿命。另一方面也降低了汽轮机的内效率。于机组安全性和经济性都有危害。

2 减温水过量和二次汽欠温的原因分析

过热器一、二级减温水过量的原因是多方面的综合影响造成的[8,9]。喷射减温水是为了保证末级过热器出口温度维持在541 ℃左右。如果过热系统受热面吸热量相对偏多,则会造成减温水量偏多。二次汽欠温的原因正好相反,是因为再热器吸热量相对偏少所致。不论是减温水过量还是二次汽欠温,都和锅炉内部蒸汽温度的影响因素和调节有一定关系。

2.1 蒸汽温度的影响因素

影响汽温的因素很多,而且这些因素还可能同时发生影响。下面分别介绍:(1)锅炉负荷,现代大型锅炉的过热器和再热器系统一般具有对流汽温特性。即锅炉负荷升高(或下降),汽温也随之上升(或降低)。

(2)过量空气系数,过量空气系数增大时,燃烧生成的烟气量增多,烟气流速增大,对流传热加强,导致过热汽温升高。(3)给水温度,给水温度降低,产生一定蒸汽量所需的燃料量增加,燃烧产物的容积也随之增加,

同时炉膛出口烟温升高,所以,过热汽温将升高。在电厂运行中,高压加热器的投停会使给水温度有很大的变化,因而会使过热汽温发生显著的变化。(4)受热面的污染情况,炉膛受热面的结渣或表面积灰会使炉内辐射传热量减少,过热区域的烟气温度提高,因而使过热汽温上升。反之,过热器本身的结渣或积灰将导致汽温下降[10]。(5)饱和蒸汽用汽量,当锅炉采用饱和蒸汽作为吹灰等用途时,用汽量增多将使过热汽温升高。锅炉的排污量对汽温也有影响,但因排污水的焓值降低,故影响不大。(6)燃烧器的运行方式,摆动式燃烧器的喷嘴向上倾斜,会因火焰中心提高而使过热汽温升高。但是对流受热面距炉膛越远,喷嘴倾角对其吸热量和出口温度的影响就越小。对于沿炉膛高度具有多排燃烧器的锅炉,运行中不同标高的燃烧器组的投运,也会影响过热蒸汽的温度。(7)燃料的种类和成分,当燃煤锅炉改为燃油时,由于炉膛辐射热的份额增大,过热汽温将下降。在煤粉锅炉中,煤粉变粗,水分增大或灰粉增加,都会使过热汽温有所提高。

2.2 蒸汽温度的调节

维持稳定的汽温是保证机组安全和经济运行所必需的。汽温过高会使金属许用应力下降,影响机组的安全运行;汽温降低则会影响机组的循环热效率。运行中一般规定汽温偏离额定值的波动不能超过-10 ℃～+5 ℃。汽温的调解就是要在一定的负荷范围内保持额定的蒸汽温度,以修正运行因素对汽温波动的影响[11]。蒸汽温度调节方法主要分为蒸汽侧调节和烟气侧调节两类。(1)蒸汽侧调节汽温,是指通