600 MW高水分褐煤锅炉变负荷特性试验

600 MW高水分褐煤锅炉变负荷特性试验

张清峰曹红加李俊忠2，问树荣2（华北电力科学研究院有限责任公司，北京100045；2.内蒙古上都发电有限责任公司，内蒙古正蓝旗027200）炉膛断面热负荷。该类型的褐煤锅炉变负荷速率低于普通烟煤锅炉。进行了一次风压、燃烧器负荷分配、二次风配风调整等对锅炉变负荷影响的试验。试验结果表明：在机组需要快速升负荷时，先提高一次风压，然后增加给煤量可以提高锅炉的升负荷速率。如果锅炉的氧量偏差不大，可以短期内不增加送风量。适当优先增加上层燃烧器的给煤量，可以提高锅炉的升负荷速率。机组协调投运时，负荷变化率最大不超过5 0前言我国褐煤锅炉机组的起步较晚、目前已经投产的褐煤机组主要有：元宝山电厂（一期引进1X300MW，二期引进1X500MW，三期国产1X600MW），伊敏电厂（一期引进2X500MW），富拉尔电厂（国产6X200MW），通辽电厂（4X200MW），以及最近投产的上都发电公司（4X600MW），初步形成一定规模。

　　内蒙古上都发电有限责任公司为4X600MW汽轮发电机组，锅炉为某公司生产的亚临界压力、一次中间再热、单炉膛平衡通风、控制循环汽包锅炉；其型号为HG― 2070/17.5―HM8，锅炉整体采用n型布置，为全钢构架悬吊紧身全封闭结构。炉膛尺寸为20.193X20.052X78.26m，水冷壁尺寸为办51X6.5mm，共1228根。炉膛容积热负荷60.2kW/ms，炉膛断面热负荷3.907MW/m2.锅炉设计燃用锡林浩特胜利煤田一号露天矿褐煤，炉膛燃烧方式为正压直吹四角切圆燃烧，采用直流水平浓淡摆动式燃烧器。制粉系统配置8台HP1103型碗速磨煤机，锅炉燃用设计煤种满负荷运行时，7台运行1台备用。上都发电公司燃用煤种属于高水分、高挥发分、低发热量、低灰熔点，有强结渣特性的褐煤。为了防止锅炉结渣，设计采用了较大的炉膛断面、较高的炉膛高度，从而获得了非常低的炉膛容积热负荷和非常低的炉膛断面热负荷。

　　为了满足煤粉制备中保证碾磨出力和干燥出力，锅炉配置了较多台数和较大容量大磨煤机，而且在空气的加热系统上进行了特殊设计，在一般锅炉回转式空气预热器后面，又增加设计了一级管式空气预热器，使锅炉可以在额定负荷产生400°C以上的高温热风，以满足该煤种干燥的需要。这虽然满足了煤种的需要，但使得系统复杂了，在变负荷过程中，需要更长时间来达到热平衡。

　　该锅炉设计燃用锡林浩特胜利煤田一号露天矿5层和6层混煤，设计煤种和校核煤种收到基低位发热量分别为14 400k/kg，设计和校核煤种的全水分在30%左右，由于设计煤种发热量非常低，只有优质烟煤发热量的一半，而且水分含量非常高，是烟煤的2倍以上。由于人炉煤发热量很低，而且为了防止锅炉结渣，控制炉膛出口温度，所以该锅炉炉膛温度较一般锅炉低，炉膛出口烟温为1150C1 1燃用煤种分析试验时锅炉燃用煤质分析见表1.表1实际煤种的煤质分析数据项目数值褐煤的挥发分含量较高，达到40.6%.挥发分燃烧产生的热量多少，取决于原煤挥发分的数量与挥发分的热值。如果原煤的挥发分多，挥发分的热值也高，则挥发分燃烧产生的热量就高，容易达到焦炭的着火温度，使焦碳着火提前，更容易燃尽。同时褐煤的全水分含量极高，接近40%，过高的水分需要更高的磨煤机人口温度及一次风量来保证磨煤机的干燥出力。褐煤的灰分并不高，为10.79%.灰分增加会使火焰温度下降。煤的理论燃烧温度愈低，引起温度下降的幅度愈大。高灰分使着火推迟，燃烧温度下降，稳定性下降。灰分增加会使燃烬度变差。受热面的沾污和磨损愈严重，沾污常引起结渣及过热器超温而影响安全运行。收到基的低位发热量较低，为13. 26M/kg，低于设计煤质的发热量，因此该褐煤进人炉膛后会使理论燃烧温度下降而投人锅炉更多的煤，以维持锅炉的蒸发量及炉膛出口烟温下降对对流受热面带来的吸热不足。

　　2锅炉变负荷的重要性目前，我国电网公司对于600MW机组一般要求投人AGC应达到12MW/min的负荷变化速率，以适应电网调度的要求。我国已经投运的600MW普通烟煤锅炉变负荷速率基本都能满足电网调度的要求，而从上都电厂目前运行的实际情况来看，对于这种带中速磨燃用高水分褐煤的锅炉，难以满足电网公司调度的要求。因此，对高水分褐煤锅炉的变负荷特性进行试验，确定该类型煤种锅炉的变负荷能力，为该类型煤种锅炉机组的调度提供依据，具有一定的现实意义。

　　3褐煤锅炉变负荷试验由于褐煤的高水分低发热量的特性，锅炉升降负荷与普通烟煤锅炉的差异很大。从锅炉侧来看，影响机组变负荷的主要有一次风压、燃烧器负荷分配、二次风配风调整等。进行锅炉变负荷试验的目的是全面试验锅炉变负荷情况，得出一次风压、二次风量、二次风配风方式以及燃烧器负荷分配等的调整与锅炉变负荷特性之间的关联，得出提高锅炉变负荷能力的运行调整方法。

　　试验分8个工况进行，如表2所示。

　　表2锅炉变负荷试验工况工况1锅炉正常升负荷汽轮机阀位开度、真空保持不变，投运各磨煤机均增加给煤量，二次风量、配风方式不变，一次风压随负荷自动调整。

　　汽轮机阀位开度、真空保持不变，先提高一次风母管压力1.0kPa，投运各磨煤工况2一次风压先调整升负荷机均增加给煤量，二次风量、配风方式不变，一次风压随负荷维持1.0kPa正偏置自动调整。

　　工况3增大下层燃烧器给煤升负荷汽轮机阀位开度、真空保持不变，主要增加下层磨煤机给煤量，二次风量、配风方式不变，一次风压随负荷自动调整。

　　工况4增大上层燃烧器给煤量汽轮机阀位开度、真空保持不变，主要增加上层磨煤机给煤量，二次风量、配风方式不变，一次风压随负荷自动调整。

　　汽轮机阀位开度、真空保持不变，投运各磨煤机均增加给煤量，二次风量、配工况5增大上层二次风量升负荷风方式不变，一次风压随负荷自动调整。与工况1相比，试验前增大上层二次风量。

　　工况6二次风量调整升负荷汽轮机阀位开度、真空保持不变，投运各磨煤机均增加给煤量，配风方式不变，一次风压随负荷自动调整。试验前增大二次风量，然后增加给煤量。

　　工况7一次风压先调整并开大汽轮机阀位升负荷试验前先提高一次风母管压力1.0kPa，投运各磨煤机均增加给煤量，二次风量、配风方式不变，一次风压随负荷维持1.0kPa正偏置自动调整。试验期间主蒸汽压力升高时适当开大汽轮机阀位开度，基本稳定主蒸汽压力。

　　工况1锅炉正常升负荷工况2一次风压先调整升负荷表3锅炉变负荷试验结果工况3增大下层燃烧器给煤升负荷工况4增大上层燃烧器给煤量工况5增大上层二次风量升负荷工况6二次风量调整升负荷工况7并开大汽轮机一次风压自动随机组负荷调整、二次风量基本维持不变、各燃烧器均增加给煤量，各燃烧器均等配风、上两层燃尽风（OFA）开度为10%，增加给煤量24t.由于。褐煤的高水分特性，燃料进人锅炉后大量吸收热量，锅炉主蒸汽压力略有降低，20 s后主蒸汽压力开始升高。15min内，机组负荷从403.9MW上升到430.0MW，主蒸汽和再热蒸汽温度控制稳定，主汽压力从15.组每升高10MW负荷需要给煤量为8t.锅炉的变负荷速率为：。74MW/min.在升负荷前，先将一次风母管风压提高1.0kPa（即一次风机自动偏置上设1. 0kPa）、二次风量基本维持不变、各燃烧器均增加给煤量，各燃烧器均等配风、上两层燃尽风（OFA）开度为10%，增加给煤量24t.从开始增加给煤量开始计时，1 min内增加给煤量24t，6min内，机组负荷从369.6MW上升到390.3MW，主蒸汽和再热蒸汽温度控制稳定，主汽压力从13.44MPa上升到13.97MPa.锅炉的变负荷速率为329MW/min.一次风压自动随机组负荷调整、二次风量基本维持不变、各燃烧器均等配风，下层3台磨煤机共增加给煤量18t.从开始增加给煤量开始计时，1 min内增加给煤0.73量18113min内，机组负荷从438.6MW上升到448.1MW，主蒸汽和再热蒸汽温度控制稳定，主汽压力从15. 71MPa.锅炉的变负荷速率一次风压自动随机组负荷调整、二次风量基本维持不变、各燃烧器均等配风，上层3台磨煤机增加给煤量18t.从开始增加给煤量开始计时，1min内增加给煤量1.2418t，19min内，机组负荷从453.1MW上升到477.1MW，主蒸汽和再热蒸汽温度控制稳定，主汽压力从15.07MPa上升到15.87MPa.锅炉的变负荷速率为：一次风压自动随机组负荷调整、二次风量基本维持不变、各燃烧器均等配风、上两层燃尽风（OFA）开度为80%，各磨煤机均增加给煤，总增加给煤量24t.从开2.77始增加给煤量开始计时，1min内增加给煤量24t，12min内，机组负荷从409.1MW上升到444. 9MW，主蒸汽和再热蒸汽温度控制稳定，主汽压力从13. 53MPa上升到14.51MPa.锅炉的变负荷速率为：2.77MW/min.一次风压自动随机组负荷调整、各燃烧器均等配风、上两层燃尽风（OFA）开度为80%，各磨煤机均增加给煤，总增加给煤量24t，在增加给煤量前先增加二次风量200kNm3/h.从开始增加给煤量开始计时，1min内增加给煤量24t，14min内，机组负荷从489. 1MW上升到496.9MW，主蒸汽和再热蒸汽温度控制稳定，主汽压力从15.65MPa上升到16.05MPa.锅炉的变负荷速率为：0.在变负荷前先提高一次风压1. 1kPa，各燃烧器均等配风、上两层燃尽风（OFA）开度为70%，各磨煤机均增加给煤，总增加给煤量24t，汽轮机阀位根据锅炉主蒸汽压力调整，基本稳定锅炉主蒸汽压力。从开始增加给煤量开始计时，1min内增加给煤量24t，5min内，机组负荷从378.2MW上升到399.0MW，主蒸汽和再热蒸汽温度控制稳定，主汽压力从13.26MPa上升到13.47MPa.锅炉的变负这8个工况的试验过程与结果见表3.由于褐煤的高水分特性，同时考虑褐煤中速磨制粉系统防爆的要求，磨煤机出口煤粉的温度一般维持在60°C65°C左右，进人锅炉的煤粉含有大量水分，一般为18%22%，且随着磨煤机出口温度的降低增大，煤粉进人炉膛后由于水分的气化升温吸收热量，导致褐煤锅炉机组的变负荷速率大大低于普通烟煤锅炉。在汽轮机阀位保持不变的情况下，锅炉正常升负荷速率为1. 74MW/min.如果在升负荷前先提高一次风压1.0kPa，锅炉升负荷速率为3.29MW/min；在先提高一次风压1.0kPa（即提高瞬时一次风量，改善一次风系统的传热以提高一次风系统磨煤机的干燥出力），同时适当调整（开大）汽轮机的阀位以维持主蒸汽压力基本不变，锅炉升负荷速率为4.09MW/min.增大上层燃烧器给煤量时锅炉升负荷速率为1.24MW/min，增大下层燃烧器给煤量时锅炉升负荷速率为0.73MW/min.相对而言，增大上层燃烧器时，锅炉的升负荷速率更快。在升负荷前，如果先增大送风量，则锅炉升负荷速率为0.55MW/min.由于更多的送风进人炉膛带走热量，锅炉的升负荷速率更低。

　　随着机组负荷的升高，锅炉的变负荷速率减小。这是因为机组负荷较高时，磨煤机人口的热风挡板已经全开，冷风挡板已经全关，磨煤机出口温度随着给煤量的增加降低，进人炉膛的煤粉水分增大，大量的水分进人炉膛升温，需要吸收更多的热量，煤粉的着火热更大，会减小锅炉的变负荷速率。

　　在机组需要快速升负荷时，先提高一次风压，即一次风量，提高一次风瞬时干燥出力，然后增加给煤量，增加进人炉膛的煤粉量，另一方面可以维持或者提高磨煤机出口温度，避免磨煤机出口煤粉水分的增大，减少煤粉中水分进人炉膛的吸热。先提高一次风压，可以增大锅炉的升负荷速率。此外，如果锅炉的氧量合适，可以短期内不增加送风量。适当优先增加上层燃烧器的给煤量。这样可以提高锅炉的升负荷速率。

　　同样的道理，在机组需要快速减负荷时，先降低一次风压，然后减少给煤量。适当增加二次风量，优先减少上层燃烧器的给煤量。这样可以提高锅炉的降负荷速率。

　　在冬季寒冷季节，由于环境温度低，500MW以上负荷时，为了提高磨煤机的干燥出力，维持磨煤机出口温度60°C以上，需要维持较大的一次风量，此时一次风机出力已基本达到额定，因此利用一次风压调节来提高锅炉变负荷的手段基本难以实现。

　　根据升负荷试验数据结果，建议机组协调投运时，负荷变化率最大不超过56MW/min.且升负荷前先提高一次风压，降负荷时先降低一次风压。

　　4结论由于褐煤的挥发分很高，考虑到制粉防爆的要求，中速磨煤机的出口温度一般为60C65C，并且此要求很严格，这样就客观上造成磨煤机变负荷能力低。

　　由于一次风系统运行时，冷风门挡板为重点，一次风干燥出力没有等量造成磨机系统，给煤量变化能力低。

　　通过锅炉的变负荷试验，可以得出如下结论：在机组需要快速升负荷时，先提高一次风压，然后增加给煤量可以提高锅炉的升负荷速率。如果锅炉的氧量基本合适，可以短期内不增加送风量。适当优先增加上层燃烧器的给煤量。

　　这样可以提高锅炉的升负荷速率。建议机组协调投运时，负荷变化率最大不超过56MW/mn.且升负荷前先提高一次风压，降负荷时先降低一次风压。