600 MW高水分褐煤鍋爐變負荷特性試驗

張清峰曹紅加李俊忠2，問樹榮2（華北電力科學研究院有限責任公司，北京100045；2.內蒙古上都發電有限責任公司，內蒙古正藍旗027200）爐膛斷面熱負荷。該類型的褐煤鍋爐變負荷速率低于普通煙煤鍋爐。進行了一次風壓、燃燒器負荷分配、二次風配風調整等對鍋爐變負荷影響的試驗。試驗結果表明：在機組需要快速升負荷時，先提高一次風壓，然后增加給煤量可以提高鍋爐的升負荷速率。如果鍋爐的氧量偏差不大，可以短期內不增加送風量。適當優先增加上層燃燒器的給煤量，可以提高鍋爐的升負荷速率。機組協調投運時，負荷變化率最大不超過5 0前言我國褐煤鍋爐機組的起步較晚、目前已經投產的褐煤機組主要有：元寶山電廠（一期引進1X300MW，二期引進1X500MW，三期國產1X600MW），伊敏電廠（一期引進2X500MW），富拉爾電廠（國產6X200MW），通遼電廠（4X200MW），以及最近投產的上都發電公司（4X600MW），初步形成一定規模。

　　內蒙古上都發電有限責任公司為4X600MW汽輪發電機組，鍋爐為某公司生產的亞臨界壓力、一次中間再熱、單爐膛平衡通風、控制循環汽包鍋爐；其型號為HG― 2070/17.5―HM8，鍋爐整體采用n型布置，為全鋼構架懸吊緊身全封閉結構。爐膛尺寸為20.193X20.052X78.26m，水冷壁尺寸為辦51X6.5mm，共1228根。爐膛容積熱負荷60.2kW/ms，爐膛斷面熱負荷3.907MW/m2.鍋爐設計燃用錫林浩特勝利煤田一號露天礦褐煤，爐膛燃燒方式為正壓直吹四角切圓燃燒，采用直流水平濃淡擺動式燃燒器。制粉系統配置8臺HP1103型碗速磨煤機，鍋爐燃用設計煤種滿負荷運行時，7臺運行1臺備用。上都發電公司燃用煤種屬于高水分、高揮發分、低發熱量、低灰熔點，有強結渣特性的褐煤。為了防止鍋爐結渣，設計采用了較大的爐膛斷面、較高的爐膛高度，從而獲得了非常低的爐膛容積熱負荷和非常低的爐膛斷面熱負荷。

　　為了滿足煤粉制備中保證碾磨出力和干燥出力，鍋爐配置了較多臺數和較大容量大磨煤機，而且在空氣的加熱系統上進行了特殊設計，在一般鍋爐回轉式空氣預熱器后面，又增加設計了一級管式空氣預熱器，使鍋爐可以在額定負荷產生400°C以上的高溫熱風，以滿足該煤種干燥的需要。這雖然滿足了煤種的需要，但使得系統復雜了，在變負荷過程中，需要更長時間來達到熱平衡。

　　該鍋爐設計燃用錫林浩特勝利煤田一號露天礦5層和6層混煤，設計煤種和校核煤種收到基低位發熱量分別為14 400k/kg，設計和校核煤種的全水分在30%左右，由于設計煤種發熱量非常低，只有優質煙煤發熱量的一半，而且水分含量非常高，是煙煤的2倍以上。由于人爐煤發熱量很低，而且為了防止鍋爐結渣，控制爐膛出口溫度，所以該鍋爐爐膛溫度較一般鍋爐低，爐膛出口煙溫為1150C1 1燃用煤種分析試驗時鍋爐燃用煤質分析見表1.表1實際煤種的煤質分析數據項目數值褐煤的揮發分含量較高，達到40.6%.揮發分燃燒產生的熱量多少，取決于原煤揮發分的數量與揮發分的熱值。如果原煤的揮發分多，揮發分的熱值也高，則揮發分燃燒產生的熱量就高，容易達到焦炭的著火溫度，使焦碳著火提前，更容易燃盡。同時褐煤的全水分含量極高，接近40%，過高的水分需要更高的磨煤機人口溫度及一次風量來保證磨煤機的干燥出力。褐煤的灰分并不高，為10.79%.灰分增加會使火焰溫度下降。煤的理論燃燒溫度愈低，引起溫度下降的幅度愈大。高灰分使著火推遲，燃燒溫度下降，穩定性下降。灰分增加會使燃燼度變差。受熱面的沾污和磨損愈嚴重，沾污常引起結渣及過熱器超溫而影響安全運行。收到基的低位發熱量較低，為13. 26M/kg，低于設計煤質的發熱量，因此該褐煤進人爐膛后會使理論燃燒溫度下降而投人鍋爐更多的煤，以維持鍋爐的蒸發量及爐膛出口煙溫下降對對流受熱面帶來的吸熱不足。

　　2鍋爐變負荷的重要性目前，我國電網公司對于600MW機組一般要求投人AGC應達到12MW/min的負荷變化速率，以適應電網調度的要求。我國已經投運的600MW普通煙煤鍋爐變負荷速率基本都能滿足電網調度的要求，而從上都電廠目前運行的實際情況來看，對于這種帶中速磨燃用高水分褐煤的鍋爐，難以滿足電網公司調度的要求。因此，對高水分褐煤鍋爐的變負荷特性進行試驗，確定該類型煤種鍋爐的變負荷能力，為該類型煤種鍋爐機組的調度提供依據，具有一定的現實意義。

　　3褐煤鍋爐變負荷試驗由于褐煤的高水分低發熱量的特性，鍋爐升降負荷與普通煙煤鍋爐的差異很大。從鍋爐側來看，影響機組變負荷的主要有一次風壓、燃燒器負荷分配、二次風配風調整等。進行鍋爐變負荷試驗的目的是全面試驗鍋爐變負荷情況，得出一次風壓、二次風量、二次風配風方式以及燃燒器負荷分配等的調整與鍋爐變負荷特性之間的關聯，得出提高鍋爐變負荷能力的運行調整方法。

　　試驗分8個工況進行，如表2所示。

　　表2鍋爐變負荷試驗工況工況1鍋爐正常升負荷汽輪機閥位開度、真空保持不變，投運各磨煤機均增加給煤量，二次風量、配風方式不變，一次風壓隨負荷自動調整。

　　汽輪機閥位開度、真空保持不變，先提高一次風母管壓力1.0kPa，投運各磨煤工況2一次風壓先調整升負荷機均增加給煤量，二次風量、配風方式不變，一次風壓隨負荷維持1.0kPa正偏置自動調整。

　　工況3增大下層燃燒器給煤升負荷汽輪機閥位開度、真空保持不變，主要增加下層磨煤機給煤量，二次風量、配風方式不變，一次風壓隨負荷自動調整。

　　工況4增大上層燃燒器給煤量汽輪機閥位開度、真空保持不變，主要增加上層磨煤機給煤量，二次風量、配風方式不變，一次風壓隨負荷自動調整。

　　汽輪機閥位開度、真空保持不變，投運各磨煤機均增加給煤量，二次風量、配工況5增大上層二次風量升負荷風方式不變，一次風壓隨負荷自動調整。與工況1相比，試驗前增大上層二次風量。

　　工況6二次風量調整升負荷汽輪機閥位開度、真空保持不變，投運各磨煤機均增加給煤量，配風方式不變，一次風壓隨負荷自動調整。試驗前增大二次風量，然后增加給煤量。

　　工況7一次風壓先調整并開大汽輪機閥位升負荷試驗前先提高一次風母管壓力1.0kPa，投運各磨煤機均增加給煤量，二次風量、配風方式不變，一次風壓隨負荷維持1.0kPa正偏置自動調整。試驗期間主蒸汽壓力升高時適當開大汽輪機閥位開度，基本穩定主蒸汽壓力。

　　工況1鍋爐正常升負荷工況2一次風壓先調整升負荷表3鍋爐變負荷試驗結果工況3增大下層燃燒器給煤升負荷工況4增大上層燃燒器給煤量工況5增大上層二次風量升負荷工況6二次風量調整升負荷工況7并開大汽輪機一次風壓自動隨機組負荷調整、二次風量基本維持不變、各燃燒器均增加給煤量，各燃燒器均等配風、上兩層燃盡風（OFA）開度為10%，增加給煤量24t.由于。褐煤的高水分特性，燃料進人鍋爐后大量吸收熱量，鍋爐主蒸汽壓力略有降低，20 s后主蒸汽壓力開始升高。15min內，機組負荷從403.9MW上升到430.0MW，主蒸汽和再熱蒸汽溫度控制穩定，主汽壓力從15.組每升高10MW負荷需要給煤量為8t.鍋爐的變負荷速率為：。74MW/min.在升負荷前，先將一次風母管風壓提高1.0kPa（即一次風機自動偏置上設1. 0kPa）、二次風量基本維持不變、各燃燒器均增加給煤量，各燃燒器均等配風、上兩層燃盡風（OFA）開度為10%，增加給煤量24t.從開始增加給煤量開始計時，1 min內增加給煤量24t，6min內，機組負荷從369.6MW上升到390.3MW，主蒸汽和再熱蒸汽溫度控制穩定，主汽壓力從13.44MPa上升到13.97MPa.鍋爐的變負荷速率為329MW/min.一次風壓自動隨機組負荷調整、二次風量基本維持不變、各燃燒器均等配風，下層3臺磨煤機共增加給煤量18t.從開始增加給煤量開始計時，1 min內增加給煤0.73量18113min內，機組負荷從438.6MW上升到448.1MW，主蒸汽和再熱蒸汽溫度控制穩定，主汽壓力從15. 71MPa.鍋爐的變負荷速率一次風壓自動隨機組負荷調整、二次風量基本維持不變、各燃燒器均等配風，上層3臺磨煤機增加給煤量18t.從開始增加給煤量開始計時，1min內增加給煤量1.2418t，19min內，機組負荷從453.1MW上升到477.1MW，主蒸汽和再熱蒸汽溫度控制穩定，主汽壓力從15.07MPa上升到15.87MPa.鍋爐的變負荷速率為：一次風壓自動隨機組負荷調整、二次風量基本維持不變、各燃燒器均等配風、上兩層燃盡風（OFA）開度為80%，各磨煤機均增加給煤，總增加給煤量24t.從開2.77始增加給煤量開始計時，1min內增加給煤量24t，12min內，機組負荷從409.1MW上升到444. 9MW，主蒸汽和再熱蒸汽溫度控制穩定，主汽壓力從13. 53MPa上升到14.51MPa.鍋爐的變負荷速率為：2.77MW/min.一次風壓自動隨機組負荷調整、各燃燒器均等配風、上兩層燃盡風（OFA）開度為80%，各磨煤機均增加給煤，總增加給煤量24t，在增加給煤量前先增加二次風量200kNm3/h.從開始增加給煤量開始計時，1min內增加給煤量24t，14min內，機組負荷從489. 1MW上升到496.9MW，主蒸汽和再熱蒸汽溫度控制穩定，主汽壓力從15.65MPa上升到16.05MPa.鍋爐的變負荷速率為：0.在變負荷前先提高一次風壓1. 1kPa，各燃燒器均等配風、上兩層燃盡風（OFA）開度為70%，各磨煤機均增加給煤，總增加給煤量24t，汽輪機閥位根據鍋爐主蒸汽壓力調整，基本穩定鍋爐主蒸汽壓力。從開始增加給煤量開始計時，1min內增加給煤量24t，5min內，機組負荷從378.2MW上升到399.0MW，主蒸汽和再熱蒸汽溫度控制穩定，主汽壓力從13.26MPa上升到13.47MPa.鍋爐的變負這8個工況的試驗過程與結果見表3.由于褐煤的高水分特性，同時考慮褐煤中速磨制粉系統防爆的要求，磨煤機出口煤粉的溫度一般維持在60°C65°C左右，進人鍋爐的煤粉含有大量水分，一般為18%22%，且隨著磨煤機出口溫度的降低增大，煤粉進人爐膛后由于水分的氣化升溫吸收熱量，導致褐煤鍋爐機組的變負荷速率大大低于普通煙煤鍋爐。在汽輪機閥位保持不變的情況下，鍋爐正常升負荷速率為1. 74MW/min.如果在升負荷前先提高一次風壓1.0kPa，鍋爐升負荷速率為3.29MW/min；在先提高一次風壓1.0kPa（即提高瞬時一次風量，改善一次風系統的傳熱以提高一次風系統磨煤機的干燥出力），同時適當調整（開大）汽輪機的閥位以維持主蒸汽壓力基本不變，鍋爐升負荷速率為4.09MW/min.增大上層燃燒器給煤量時鍋爐升負荷速率為1.24MW/min，增大下層燃燒器給煤量時鍋爐升負荷速率為0.73MW/min.相對而言，增大上層燃燒器時，鍋爐的升負荷速率更快。在升負荷前，如果先增大送風量，則鍋爐升負荷速率為0.55MW/min.由于更多的送風進人爐膛帶走熱量，鍋爐的升負荷速率更低。

　　隨著機組負荷的升高，鍋爐的變負荷速率減小。這是因為機組負荷較高時，磨煤機人口的熱風擋板已經全開，冷風擋板已經全關，磨煤機出口溫度隨著給煤量的增加降低，進人爐膛的煤粉水分增大，大量的水分進人爐膛升溫，需要吸收更多的熱量，煤粉的著火熱更大，會減小鍋爐的變負荷速率。

　　在機組需要快速升負荷時，先提高一次風壓，即一次風量，提高一次風瞬時干燥出力，然后增加給煤量，增加進人爐膛的煤粉量，另一方面可以維持或者提高磨煤機出口溫度，避免磨煤機出口煤粉水分的增大，減少煤粉中水分進人爐膛的吸熱。先提高一次風壓，可以增大鍋爐的升負荷速率。此外，如果鍋爐的氧量合適，可以短期內不增加送風量。適當優先增加上層燃燒器的給煤量。這樣可以提高鍋爐的升負荷速率。

　　同樣的道理，在機組需要快速減負荷時，先降低一次風壓，然后減少給煤量。適當增加二次風量，優先減少上層燃燒器的給煤量。這樣可以提高鍋爐的降負荷速率。

　　在冬季寒冷季節，由于環境溫度低，500MW以上負荷時，為了提高磨煤機的干燥出力，維持磨煤機出口溫度60°C以上，需要維持較大的一次風量，此時一次風機出力已基本達到額定，因此利用一次風壓調節來提高鍋爐變負荷的手段基本難以實現。

　　根據升負荷試驗數據結果，建議機組協調投運時，負荷變化率最大不超過56MW/min.且升負荷前先提高一次風壓，降負荷時先降低一次風壓。

　　4結論由于褐煤的揮發分很高，考慮到制粉防爆的要求，中速磨煤機的出口溫度一般為60C65C，并且此要求很嚴格，這樣就客觀上造成磨煤機變負荷能力低。

　　由于一次風系統運行時，冷風門擋板為重點，一次風干燥出力沒有等量造成磨機系統，給煤量變化能力低。

　　通過鍋爐的變負荷試驗，可以得出如下結論：在機組需要快速升負荷時，先提高一次風壓，然后增加給煤量可以提高鍋爐的升負荷速率。如果鍋爐的氧量基本合適，可以短期內不增加送風量。適當優先增加上層燃燒器的給煤量。

　　這樣可以提高鍋爐的升負荷速率。建議機組協調投運時，負荷變化率最大不超過56MW/mn.且升負荷前先提高一次風壓，降負荷時先降低一次風壓。