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【技术汇】高炉煤气亚临界超高温锅炉烟气再循环汽温调节系统优化

发布时间:2022-08-25 来源:爱游戏app官方登录 作者:爱游戏app网页版


  哈尔滨锅炉厂有限责任公司 高效清洁燃煤电站锅炉国家重点实验室(哈尔滨锅炉厂有限责任公司)

  摘 要:简要介绍了燃用高炉煤气亚临界超高温创新性高效环保锅炉产品。锅炉采用烟气再循环汽温调节系统,针对锅炉运行初期烟气再循环汽温调节系统存在的烟气回流问题,对烟气再循环汽温调节系统进行系统配置进行完善及逻辑控制策略优化,保证了锅炉安全稳定运行。

  高炉煤气是钢铁行业在高炉炼铁过程中的一种副产品,具有热值低,不易着火,燃烧不稳定等特点。作为二次能源,将高炉煤气作为电站的一种动力燃料,可以有效利用高炉煤气能源和较少燃烧污染物无控排放,同时也可以减少电站对动力用煤的需求。

  国内钢厂目前运行的高炉煤气锅炉普遍为中高压力、蒸汽温度540℃参数,本项目为针对某钢厂创新设计研发的高炉煤气亚临界超高温参数锅炉,为目前国内最先进参数燃用高炉煤气节能环保锅炉产品,并已成功投入商业运行。本文简述燃用高炉煤气亚临界超高温锅炉整体设计方案,重点针对锅炉投运初期烟气再循环系统存在的问题,介绍对锅炉烟气再循环汽温调节系统设置及控制策略的优化措施,对该类锅炉产品性能完善提升具有指导意义。

  本项目锅炉为110 MW亚临界超高温参数、一次中间再热、自然循环汽包炉,燃用高炉煤气,采用箱式布置,平衡通风、旋流燃烧器、前墙燃烧方式,锅炉的最大连续蒸发量为330 t/h。

  锅炉设计采用亚临界超高温蒸汽参数,蒸汽参数为目前国内高炉煤气锅炉最先进水平,蒸汽参数如表1所示,高炉煤气的成分分析如表2所示。

  烟气再循环技术(Flue Gas Recirculation,FGR)是一种调节锅炉蒸汽温度的有效手段,并已经广泛在燃油燃气锅炉、二次再热燃煤锅炉中成功应用,同时该技术对控制降低燃烧NOx污染物排放具有一定作用,以往国内高炉煤气锅炉采用烟气再循环调节技术鲜有报道。

  本项目锅炉过热器和再热器设计额定汽温分别为571℃和569℃,为目前国内高炉煤气锅炉蒸汽温度最高参数,设计要求锅炉在70%以上负荷汽温要达到额定值,为了充分满足锅炉汽温运行要求,锅炉采用烟气再循环汽温调控技术。

  该技术的基本原理是将锅炉尾部烟道中一部分约350℃的中温烟气,通过再循环风机抽取送回炉膛,从而改善炉膛烟气运行参数。通过锅炉运行工况下烟气量的变化,增加受热面的对流传热从而进行汽温调节。再循环烟气量增加,汽温升高;再循环烟气量减小,汽温降低;锅炉负荷增加时再循环烟气量比例减小;锅炉负荷降低时再循环烟气量比例增加。各负荷段锅炉汽温达到额定时再循环风机的转速需通过燃烧调整试验确定。通过改变再循环风机转速来改变再循环烟气量,增加再循环风机转速再循环烟气流量增大,减小再循环风机转速再循环烟气流量减小。烟气再循环系统布置结构见图1。

  锅炉投运后各项性能参数表现优良,烟气再循环系统对锅炉汽温调节灵活有效,蒸汽温度达到额定值。但由于锅炉实际运行负荷波动多变,烟气再循环风机需要相应跟随调频且调频频繁,运行初期出现了个别工况烟气再循环系统烟气回流现象,对系统设备运行安全产生影响。

  故障工况运行情况为锅炉运行接近满负荷工况,现场开始对再循环风机调频,两台再循环风机同步进行,再循环风机频率由30 Hz调至25 Hz,两台风机维持25 Hz运行约2.5 h,后增加风机频率最高至28 Hz运行约1.5 h后左右侧风机突然停运,再次尝试启动再循环风机失败。

  故障工况下锅炉相关运行曲线所示。再循环风机频率调至25 Hz后,再循环风机出口烟气温度大幅提升,最高烟温达到约980℃,如图2(a)所示。再循环风机调频期间机组负荷相对比较稳定,发电机功率约在100 MW波动,如图2(b)所示。再循环风机调频期间炉膛出口和再循环风机出口烟气压力相对比较稳定,波动范围相对较小,如图2(c)所示。脱硝区域烟气温度调频前约370℃,调频期间最高运行温度约395℃,有所上升,如图2(d)所示。

  机组停机后经现场检查,再循环风机叶轮变形,再循环风机出口膨胀节变形,表明烟气再循环系统存在超温运行现象。

  根据现场设备检查情况及运行数据可知,故障工况下锅炉本体运行状态平稳,因此应为烟气再循环系统自身运行问题。根据风机调频期间再循环风机出口烟温运行最高烟温曾达到约980℃,可以判断问题原因为再循环风机频率下调后,风机无法提供足够压头来保证再循环烟气正向流动,炉膛内高温烟气通过再循环烟道回流。

  出现再循环烟气回流直接原因为再循环风机运行调频时,未同步跟踪检查再循环风机出口烟气温度数值,导致再循环烟气系统出现超温后,未及时采取相应调整措施;同时锅炉运行报警、联锁设置未考虑此区域烟温控制要求,运行过程中出现超温情况后未及时报警及联锁保护,是问题的另一个原因。

  首先对运行受损设备进行维修复原,同时为进一步保证烟气再循环系统运行可靠安全,增设再循环风机出口烟气零泄露挡板及密封风系统等,再循环烟气进入锅炉炉膛左右侧烟气再循环风箱各设置3支热电偶,用于烟温监测报警。优化后的烟风再循环系统图,如图3所示。

  另外,针对烟气再循环控制系统运行控制逻辑进行优化,分别从烟气温度报警值和风机运行联锁等方面,优化烟气再循环系统保护逻辑控制策略,具体内容见表3和表4。经优化后问题消除,锅炉运行状态及性能指标优良。

  锅炉投运情况表明,高炉煤气亚临界超高温参数锅炉锅炉采用烟气再循环调温技术,可以有效满足锅炉蒸汽温度运行调节。但为了防止烟气再循环系统出现烟气回流问题,需要设置必要的再循环风机零泄露密封风挡板,同时需要针对性设计烟气报警温度及相应逻辑运行控制策略,从而充分保证锅炉实现安全稳定运行。

  作者简介: 李路明(1980-),男,硕士,高级工程师。黑龙江哈尔滨,150046

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