浅析1000 MW超超临界间接空冷机组设计特点

陈允驰

(山东能源内蒙古盛鲁电力有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 017000)

盛鲁电厂2×1000 MW超超临界间接空冷机组是山东能源集团的首座百万千瓦机组电厂，是伊克昭至临沂±800 kV特高压直流输电工程的配套电源之一，于2017年5月开工建设。文中对本项目锅炉侧和汽机侧设备的几项主要设计特点进行分析，可为同类型机组的设计和改造工作提供参考。

1 锅炉侧设计特点

该项目锅炉为上海锅炉厂制造的超超临界参数变压运行П型直流炉，采用单炉膛、双切圆燃烧方式，一次中间再热、平衡通风、紧身封闭布置、固态排渣、全悬吊结构，制粉系统配备6台中速磨煤机。锅炉主要参数如表1所示。

表1 锅炉主要参数

1.1 等离子点火与微油点火技术联合应用

随着火力发电技术的不断发展和单机容量的不断增大，锅炉的大油枪点火技术逐渐被先进的等离子点火技术和微油点火技术取代。采用等离子点火技术和微油点火技术，既可以节省燃油量，节约成本，又可以在机组启动初期便投入电除尘设备运行，净化烟气，具有良好的经济性和环保性。

目前，在百万千瓦机组的实际应用中，普遍采用在最下层燃烧器布置等离子点火设备或者微油点火设备。本项目为缩短冷态启动时间，适应机组深度调峰、低负荷稳燃的需求，提高机组运行可靠性，联合应用了这两种点火技术，在A层燃烧器布置了等离子点火设备，在B层燃烧器布置了微油点火设备。

等离子点火技术利用直流电，阴极与阳极接触后，在反向离开的过程中引弧，在强磁场控制下，获得空气等离子体，温度可达数千℃，进入燃烧室的煤粉在高温作用下迅速析出挥发分燃烧，火焰经过逐级放大后，喷入炉膛稳定燃烧。微油点火技术利用压缩空气冲击燃油，燃油爆裂成微小液滴，形成雾化效果，雾化的油滴被高能点火枪点燃，稳定燃烧，进入燃烧室的浓相煤粉迅速被高温油火焰点燃，随后与淡相煤粉混合，形成火焰喷入炉膛燃烧。两种技术联合应用，具有以下优点。

a.丰富锅炉冷态启动方式

在不投用大油枪的启动前提下，相比于仅有单层节油点火技术的机组来说，本项目具有丰富灵活的点火启动方式。可以针对当前储存煤种，优化选择点火方式，确保点火一次成功。在A或B磨煤机中某1台由于缺陷维护，无法在机组启动时配合点火的情况下，可以优先选择另外1台点火启炉，以免影响按时并网。

b.缩短机组冷态启动时间

在采用节油点火技术启动时，由于锅炉负荷低，排烟温度较低，热一次风温升温速度慢。在机组并网前需要启动第2台磨煤机以增大锅炉出力，而往往此时的一次风温不能满足第2台磨煤机的启动要求，不得不在当前负荷继续暖炉，增加了冷态启动时间。在两层燃烧器布置点火装置，较好地解决了该问题，可以提前将第2台磨煤机启动，在锅炉升温升压过程中点燃两层燃烧器，有利于热负荷的均匀分配和燃尽率提高，能够快速提升炉膛温度水平。

c.提高锅炉煤种适应能力

等离子点火技术的出力受电气设备容量和自身的点火原理限制，其对于烟煤具有良好的点燃效果，但对于挥发分较低的无烟煤和高水分褐煤，其点火效果不如微油点火技术，由于油的热值高，微油点火技术的煤种适应性优于等离子点火技术。

d.提高低负荷稳燃灵活性

2种点火技术冗余配置，当某一层点火装置由于设备消缺退出备用时，仍然保留有稳燃措施，可以维持低负荷运行。当A磨煤机处于备用状态，机组需要降负荷至最小出力运行时，不必特意启动A磨煤机运行来增加稳燃措施。在事故处理时，也增加了锅炉燃烧侧调节手段。

1.2 两侧热一次风主管道布置点火暖风器

锅炉正常运行时，A、B一次风机出口冷一次风经过空气预热器加热后，通过A、B两侧热一次风主管道送往磨煤机前的热一次风母管，母管上分出6路支管，分别供给6台磨煤机。

在锅炉冷态启动期间，由于没有高温烟气加热，空气预热器出口的一次风温度几乎与环境温度相等，不能满足制粉系统预暖、干燥出力要求和等离子、微油点火要求，同时为了提高冷炉期间的煤粉燃尽率，各厂通常在配有等离子或者微油点火装置的磨煤机入口热一次风管路上布置点火暖风器，利用辅助蒸汽加热进入磨煤机的一次风。

该厂的2个点火暖风器分别以旁路方式布置在热一次风母管前的A、B两侧热一次风主管道上，具有以下优点。

a.提高炉膛整体温度水平

相比于仅在某台磨入口布置暖风器的设计，采用上述布置方式，在锅炉冷态启动时投入暖风器，便可以提高热一次风母管整体温度。此时可以对上层未投运磨煤机进行通风，热风通过上层各燃烧器喷口进入炉膛，达到提高炉膛上部温度水平、提高煤粉燃尽率、提高锅炉效率的目的。

b.提高锅炉启动灵活性

为了降低厂用电率，节约运行成本，越来越多的电厂在锅炉启动时，采用单侧风机运行的启动方式。相比于仅在某一侧热一次风主管路布置暖风器的设计，上述方案在实际应用中更具有灵活性，不必局限于首先启动布置暖风器侧风机的限制，两侧暖风器体现出了互为备用的作用。

2 汽机侧设计特点

该项目汽机为超超临界、一次中间再热、四缸四排汽、单轴、双背压、间接空冷、凝汽式汽轮机，设有9级非调整回热抽汽。汽机主要参数如表2所示。

表2 汽机主要参数

2.1 闭式冷却水利用干湿联合冷却塔冷却

机组的闭式冷却水冷却方式采用干湿联合冷却塔系统。该系统的主要设备包括3座干式冷却塔和2座湿式冷却塔，系统简图如图1所示。

干式冷却塔在工作过程中，塔顶的风机抽吸塔下部空气向上流动，通过强迫对流换热带走翅片管内闭式水热量。湿式冷却塔在工作过程中，喷淋水喷洒在管束外表面，形成一层均匀水膜，水膜蒸发时，吸收汽化潜热，带走管内工质的热量，同时塔顶的风机抽吸塔下部空气向上流动，对喷淋水进行冷却，冷却后的喷淋水再次喷淋水池，冷空气继续上行，与水蒸气发生传热和传质，热空气最终通过塔顶排出。该系统具有以下优点。

a.降低水耗

该方案与传统的机力通风湿式塔系统相比，极大地降低了水耗。机力通风湿式塔的开式水直接与空气接触，在塔内喷淋水量约为3000 t/h，水耗较大，每年可达5×105t，干湿联合冷却塔仅在夏季工况下启动喷淋水泵运行，每年水耗约4×104t，对于缺水的西北地区具有重要意义。

b.具有灵活的运行方式

从局部看，3座干式塔为并联布置关系，2座湿式塔也为并联布置关系。从整体上看，3座干式塔与2座湿式塔为串联布置关系。闭式水回水首先分别进入干式塔冷却，干式塔出水在母管汇集后再分别进入2座湿式塔，在湿式塔前设有旁路门。机组实际运行时，可根据出水温度和环境温度，停运部分干式塔或湿式塔，以节约风机电耗。

2.2 临机加热系统

图2在2台机组的二级抽汽管道之间设置1条公用母管，将2台机组的二级抽汽相连，分别在2侧机组设置电动隔绝门和气动调节门，系统简图如图2所示。采用该种方案，当1台机组正常运行，另外1台机组启动时，可以利用运行机组的2级抽汽加热待启动机组的给水，具有以下优点。

a.节约燃料

汽机满负荷运行时，二级抽汽温度约为380 ℃，锅炉冷态上水温度约为110 ℃，热态清洗温度约为190 ℃。在锅炉完成冷态清洗后，可以开启临机加热管道调节门，给2号高加供汽，缓慢加热锅炉上水温度，直至汽水分离器温度达到190 ℃或者临机加热管道调节门全开，完成冷态清洗和热态清洗的平滑过渡，防止受热面产生较大的热应力。同时，利用临机的高温蒸汽加热本机给水，对锅炉进行热态清洗，可以推迟锅炉点火时机，节约燃料成本。

b.缩短机组启动时间

在锅炉完成热态冲洗，升温升压阶段，本机除2号高加外，其他各级加热器仍处于无热汽加热状态，此时可以保持临机加热系统继续运行，加热锅炉给水，提高省煤器入口水温，提高锅炉汽水侧整体温度水平，缩短升温升压所需时间。

3 结论

a.等离子和微油点火技术联合应用于同一台锅炉，可以丰富锅炉冷态启动方式，缩短启动时间，增强锅炉对煤种变化的适应性，提高低负荷稳燃的灵活性。

b.在A、B两侧热一次风主管道布置点火暖风器，可以提高冷炉启动时炉膛整体温度水平，减小炉膛沿高度方向温度偏差，提高锅炉启动灵活性。

c.在闭式冷却水系统中应用干湿联合冷却塔，具有灵活的调节手段和多种运行方式，极大地降低了水耗。

d.利用临机2级抽汽加热本机给水，在机组启动期间可以推迟锅炉点火时间，节约燃料，缩短启动时间。