超临界燃煤机组吹灰系统节能改造实践

周 朋，刘 伟

（山西兆光发电有限责任公司，山西霍州 031400）

山西兆光电厂2×600 MW燃煤汽轮发电机组锅炉，为超临界参数变压直流炉，属于单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉，采用四角切圆燃烧技术。锅炉额定蒸发量2027 t／h，主蒸汽额定压力25.4 MPa，主、再热蒸汽温度571℃。

600 MW机组水平烟道设计为脉冲吹灰枪，在停机检修过程发现，水平烟道的受热面积灰严重，说明脉冲吹灰器效果不佳，受热器清洁度不高，影响了受热面的换热状况，过热器减温水量持续偏大，降低了锅炉效率。同时，脉冲吹灰器使用的乙炔气体是危险品，增加了现场安全隐患。运行中的炉膛折焰角区域，由于积灰，运行中会塌灰，容易引起炉内负压波动，影响机组的安全运行。

控制系统存在的问题是PLC逻辑程序设计存在缺陷，经常出现由于反馈故障等发生程序卡死现象；与DCS之间通过CM模件进行通讯，扫描时间长，导致DCS画面数据更新慢，操作迟缓；CM通讯模件稳定性差，经常出现死机或停运故障，影响运行人员监控，且硬件更换成本高。

兆光电厂二期2×600 MW机组于2018年实施了吹灰系统节能改造。3号机系统于2018年5月底投入运行，4号机系统于2018年6月初投入运行。

1 设备概况

兆光电厂二期2×600 MW机组每台锅炉吹灰器分为两部分：一部分为蒸汽吹灰器，分别为炉膛短杆吹灰器96台（上海克莱德，型号V04），炉膛长杆吹灰器4台（青岛瑞莱德，型号 RLD／LSB-11／T9.5M），空预吹灰器4台（上海克莱德，型号PSAT）；另一部分为脉冲吹灰器54台（北京嘉德兴业科技有限公司，型号JD智能脉冲吹灰器）。

蒸汽吹灰器汽源为后屏过热器出口蒸汽，蒸汽经过吹灰减压站后，满足锅炉本体吹灰要求，也能保证空预吹灰所需的蒸汽过热度。整体减压站由PLC控制。锅炉后屏出口蒸汽参数：压力25.4 MPa，温度516℃；经减压阀后蒸汽参数：压力1.5 MPa，温度408℃；空预吹灰器辅助蒸汽参数：压力1.0 MPa，温度300℃。

吹灰系统每台炉由1套西门子S7 200 PLC进行控制，控制柜内设有上位系统，进行组态逻辑和画面监控，并进行数据设定。与DCS系统通过CM通讯模件将数据上传，在DCS画画组态监控画面。

2 改造内容

2.1 改造具备的条件

负荷阶段（50%～100%）BMCR热再出口压力温度都能满足吹灰的条件，但是一般吹灰在70%～80%负荷之间进行，所以在汽源的品质要求上完全没有问题（见表1）。

不同负荷时，蒸汽压力只有后屏汽源压力的20%左右，与吹灰蒸汽的压差约2 MPa；同时，低再出口蒸汽的比焓与后屏过蒸汽比焓不相上下，理论上能够达到同等的清灰效果。但是，压降的减少可显著改善阀门工作条件，减少泄漏概率，并且可提高运行可靠性，降低能耗（见表2）。

表1 不同负荷下低再进出口压力、温度参数

表2 后屏过热蒸汽与低再出口蒸汽参数对比

2.2 吹灰汽源系统

吹灰蒸汽由目前后屏过热器出口蒸汽（压力25.88 MPa、温度523℃）改为低再出口蒸汽（压力4.55 MPa、温度485℃），在低再出口联箱上机械开孔，焊接加强管座，为防止吹灰蒸汽超温，增加再热蒸汽吹灰减温水系统，再热蒸汽经减温器（单独系统，减温水取自过热器减温水）减温，原吹灰器来汽系统作为备用系统（见图1）。

2.2.1 减温器系统

节流减压孔板计算边界条件列于表3。设计图见图2。实物图见图3。

节流减压孔板计算公式：

计算得出：孔板孔径为3～4 mm，取3.6 mm；孔板厚度30～35 mm。

表3 节流减压孔板计算边界条件

图2 减温器节流减压孔板结构示意

2.2.2 水平烟道脉冲吹灰器

拆除水平烟道18台脉冲吹灰器系统，改造为长杆吹灰器系统，同时增设疏水系统、支吊架等相关吹灰系统改造设备，疏水系统接至大气扩容器疏水箱，分别见图4、图5。

图3 减温器节流减压孔板实物照片

图5 水平烟道吹灰器布置示意（左右对称）

2.2.3 吹灰控制系统

取消目前炉膛吹灰器PLC控制器及上位机系统，取消CM通讯模件，新增DCS扩键I／O子站于DCS07控制，新增控制柜背面安装继电器组，用于更换的18根长杆吹灰器的控制，保留现有脉冲吹灰继电器柜，将原接入PLC的电缆通过柜间电缆接入DCS扩展I／O子站，基于现有的逻辑程序进行DCS逻辑组态，将改造后所有画面（包括脉冲吹灰和现有蒸汽吹灰逻辑画面）在DCS中进行组态，实现DCS对所有吹灰设备的整体独立顺控和单台操作的功能。DCS画面满足包括参数设定、顺控启停、画面监控等，即将现有PLC上位系统所有的功能进行完整的移植，并在此基础上对改造部分进行修改完善，并进行调试，用于吹灰工艺系统的压力、温度测点、执行器等，通过电缆接入扩展子站，在DCS中编辑连锁、闭环控制程序进行监控。

其他脉冲吹灰器不改造，维持目前运行方式。

2.2.4 吹灰设备控制

（1）在低再出口联箱上机械开孔，保证焊口的机械强度，焊接加强管座；再热蒸汽经减压站后接入原吹灰器减压站安全阀前；

（2）吹灰减压站压力设为2.0 MPa，吹灰减温站调整门后温度设为400℃，疏水站温度设为280℃，当减压站压力大于3.5 MPa时，联锁关闭减温水电动门（长杆吹灰器吹灰过程中超压，长杆吹灰器直接退出枪管，联锁关闭减温水电动门）；

（3）吹灰器汽源调阀后设为2.0 MPa，吹灰器就地汽源设为1.5 MPa；

（4）新增吹灰汽源与原设计汽源采用手动方式进行切换汽源。阀门具体开启顺序为：减温水手动门—减温水电动门—減温水调门—蒸汽手动门—蒸汽电动门—蒸汽调门—疏水门；关闭顺序：蒸汽电动门—蒸汽调门—减温水调门—减温水电动门—打开疏水门。

3 吹灰系统改造创新点

（1）吹灰汽源由高品质过热蒸汽改为低再热蒸汽，节能效果明显。

（2）简化吹灰系统，优化吹灰效果。二单元吹灰器系统高温区域水平烟道全部采用脉冲吹灰，由于高温工况下，灰分粘度偏高，使用声波及脉冲吹灰对附着在高温受热面上的积灰清除能力差，而蒸汽吹灰效果明显。改为蒸汽吹灰后，利用1套汽源对炉膛短吹、水平烟道长吹和空预吹灰进行吹灰，系统得到简化。

（3）利用节流孔板和减温水调门同时控制，确保吹灰减温水系统安全稳定投入。由于低再出口蒸汽减压后，温度超过450℃，超过了吹灰系统主要管材20 G的使用温度允许上限。此次改造使用过热器减温水进行降温，系统的安全稳定投入直接影响吹灰系统的改造效果。通过准确计算，利用节流孔板和减温水调门同时控制，可以有效确保系统安全稳定运行。

4 改造后系统性能指标分析

4.1 水平烟道长吹吹灰的效果

根据不同负荷下数据，水平烟道长吹后，单侧后屏过热器焓增相比于吹灰前上升10 MW左右，单侧高温过热器焓增相对于吹灰前上升6 MW左右，过热器减温水总量下降15 t／h。说明水平烟道长吹吹灰效果明显，保证了受热面的清洁，减少了供电煤耗。

长吹对过热器的影响列于表4至表6。

表4 不同负荷下水平烟道长吹吹灰前后对过热器的影响

表5 445 MW和410 MW负荷下水平烟道长吹吹灰前后后屏过热器焓增

表6 445 MW和410 MW负荷下水平烟道长吹吹灰前后过热器减温水量

4.1.2 长吹对再热器的影响

不同负荷水平烟道长吹吹灰对再热器的影响效果列于表7，其高温再热器焓增见表8，出入口温度列于表9。

表7 不同负荷下水平烟道长吹吹灰前后对再热器的影响

表8 不同负荷下水平烟道长吹吹灰前后高温再热器焓增

表9 不同负荷吹灰前后高温再热器出入口温度对比

4.2 吹灰对排烟温度的影响

不同负荷下整体吹灰后，脱硝入口温度和排烟温度有不同程度降低，总体排烟温度下降1～4℃，见表10。

表10 不同负荷下吹灰前后脱硝入口和排烟口温度的变化

5 改造后经济指标分析

两台锅炉费用估算约332万元，两台炉每年平均供电煤耗降低0.46 g／（kW·h），两台炉每年总体节省182.81万元（每年运行270 d，每天吹一次灰）。

5.1 脉冲吹灰的节能

原始单台炉54个脉冲吹灰枪，每次吹灰需要4.5瓶乙炔气体，乙炔气体每瓶62元，现将水平烟道18台脉冲吹灰改为蒸汽长吹；两台炉每年节省乙炔5.022万元（每年运行270 d，每天吹1次灰）。

5.2 排烟温度、减温水节能

（1）不同负荷下排烟温度平均下降1～4℃左右；

（2）不同负荷下过热器减温水平均下降15 t／h左右。

5.3 低温再热蒸汽节能

吹灰汽源改造后，采用屏过出口汽源（压力：25.88 MPa，温度523℃）和低再出口汽源（压力：4.55 MPa，温度485℃）。吹灰时，环境温度按T0＝20℃，标准电价按0.332元；

环境温度按T0＝20℃计算，饱和水熵S0＝0.2965 kJ／（kg·K）， 查得饱和水焓H0＝ 84.01 kJ／kg；

原设计吹灰汽源取至后屏过热器，出口压力按P1＝25.88 MPa、温度T＝523℃计算，查得蒸汽焓值约为H1＝3236.99 kJ／kg，熵值约为S1＝6.0421 kJ／（kg·K）；

低再出口汽源压力按P1＝4.55 MPa、温度T＝485℃计算，查得蒸汽焓值约为H1＝3404.87 kJ／kg， 熵值约为S1＝6.9810 kJ／（kg·K）；

利用公式E1＝H1-H0-T0（S1-S0）分别计算屏过出口蒸汽和低再出口蒸汽的能；

然后利用公式Q1＝（E1-E2）／3600； 可得每千克蒸汽节省的折算电量为0.0298（kW·h）。

6 结 语

经过长时间的调研、考察、计算，顺利将吹灰蒸汽系统改造成功，3号机系统于2018年5月底投入运行，4号机系统于2018年6月初投入运行，两台炉吹灰器投入运行的半年左右时间中，设备运行安全稳定，吹灰效果经济高效，为同类型机组吹灰系统节能改造提供了可借鉴的经验。