超臨界大容量火電機組深度調(diào)峰對燃煤鍋爐的影響

沈利，徐書德，關(guān)鍵，盧泓樾，裘立春

(1.浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州　310003; 2.浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江　金華　321100)

超臨界大容量火電機組深度調(diào)峰對燃煤鍋爐的影響

沈利1，徐書德2，關(guān)鍵1，盧泓樾2，裘立春1

(1.浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州310003; 2.浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江金華321100)

針對超臨界大容量火電機組參與調(diào)峰的實際情況，從機組的安全性、經(jīng)濟性和環(huán)保性等三方面分析了機組在深度調(diào)峰時對燃煤鍋爐的影響因素，并針對可能出現(xiàn)的問題提出了一些相應(yīng)的對策。實踐表明:綜合考慮鍋爐低負(fù)荷時穩(wěn)燃性能、水動力的穩(wěn)定性、防止管壁超溫和尾部受熱面腐蝕等影響后，才能實現(xiàn)電網(wǎng)對這類機組參與調(diào)峰的要求。

燃煤鍋爐;調(diào)峰;穩(wěn)燃

近年來越來越多的超臨界大容量火電機組參與負(fù)荷調(diào)峰，使得大容量機組經(jīng)常處于低負(fù)荷運行，而且低負(fù)荷的限值更低，因此影響機組的安全性和經(jīng)濟性。筆者主要討論機組在深度調(diào)峰狀況下對燃煤鍋爐主要設(shè)備的影響，并提出一些相應(yīng)的應(yīng)對措施。

1　對安全性的影響

1.1鍋爐燃燒穩(wěn)定性

對于設(shè)計為煙煤的鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷，一般均在30%BMCR，大致相當(dāng)于33%的額定負(fù)荷;但是從運行的安全性角度出發(fā)，電廠控制的最低穩(wěn)燃負(fù)荷一般在40%額定負(fù)荷，有的控制在50%額定負(fù)荷。深度調(diào)峰運行時，鍋爐的燃燒工況遠(yuǎn)低于最低穩(wěn)定運行負(fù)荷，爐膛溫度下降，煤粉著火困難，火焰穩(wěn)定性差，易熄火，存在爐膛滅火放炮的重大隱患。

鍋爐燃燒的穩(wěn)定性與鍋爐形式、燃燒器結(jié)構(gòu)、煤種、磨煤機性能等因素有關(guān)［1］，因此對于煤粉燃燒穩(wěn)定性應(yīng)包括降低煤粉著火熱和加強著火供熱。具體的穩(wěn)燃措施為:(1)采用新型低負(fù)荷穩(wěn)燃燃燒器;(2)適當(dāng)降低一次風(fēng)速;(3)提高一次風(fēng)中煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù);(4)提高煤粉細(xì)度;(5)提高磨煤機出口溫度;(6)提高各燃燒器風(fēng)粉分配均勻性;(7)采用集中火嘴(對于對沖燃燒鍋爐，應(yīng)采用中層或下層2臺磨煤機對沖運行)［2］。1.2氧化皮加劇生成和剝落

機組深度調(diào)峰時不僅影響機組燃燒的安全性，而且影響機組汽水系統(tǒng)運行的安全性。機組極低負(fù)荷運行可能引起超臨界鍋爐汽水管路中的氧化皮加劇生成和剝落。

改進措施為:(1)運行中盡量降低火焰中心，以防金屬壁溫超溫;(2)負(fù)荷中嚴(yán)格控制主、再熱汽溫的大幅波動，10 min內(nèi)控制在30 K以內(nèi); (3)減溫水使用平穩(wěn)，避免大幅開啟或關(guān)小減溫水量導(dǎo)致主蒸汽和再熱蒸汽溫度大幅波動及過熱器、再熱器管壁溫劇變引起氧化皮脫落;(4)控制啟停爐時的升溫升壓率(＜1 K/min);(5)吹灰后必須充分疏水，避免蒸汽吹灰過程中蒸汽帶水導(dǎo)致受熱面急劇降溫;(6)啟動時進行沖洗;(7)加強檢查，及時清理，及時換管。

1.3管壁溫度不均勻和易超溫

長時間低負(fù)荷運行期間，鍋爐由于汽壓降低、水動力不足等原因?qū)е滤浔谌菀装l(fā)生超溫，加上長期不吹灰將導(dǎo)致燃燒調(diào)整困難，同時受熱面容易出現(xiàn)熱偏差，導(dǎo)致機組受熱面超溫，主蒸汽和再熱蒸汽溫度失調(diào)，爐膛掉焦砸壞水冷壁等風(fēng)險增大［3］。

對于超臨界機組，濕態(tài)(二相介質(zhì)的再循環(huán)模式運行)至干態(tài)運行(單相介質(zhì)的直流運行)的轉(zhuǎn)化點為25%～27%BMCR。在該轉(zhuǎn)換點附近運行，容易產(chǎn)生機組管壁超溫等問題。

改進措施為:(1)通過減溫水調(diào)節(jié)熱偏差; (2)低負(fù)荷時燃燒調(diào)整;(3)嚴(yán)格控制煤水比。

1.4尾部煙道和尾部受熱面

鍋爐在低負(fù)荷下運行時間長、負(fù)荷低、爐溫低、燃燒不完全，加之煙氣流速低，使含有可燃物的飛灰易在對流煙道內(nèi)積存，同時煙氣中有較多的過剩氧，為發(fā)生煙道再燃燒創(chuàng)造了條件。

低負(fù)荷調(diào)峰過程中負(fù)荷經(jīng)常變化，鍋爐的排煙溫度、空氣預(yù)熱器壁溫和尾部煙速波動均較大，排煙溫度及尾部受熱面壁溫、煙氣流速也隨之下降，導(dǎo)致尾部受熱面的積灰和腐蝕加劇;同時鍋爐在低負(fù)荷運行時，空氣過量系數(shù)大，會生成更多的SO3，導(dǎo)致腐蝕進一步加?。?］。冬季低負(fù)荷工況，排煙溫度更低，容易發(fā)生空氣預(yù)熱器腐蝕和堵塞。

2　對經(jīng)濟性的影響

2.1對鍋爐效率的影響

鍋爐在深度調(diào)峰后，負(fù)荷系數(shù)降到較低，導(dǎo)致超臨界高效機組運行在高壓機組模式下，效率大為降低。爐膛溫度下降，引起不完全燃燒增加，鍋爐效率下降。深度調(diào)峰時，低負(fù)荷狀況下氧量加大運行，排煙熱損失也會有所增加;同時負(fù)荷在極低環(huán)境下不具備吹灰條件，也影響鍋爐效率。

具體措施有:(1)增加對外供熱，以增加鍋爐蒸發(fā)量應(yīng)對低負(fù)荷(但要注意過熱器、再熱器不得超溫);(2)適當(dāng)降低過量空氣系數(shù)。

2.2主汽溫、再熱汽溫降低

隨著鍋爐負(fù)荷降低，主汽溫、再熱汽溫達不到設(shè)計值，影響鍋爐經(jīng)濟性。若采用變壓運行方式，雖可在較寬的負(fù)荷范圍內(nèi)保持汽溫穩(wěn)定，但深度調(diào)峰后，當(dāng)負(fù)荷低到一定程度時，仍會出現(xiàn)汽溫隨負(fù)荷下降而下降的情況［1］。

具體措施有:(1)適當(dāng)增加過?？諝庀禂?shù); (2)采取上位燃燒器運行;(3)適當(dāng)減少煤粉細(xì)度;(4)適當(dāng)增加對外供熱量。

2.3對輔機的影響

深度調(diào)峰時機組低負(fù)荷運行，各輔機設(shè)備偏離設(shè)計工況，直接影響輔機的做功效率，增大了供電煤耗、廠用電率;同時，輔機的電動機功率因數(shù)減小，導(dǎo)致電動機損耗相對增加，也增加廠用電率。鍋爐排煙溫度更低容易發(fā)生空氣預(yù)熱器腐蝕堵塞，風(fēng)煙系統(tǒng)阻力增大會影響機組的經(jīng)濟性。

低負(fù)荷運行不僅對經(jīng)濟性影響，也會造成安全方面的風(fēng)險，例如鍋爐風(fēng)機負(fù)荷過低，可能帶來風(fēng)機的搶風(fēng)和失速，進而發(fā)生喘振、跳閘。

具體措施有:(1)風(fēng)機等輔機單列運行(需注意MFT安全性);(2)磨煤機集中或?qū)ΨQ投入運行;(3)可考慮風(fēng)機電動機變頻運行;(4)適當(dāng)增加對外供熱量。

3　對環(huán)保性的影響

3.1對電除塵器除塵及脫硝的影響

深度調(diào)峰時機組低負(fù)荷運行，煙氣溫度降低，靜電除塵器隨著煙氣溫度的降低而除塵效率提高;但是當(dāng)負(fù)荷降低到一定極限后，除塵器內(nèi)煙氣溫度低于煙氣露點時，腐蝕性物質(zhì)會腐蝕除塵器的內(nèi)部設(shè)備，影響設(shè)備正常運行。

低負(fù)荷時，脫硝裝置入口的煙溫降低，低到一定程度后脫硝設(shè)施退出運行，因而在低負(fù)荷情況下會導(dǎo)致氮氧化物超標(biāo)運行，無法滿足環(huán)保要求;同時，由于脫硝系統(tǒng)的催化劑對運行環(huán)境有嚴(yán)格的要求，長期低負(fù)荷運行，鍋爐排煙溫度低會造成催化劑的使用壽命大幅縮短。

具體措施有:(1)燃燒調(diào)整適當(dāng)提高煙溫; (2)通過設(shè)備改造適當(dāng)提高省煤器出口煙溫，包括省煤器煙氣側(cè)旁路、省煤器水側(cè)旁路、分級省煤器等［4］;(3)適當(dāng)增加對外供熱量。

3.2對脫硫的影響

在低負(fù)荷過程中，鍋爐的不完全燃燒會增加，應(yīng)重視考慮低負(fù)荷時對脫硫的影響，需要進行脫硫漿液和脫硫石膏的取樣和成分分析。如果進行投油穩(wěn)燃，可能造成對脫硫漿液的中毒。

具體措施有:(1)通過燃燒調(diào)整盡可能保證無油穩(wěn)燃;(2)脫硫漿液及時取樣跟蹤分析。

4　結(jié)語

鍋爐在進行深度調(diào)峰低負(fù)荷運行時，電廠的低負(fù)荷受限主要取決于鍋爐側(cè)，而鍋爐的低負(fù)荷限值又是主要取決于低負(fù)荷穩(wěn)燃和水動力運行可靠性，因此會對鍋爐側(cè)包括經(jīng)濟性、安全性和環(huán)保性等方面產(chǎn)生影響。根據(jù)鍋爐運行可能出現(xiàn)的問題，應(yīng)綜合考慮各方面的相互影響，以保證機組能夠安全可靠運行，更好地適應(yīng)機組深度調(diào)峰的需求。

［1］楚玉萍.鍋爐低負(fù)荷運行中常見問題及對策［J］.機電信息，2011(36):114-115.

［2］李鳳瑞，郭為.大型燃煤鍋爐的低負(fù)荷穩(wěn)燃綜述［J］.吉林電力，2001(2):30-32.

［3］張莉，劉亞琴，呂立霞，等.蒸汽鍋爐低負(fù)荷運行對水動力可靠性的影響［J］.大連大學(xué)學(xué)報，2005，26(2):20-23.

［4］蔣妮娜，吳其榮，趙偉俊，等.火電廠低負(fù)荷脫硝研究［J］.能源與環(huán)境，2014(4):76-78.

Effects of Deep Participation in Peak Regulation on the Coal-fired Boiler of a Supercritical High-capacity Thermal Power Unit

Shen Li1，Xu Shude2，Guan Jian1，Lu Hongyue2，Qiu Lichun1
(1.Zhejiang Energy Group R＆D Co.，Ltd.，Hangzhou 310003，China; 2.Zhejiang Energy Lanxi Power Generation Co.，Ltd.，Jinhua 321100，Zhejiang Province，China)

In the light ofactual situation that supercritical power units have to take part in peak regulation，influence factors on the coal-fired boiler are analyzed from the aspects of security，economy and environmental protection during deep participating in peak regulation of the unit，to which countermeasures are put forward for possible problems.Practices indicate that the peak regulation requirements can be satisfied only after following problems are comprehensively considered，such as the boiler's low-load combustion stability，hydrodynamic stability，prevention of tube wall overheating and corrosion of tail heating surfaces，etc.

coal-fired boiler;peak regulation;combustion stabilization

TK227

A

1671-086X(2016)01-0021-03

2015-07-24

沈利(1985—)，男，工程師，主要從事火力發(fā)電廠技術(shù)服務(wù)和試驗研究工作。

E-mail:shen8570@163.com