1000MW超超臨界機(jī)組深度調(diào)峰風(fēng)險(xiǎn)分析和控制策略

文_盛廣玉 徐州華潤電力有限公司

1 設(shè)備簡介

銅山華潤2×1000MW燃煤機(jī)組的鍋爐設(shè)備型號為SG-3044/27.46-M53X，超超臨界參數(shù)、直流爐、單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、切圓燃燒方式塔式爐。鍋爐燃燒系統(tǒng)配置6臺ZGM133N中速磨煤機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)。在30%～100%負(fù)荷范圍內(nèi)以直流方式運(yùn)行，30%負(fù)荷以下，采用帶爐水循環(huán)泵的再循環(huán)方式運(yùn)行。汽輪機(jī)為超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、凝汽式、雙背壓、八級回?zé)岢闅馄啓C(jī)，汽輪機(jī)型號為N1000-26.25/600/600（TC4F）。機(jī)組配置2×50%BMCR汽動(dòng)調(diào)速給水泵和一臺啟動(dòng)用30%BMCR電動(dòng)調(diào)速給水泵。旁路系統(tǒng)采用高、低壓二級串聯(lián)旁路，高旁容量為100%BMCR、低旁容量為65%BMCR、再熱器安全閥容量為25%BMCR。

2 深度調(diào)峰風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 鍋爐低負(fù)荷燃燒惡化

隨著機(jī)組負(fù)荷降低，爐膛熱負(fù)荷隨之下降，煤粉燃燒條件變差，燃燒穩(wěn)定性和抗擾動(dòng)能力下降，如發(fā)生煤質(zhì)變差、給煤機(jī)斷煤、磨煤機(jī)跳閘、風(fēng)機(jī)跳閘等異常情況，極易引發(fā)鍋爐滅火。

2.2 燃燒組織受限

由于受單臺磨煤機(jī)最低出力限制，負(fù)荷降至300MW期間保留2臺，最多不超過3臺磨煤機(jī)運(yùn)行。若發(fā)生煤質(zhì)突變或斷煤、磨煤機(jī)跳閘等制粉系統(tǒng)異常，鍋爐燃燒擾動(dòng)過大，極易發(fā)生燃燒惡化和爐膛滅火。

2.3 空預(yù)器堵塞和低溫腐蝕

當(dāng)負(fù)荷降至300MW，SCR裝置的入口煙溫隨之降低，催化劑反應(yīng)活性下降。為達(dá)到超凈排放對脫硝效率的要求，噴氨量增大，氨逃逸率上升，煙氣中的SO3與NH3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成硫酸氫銨。而在一定的溫度下，硫酸氫銨呈現(xiàn)高黏性液態(tài)，冷凝以后易附著在空預(yù)器換熱元件表面，粘住煙氣中的飛灰顆粒，堵塞空預(yù)器換熱元件通道，使空預(yù)器內(nèi)通流面積減小，導(dǎo)致空預(yù)器阻力增大，從而造成空預(yù)器堵塞。低負(fù)荷工況下，鍋爐排煙溫度的降低也使空預(yù)器低溫腐蝕的可能性大大提高。

2.4 分離器進(jìn)口管道溫度偏差大

機(jī)組低負(fù)荷時(shí)，由于工質(zhì)壓力較低，水冷壁質(zhì)量流速降低，水冷壁水動(dòng)力穩(wěn)定性下降，傳熱效果較差，熱偏差增大，導(dǎo)致水冷壁壁溫偏差增大，分離器進(jìn)口管道溫度接近MFT保護(hù)跳閘值，威脅機(jī)組安全運(yùn)行。

2.5 省煤器汽化

為了提高給水溫度，通過技改增加了#0高加，使得低負(fù)荷時(shí)省煤器進(jìn)口給水溫度得到大幅提高，當(dāng)給水溫度的達(dá)到省煤器進(jìn)水壓力下的飽和溫度可能造成省煤器內(nèi)工質(zhì)的汽化，造成省煤器金屬受熱面損壞。

2.6 給水流量波動(dòng)

機(jī)組負(fù)荷在低負(fù)荷時(shí)，四抽壓力不能滿足兩臺小機(jī)供汽，需將一臺小機(jī)汽源切至輔汽帶，輔汽汽源切至冷再供汽，因輔汽和四抽壓力存在壓差和溫差，若切換操作不當(dāng)，易導(dǎo)致小機(jī)出力異常，造成給水流量波動(dòng)。

2.7 環(huán)保參數(shù)超標(biāo)

降負(fù)荷過程中，由于燃燒不穩(wěn)、爐膛煙溫下降、負(fù)壓波動(dòng)等影響因素易造成煙囪入口硫份、氮氧化物、煙塵等環(huán)保參數(shù)濃度超標(biāo)。

3 深度調(diào)峰控制策略

3.1 提高鍋爐低負(fù)荷的穩(wěn)燃能力

（1）優(yōu)化制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式

制粉系統(tǒng)的運(yùn)行方式可以顯著提高鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃能力，相對于煤粉分散的燃燒，集中燃燒穩(wěn)定性更強(qiáng)，熱負(fù)荷更加集中，低負(fù)荷穩(wěn)燃能力增強(qiáng)。因此在機(jī)組深度調(diào)峰至300MW期間保持上層D、E、F磨煤機(jī)運(yùn)行，避免制粉系統(tǒng)隔層運(yùn)行。

（2）一次風(fēng)量大小的調(diào)整

根據(jù)給煤量，控制進(jìn)入磨煤機(jī)一次風(fēng)量在100～110t/h，嚴(yán)格控制磨煤機(jī)風(fēng)煤比，防止一次風(fēng)量過大造成燃燒器脫火；磨煤機(jī)風(fēng)量調(diào)整時(shí)控制一次風(fēng)母管壓力不低于8kPa，避免風(fēng)量過低造成一次風(fēng)管積粉堵管。

（3）煤粉細(xì)度調(diào)整

煤粉氣流的著火溫度隨著煤粉細(xì)度的降低而降低，同樣的煤粉濃度下，煤粉越細(xì)，進(jìn)行燃燒反應(yīng)的表面積就越大，煤粉本身的熱阻越小，煤粉越容易燃燒。因此，在保證磨煤機(jī)無振動(dòng)的前提下，盡可能提高磨煤機(jī)旋轉(zhuǎn)分離器的轉(zhuǎn)速，降低煤粉細(xì)度。

（4）氧量調(diào)整

鍋爐運(yùn)行中，爐內(nèi)合理的氧量有利于提高鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃能力。在保證固體、氣態(tài)可燃物完全燃燒的前提下，可以適當(dāng)降低氧量運(yùn)行。試驗(yàn)表明，當(dāng)負(fù)荷降至300MW，鍋爐總風(fēng)量控制在1200～1300t/h為宜。

（5）配風(fēng)調(diào)整

針對四角切圓燃燒鍋爐，低負(fù)荷時(shí)應(yīng)適當(dāng)關(guān)小周界風(fēng)開度，降低煤粉著火熱，同時(shí)運(yùn)行磨對應(yīng)的輔助風(fēng)擋板合適，不宜過大或過小?？蓪⑦\(yùn)行磨周界風(fēng)開度關(guān)至30%，未運(yùn)行磨組二次風(fēng)開度關(guān)至5%，SOFA、COFA風(fēng)風(fēng)門開度在70%,二次風(fēng)壓力與爐膛差壓維持在300pa左右，燃燒器擺角擺至70%～80%。SOFA、COFA風(fēng)風(fēng)門開度根據(jù)爐膛出口NOx、二次風(fēng)壓力與爐膛差壓進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

（6）爐底水封監(jiān)視

深度調(diào)峰期間，加強(qiáng)對爐底水封和撈渣機(jī)的檢查，做好水位監(jiān)視，保證爐底水封水位正常，杜絕因水封破壞爐底冷風(fēng)漏入威脅鍋爐燃燒安全。

3.2 預(yù)防空預(yù)器堵塞和低溫腐蝕

通過技改增加了#0高加，大大提高了低負(fù)荷時(shí)的給水溫度，使SCR裝置入口煙溫大大提高，提高了低負(fù)荷時(shí)SCR催化劑的活性。運(yùn)行人員在調(diào)整噴氨調(diào)節(jié)閥時(shí)，尤其是在低負(fù)荷下，在保證煙囪入口NOx排放濃度和脫硝效率達(dá)標(biāo)的情況下，盡量將噴氨量控制理論最小耗氨量附近，不允許長時(shí)間維持最大耗氨量運(yùn)行，同時(shí)密切監(jiān)視氨逃逸率不超過3PPM。

3.3 減小分離器進(jìn)口管道溫度偏差

據(jù)運(yùn)行試驗(yàn)和實(shí)踐表明，超超臨界鍋爐在低負(fù)荷，采用底層磨運(yùn)行方式時(shí)，由于水冷壁輻射吸熱量相對增加，中間點(diǎn)溫度提前，分配集箱進(jìn)口管道溫度相對提高，距離保護(hù)跳閘溫度更近；而采用上層磨運(yùn)行方式時(shí)，爐膛火焰中心上移，水冷壁輻射吸熱量相對減少，工質(zhì)焓值和過熱度都較低，水冷壁的工質(zhì)水動(dòng)力特性相對較好，分配集箱進(jìn)口管道溫度偏差降低，且分配集箱進(jìn)口管道溫度偏差減小，距離保護(hù)溫度有較大的裕度，保證了機(jī)組在低負(fù)荷時(shí)的安全性。

3.4 避免省煤器汽化

增加了#0高加，在提高給水溫度的同時(shí)，增加了省煤器低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的安全風(fēng)險(xiǎn)，為避免省煤器汽化，在保證SCR入口溫度滿足催化劑最低允許溫度前提下，降低#0加入口抽汽壓力，保證省煤器入口過冷度在5℃以上。

3.5 保持給水流量穩(wěn)定

小機(jī)切汽源過程盡可能在負(fù)荷高時(shí)進(jìn)行，切換汽源時(shí)要充分暖管，輔汽至小機(jī)電動(dòng)門在就地采取間斷開啟方式進(jìn)行操作，并嚴(yán)密注意檢查小機(jī)進(jìn)汽調(diào)閥動(dòng)作情況，小機(jī)轉(zhuǎn)速、流量穩(wěn)定，防止在切換過程中輔汽和四抽串汽造成小機(jī)不出力，導(dǎo)致給水流量低保護(hù)動(dòng)作。深度調(diào)峰過程中，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降至400MW時(shí)，應(yīng)手動(dòng)逐漸將兩臺汽泵再循環(huán)調(diào)閥全開，調(diào)整過程中不宜大幅增減給水流量，保證過熱度和省煤器過冷度穩(wěn)定。當(dāng)負(fù)荷降至350MW時(shí)，當(dāng)兩臺汽泵運(yùn)行時(shí)，即使兩臺汽泵再循環(huán)調(diào)閥全開，給水指令已降至0，所以在負(fù)荷降至400MW，須先行退出一臺汽泵運(yùn)行。

3.6 控制環(huán)保參數(shù)不超標(biāo)

（1）防止硫份濃度超標(biāo)

深度調(diào)峰期間，負(fù)荷低，煤種的硫份低，要提前向環(huán)保部門報(bào)備，避免因煙囪入口SO2到0造成環(huán)?？己耸录l(fā)生。

（2）防止NOx濃度超標(biāo)

在保證汽輪機(jī)應(yīng)力裕度的前提下，盡量提高主、再熱氣溫，將燃燒器擺角適當(dāng)上擺，提高火焰中心位置高度，提高爐膛出口煙溫，維持SCR入口煙溫在最低跳閘值之上；密切監(jiān)視脫硝入口煙溫變化情況，保證SCR入口煙溫291℃以上，噴氨控制自動(dòng)調(diào)節(jié)不靈敏時(shí)及時(shí)切至手動(dòng)，保證煙囪入口NOx不超標(biāo)。

（3）防止煙塵濃度超標(biāo)

降負(fù)荷過程中保證爐膛風(fēng)量、引風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，避免爐膛負(fù)壓出現(xiàn)大幅波動(dòng)，同時(shí)加強(qiáng)電除塵進(jìn)、出口溫度監(jiān)視，防止因煤粉不完全燃燒，煤粉在電除塵內(nèi)部堆積，造成二次燃燒事故和煙塵排放濃度超標(biāo)。

4 結(jié)束語

通過對超超臨界機(jī)組在深度調(diào)峰過程中存在的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，并針對安全風(fēng)險(xiǎn)制定相應(yīng)的控制策略，能夠大大降低深度調(diào)峰帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)。然而，由于機(jī)組先天設(shè)計(jì)等因素，仍然存在設(shè)備低負(fù)荷下適應(yīng)性差的問題，制約其深度調(diào)峰能力，如何從機(jī)組自身設(shè)備出發(fā)，尋求適合機(jī)組自身特點(diǎn)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案也是各火電廠需要關(guān)注的重點(diǎn)。