供熱機組汽機鍋爐異步負荷深度調(diào)峰系統(tǒng)探討

王國成

摘要：熱電聯(lián)產(chǎn)供熱機組汽機鍋爐異步負荷深度調(diào)峰系統(tǒng)可以提高供熱機組參與電網(wǎng)深度調(diào)峰能力及增加機組供熱能力，同時也能實現(xiàn)機組全負荷脫硝。本文擬對該系統(tǒng)進行分析說明，為同類型供熱機組提供參考。

Abstract： The steam-turbine and boiler asynchronous working condition deeping-peak-shaving system of combined heat and power plant can enhance the capability of power plant join in the power grid deeping-peak-shaving and increase the capability of power plant supply more steam. It also can realize all working condition SCR. The article analyzes this system to provide reference for similar heating unit.

關(guān)鍵詞：汽機鍋爐異步負荷;深度調(diào)峰;系統(tǒng);全負荷脫硝

Key words： steam-turbine and boiler asynchronous working condition;deeping-peak-shaving;system;all working condition SCR

中圖分類號：TM621? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）35-0212-02

1? 背景技術(shù)

按照國家發(fā)改委、國家能源局《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃（2016-2020年）》的精神要求，要求全面推動煤電機組靈活性改造，實施煤電機組調(diào)峰能力提升工程。通過進行靈活性技術(shù)實施，提高火力發(fā)電機組的深度調(diào)峰能力。

2? 供熱機組深度調(diào)峰現(xiàn)存問題

根據(jù)汽輪機與鍋爐相匹配原則，汽輪機負荷降低時，鍋爐負荷也隨之降低;依據(jù)汽輪機本身特性，汽輪機最低安全運行負荷可以降至20%額定負荷左右。但受鍋爐最低穩(wěn)燃負荷要求的限制（一般為30%額定負荷），汽輪機最低運行負荷一般為30%額定負荷。當汽輪機參與電網(wǎng)深度調(diào)峰時，汽輪機負荷只能降到30%額定負荷，無法降到20%額定負荷左右，從而制約了發(fā)電機組深度調(diào)峰能力。同時，對于熱電聯(lián)產(chǎn)供熱機組，根據(jù)供熱機組汽輪機的特性，隨著汽輪機負荷下降，汽輪機的抽汽供熱能力也隨之降低。當熱電聯(lián)產(chǎn)供熱機組參與電網(wǎng)深度調(diào)峰進行降低負荷運行時，必將導(dǎo)致汽輪機抽汽供熱能力相應(yīng)下降。近年來，隨著國內(nèi)局部地區(qū)電力市場和供熱市場供需矛盾的顯現(xiàn)，特別是供熱機組在區(qū)域裝機容量占比高的地區(qū)（如中國東北等地區(qū)），在供暖期電網(wǎng)需求少供熱需求大的情況下，導(dǎo)致電網(wǎng)深度調(diào)峰能力不足和汽輪機抽汽供熱能力下降。

目前，我國火力發(fā)電廠鍋爐設(shè)備一般先通過低氮燃燒技術(shù)減少NOx的生成量，再通過脫硝工藝（主要采用SCR技術(shù)）脫除NOx，從而降低鍋爐NOx排放量。催化劑是SCR脫硝系統(tǒng)的核心部件，其性能對脫硝效果有直接影響。而鍋爐煙氣溫度對反應(yīng)速度和催化劑的反應(yīng)活性及壽命有決定作用，是影響SCR脫硝效率的重要因素之一。常用的SCR催化劑為中溫催化劑，正常活性溫度區(qū)間一般為310℃～420℃之間，催化劑活性物的活性最高，催化還原反應(yīng)效率最高。但常規(guī)鍋爐設(shè)計中，會存在如下問題：在機組負荷較高時，脫硝裝置進口煙溫正好在催化劑正常運行范圍;而在機組負荷較低時，脫硝裝置進口煙氣溫度較低，低于催化劑的正常使用溫度。若在低負荷時將脫硝裝置進口的設(shè)計煙溫提高到滿足催化劑的要求，則在高負荷時煙溫會更高，引起排煙溫度高，鍋爐效率低，煤耗量大。因此，一般情況下都按在高負荷時滿足較低的排煙溫度來進行設(shè)計，這將致使電廠在低負荷時只能將脫硝裝置解列運行。具體如圖1所示。

一般來說，脫硝催化劑廠家都有催化劑最低連續(xù)運行溫度，超過溫度范圍催化劑將不能發(fā)揮應(yīng)有的作用。但我國絕大多數(shù)燃煤供熱機組都參與電網(wǎng)調(diào)度，在實際運行過程中，尤其是非用電高峰時，機組常常不能滿負荷運行，甚至運行于50%以下的負荷區(qū)間。在中、低負荷下的SCR反應(yīng)器入口煙溫經(jīng)常會低于SCR催化劑的正?；钚詼囟葏^(qū)間，SCR脫硝系統(tǒng)裝置無法正常運轉(zhuǎn)，無法保證鍋爐NOx排放量達到環(huán)保排放要求。同時，隨著風(fēng)電、光電等清潔能源的大規(guī)模并網(wǎng)，其隨機性和間歇性帶來的電網(wǎng)安全風(fēng)險將會大幅度增加，嚴重影響局部電網(wǎng)的穩(wěn)定性。為了滿足電網(wǎng)現(xiàn)實需求，火力發(fā)電機組應(yīng)逐步具有運行靈活性、深度調(diào)峰、快速爬坡和快速啟停功能，這也對鍋爐設(shè)備全負荷脫硝提出了更新、更高的要求。

3? 汽機鍋爐異步負荷深度調(diào)峰系統(tǒng)技術(shù)方案

本文提供的深度調(diào)峰系統(tǒng)目的是為了解決上述現(xiàn)有國內(nèi)局部地區(qū)供熱機組參與電網(wǎng)深度調(diào)峰能力不足、汽輪機抽汽供熱能力下降及低負荷SCR脫硝系統(tǒng)裝置無法正常運轉(zhuǎn)的問題。供熱機組汽機鍋爐異步負荷深度調(diào)峰系統(tǒng)通過采用汽輪機運行負荷低于鍋爐運行負荷的方法來降低供熱機組的發(fā)電量，提高供熱機組參與電網(wǎng)深度調(diào)峰能力，同時將鍋爐運行多出的熱量通過加熱部分中壓給水的方式，將部分中壓給水加熱成過熱蒸汽對外供熱，提高供熱機組的供熱能力，再通過調(diào)節(jié)對外供蒸汽流量確保SCR反應(yīng)器入口煙溫在SCR催化劑最佳反應(yīng)溫度區(qū)間。

供熱機組汽機鍋爐異步負荷深度調(diào)峰系統(tǒng)包括供熱蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、過熱器再熱器防干燒系統(tǒng)（詳見圖2）。

供熱蒸汽發(fā)生系統(tǒng)中從給水前置泵5與給水泵6之間的中壓給水管道23上引出一路供水管道25并在管道上設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥32;供水管道25將部分中壓給水輸送至空氣預(yù)熱器17前煙道22內(nèi)的一級煙氣過熱器17進行加熱變成過熱蒸汽，經(jīng)蒸汽管道26將過熱蒸汽輸送至布置在省煤器10入口前鍋爐尾部豎直煙道21內(nèi)的二級煙氣過熱器11，提高蒸汽的過熱度后通過過熱蒸汽管道27輸送至熱用戶20，完成采用部分中壓給水生成供熱蒸汽的供熱蒸汽發(fā)生系統(tǒng)流程。

同時，通過調(diào)整流量調(diào)節(jié)閥32來控制吸收鍋爐煙道內(nèi)煙氣熱量來控制進入脫硝裝置16入口煙氣溫度使SCR催化劑處于最佳反應(yīng)溫度區(qū)間，確保鍋爐能夠在全負荷工況下均能滿足最佳脫硫效果。

過熱器再熱器防干燒系統(tǒng)中在汽輪機高壓缸2一段抽汽管道28上增設(shè)流量調(diào)節(jié)閥33，在汽輪機高壓缸2再熱冷段管道29上引出的二段抽汽管道30上增設(shè)流量調(diào)節(jié)閥34，同時在汽輪機中壓缸3三段抽汽管道31上也增設(shè)流量調(diào)節(jié)閥35，通過控制經(jīng)過上述三個流量調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量，降低高壓給水管道24內(nèi)依次經(jīng)過3號高壓加熱器7、2號高壓加熱器8和1號高壓加熱器9并進入省煤器10的高壓給水溫度，防止低溫過熱器13和高溫過熱器15干燒;通過控制二段抽汽管道30上增設(shè)的流量調(diào)節(jié)閥34來調(diào)整進入2號高壓加熱器8的蒸汽流量，提高高壓缸2再熱冷段管道29內(nèi)的蒸汽流量，達到防止低溫再熱器12和高溫再熱器14干燒的目的。

4? 供熱機組汽機鍋爐異步負荷深度調(diào)峰系統(tǒng)有益效果

①采用汽輪機運行負荷低于鍋爐運行負荷的方法來降低供熱機組的發(fā)電量，同時汽輪機最低負荷可降到20%額定負荷左右，提高供熱機組參與電網(wǎng)深度調(diào)峰能力;②采用將鍋爐運行多出的熱量加熱部分中壓給水的方式，將部分中壓給水加熱成過熱蒸汽對外供熱，提高供熱機組的供熱能力;③使脫硝裝置入口煙氣溫度在SCR催化劑最佳反應(yīng)溫度區(qū)間，確保鍋爐能夠在全負荷工況下均能滿足最佳脫硝效果。

參考文獻：

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