循環(huán)流化床直接空冷機組深度調峰存在問題分析與控制策略研究

王永強

摘要：隨著風能、光伏等新能源的裝機容量在電網中的比例快速增大，電力系統(tǒng)對調峰電源的需求也逐漸升高，與新能源等電源相比，具有高調節(jié)性能和備用等功能的火電廠就成為了最為現實的可行選擇，火電機組持續(xù)低負荷運行或者深度調峰成為常態(tài)。本文結合寧夏國華寧東發(fā)電有限公司一期2×330MW循環(huán)流化床直接空冷機組運行情況對機組深度調峰存在的問題進行分析，制定合適的應對措施及可行性技術改造。

關鍵詞：深度調峰;問題分析;改進措施

一、國華寧東電廠一期2×330MW循環(huán)流化床直接空冷機組概述

鍋爐是由東方鍋爐（集團）股份有限公司制造的亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐。緊身封閉、平衡通風、全鋼架懸吊結構、輕型金屬屋蓋CFB循環(huán)流化床鍋爐。鍋爐型號為：DG-1177/17.5-Ⅱ3。

鍋爐主要由一個膜式水冷壁爐膛、三臺汽冷式旋風分離器和一個尾部豎井三部分組成。爐膛內布置有屏式受熱面;采用3支由膜式管屏圍成的汽冷式高效旋風分離器，其下部各布置一臺一分為二返料器，確保返料均勻;布風板采用鐘罩式風帽，保證床內布風均勻，流化穩(wěn)定，防止床內局部結焦和大渣在床內沉積。

鍋爐采用平衡通風方式。每臺爐設2臺離心式一次風機，2臺離心式二次風機，2臺動葉可調軸流式引風機，集中布置3臺高壓流化風機，2臺運行，1臺備用。入爐煤采用煤場粗碎后，進入輸煤一級細碎機破碎系統(tǒng)制備。

汽輪機采用上海汽輪機有限公司設計制造的亞臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、直接空冷凝汽式汽輪機?？绽渑牌b置換熱面為單排鋼管鋁翅片換熱管束，每臺機組6列冷凝器，24個順流冷凝單元和6個逆流冷凝單元。

給水系統(tǒng)由兩臺50%額定負荷機組出力的電動給水泵組成，給水主管路帶有憋壓閥。

二、影響深度調峰的主要因素分析

（一）鍋爐方面因素

1. 鍋爐主要設備（中心筒、風帽、空預器、冷渣器）劣化，尤其是中心筒變形對鍋爐燃燒系統(tǒng)影響比較大，旋風分離器效率大大降低，循環(huán)灰建立困難，影響調峰的深度。
2. 隨著調峰深度的增加，一次風量隨之降低，流化質量下降，導致布風不均勻，床溫個別點有時過低，有流化不良，低溫結焦可能，影響調峰的深度。
3. 下二次風口因風量過小造成高溫床料反竄，超溫且應力交變導致下二次風口燒紅、焊口開裂，造成大量漏灰渣和現場環(huán)境污染，影響調峰深度。
4. 沒有煙氣再循環(huán)系統(tǒng)，一次流化風量受限，影響30%以下調峰的深度。
5. 入爐煤的煤質不合適（粒徑偏大、熱值過高、熱值過低）。入爐煤粒徑偏大（主要是矸石含量偏多）對燃燒工況影響最大，易導致鍋爐流化不良、超溫、排渣困難等，造成機組限負荷;熱值偏高易導致超溫會影響機組加負荷;熱值過低易導致排渣受限會影響機組限負荷。
6. 煤質不穩(wěn)定，煤的粒徑、發(fā)熱量、硫份、灰份等指標偏差較大，造成環(huán)保參數、爐膛差壓、床溫波動較大，造成帶負荷能力受限。
7. 給煤機煤層偏厚，當入爐煤平均熱值超過3800kcal時，最小煤量受限。
8. 協調邏輯不完善，深調負荷變化時不能滿足需求。
9. 因鍋爐有較大的蓄熱能力，在深調時較大的蓄熱量無法快速降低，導致主汽壓力會持續(xù)升高。
10. 因鍋爐有較大的蓄熱能力，煤第一時間進入但不能第一時間轉化成熱能將水加熱為蒸汽，即循環(huán)流化床的輻射換熱不如煤粉爐，導致蒸汽產生的慢，在加負荷時主汽壓力跟不上，造成加負荷時煤加的過多，氧量過低，床溫上升較多，環(huán)保參數和屏過壁溫較難控制而限負荷。
11. 深調后連續(xù)加負荷或加至高負荷階段，循環(huán)灰建立不充分，爐內輻射換熱效果差，造成前期主汽壓力偏低，機組負荷跟不住AGC指令，協調方式下加煤過多，積聚到后期快速燃燒，導致屏過易超溫，環(huán)保參數易超限，造成限負荷，甚至被迫降低機組負荷。

（二）汽機方面因素

1. 主再熱汽溫偏差大（主、再熱汽溫差正常不超過28℃，最大不超過42

℃），再熱汽溫過低，影響30%以下調峰的深度。

1. 負荷低于110MW，綜合閥位小于34%時，高調門開始參與調節(jié)，且波動大。若進一步調峰，順序閥將不滿足運行要求。
2. 長時間低負荷運行，末級葉片鼓風摩擦，低壓缸排汽溫度需重點監(jiān)視。
3. 給水流量隨機組負荷降低，當給水流量降低至接近再循環(huán)閥閥開啟造成給水流量波動可能會引起機組跳閘的事故，在深度調峰期間需要將一臺給水泵退出旋轉備用， 另一臺給水泵投入自動。深調期間負荷波動較大時，面臨著給水泵的不停的退并泵操作，因此要確定合理的自動退并泵邏輯，有效提高機組在深度調峰時的安全性和穩(wěn)定性。
4. 低負荷凝結水自動調整邏輯，主要考慮對冷渣器用水的影響，避免水量低或水壓低造成冷渣器全部跳閘。
5. 汽機設計時并沒有考慮機組長期深度調峰對末級葉片安全運行的影響，長期深度調峰運行時， 末級葉片受到回流的濕蒸汽中水滴的沖刷及化學物質的腐蝕共同作用，在出汽側出現了大范圍的沖蝕損傷， 嚴重的甚至造成葉片斷裂、飛脫。
6. 直接空冷機組背壓的高低對深度調峰的影響，尤其是冬季工況最低防凍蒸汽流量成為很主要的制約點。

（三）電氣方面因素

1. 電網要求大于機組40%額定負荷以上時（≥132MW）必須投入AVC閉環(huán)控

制方式，鑒于目前機組深調到99MW且不停的調整，AVC頻繁投退，若投入不及時會造成兩個細則的考核，因此要向電網申請修改AVC自動退出負荷下限邏輯定值。

三、提高機組深度調峰的主要措施

（一）鍋爐方面：

1. 對旋風分離器中心筒進行縮徑改造，在較低風量下保證風速滿足要求，完善分離器煙溫測點，嚴格控制運行溫度，確保主回路循環(huán)正常。對冷渣器改造或者采用現在同類型的新型冷渣器，提高排渣能力，減緩流渣，大幅提高低熱值煤的摻配量。
2. 參考新型超臨界循環(huán)流化床二次風口設置，對下二次風口在原高度基礎上進行上移1.5m的改造。同時對SO2和NOX的生成抑制也有很大的作用。
3. 按爐內實際流化情況，加裝風帽節(jié)流圈，改善爐內布風質量，保證低流化風量時的流化質量，使床料流化充分，改善燃燒工況。
4. 給煤機入口處加裝手動調節(jié)擋板，根據給煤機轉速和入爐煤熱值調節(jié)煤層厚度，并調整最小給煤機煤量。
5. 對輸煤系統(tǒng)優(yōu)化改造，細碎機出口加保護篩，篩上物重新破碎后再入爐，確保入爐煤粒徑合格;專業(yè)和班組加強對配煤比例的準確性進行監(jiān)督，合理控制低負荷和高負荷不同工況下煤泥摻配量，控制低負荷不堵渣，高負荷鍋爐運行參數不超限，不影響機組正常升降負荷;再有就是精準配煤，根據負荷曲線，提前對配煤方式進行調整，以滿足后期負荷需求。
6. 優(yōu)化現有協調控制方式的邏輯，實現風煤聯動調節(jié)。降負荷過程中，煤量自動調節(jié)品質差導致主汽壓力偏差大，負荷跟蹤不到位，風煤比不協調導致氧量過高NOX不易控制。加負荷過程中，循環(huán)灰建立過慢，變負荷速率偏低，影響深度調峰盈利。主要原因是鍋爐蓄熱，壓力降不下來，低負荷煤量減得過多，造成嚴重過調，從而造成氧量高環(huán)保參數不好控制。因此需對風煤協調曲線進行優(yōu)化，重點解決煤量自動調節(jié)品質差導致主汽壓力偏差大和風煤比不協調氧量偏高的問題，抑制過調。
7. 早高峰和晚高峰加負荷前2小時蓄高床壓，加負荷過程中提高一次流化風量比例，節(jié)流上二次風門，盡快提高爐膛差壓，同時增加減溫水噴量，提高主汽壓力，提高負荷響應能力。

（二）汽機方面：

1. 結合鍋爐燃燒側改造和汽機通流改造的運行情況，進行鍋爐受熱面改造，增加水冷蒸發(fā)屏和屏再管壁面積，提升鍋爐加負荷響應能力、提高再熱汽溫度。
2. 監(jiān)視主、再熱汽溫差正常不超過28℃，最大不超過42℃，，偏差增大時及時調整減溫水量和調節(jié)煙氣擋板開度，控制溫度偏差，必要時犧牲主蒸汽溫度的經濟效益，適當降低主蒸汽溫度，但不得反復波動。
3. 一方面優(yōu)化順序閥組開度邏輯，一方面降低主汽壓力，做到滑壓運行。
4. 優(yōu)化電動給水泵自動并、退泵邏輯，機組負荷低于165MW手動選擇退出一臺給水泵旋轉備用;凝結水自動調整邏輯實現壓力調節(jié)和水位調節(jié)兩種調節(jié)方式，滿足不同工況需求和冷渣器用水需求，充分利用凝結水再循環(huán)和除氧器上水調節(jié)閥開度配合，控制凝結水壓力不低于0.8MPa。
5. 夏季工況深度調峰機組背壓基本能滿足深度調峰需求，主要是冬季工況防寒防凍的限制較大，必須滿足防凍要求，主要控制措施如下：1）根據環(huán)境溫度控制好最小防凍流量，避免空冷管束凍結;2）當需要汽機側對蒸汽量進行調解以降低主蒸汽壓力時，需及時將機組背壓調解控制方式由自動跟蹤背壓調解切換至手動背壓選擇，降低空冷風機頻率，提高機組背壓，增加汽機進汽量;3）當空冷風機頻率降至最低8Hz時，可選擇將逆流列風機進行反轉，維持較高機組背壓，仍不能滿足背壓調解需求時，可將部分空冷風機停運，保持空冷風機減速箱的電加熱在投入位置，保證潤滑油溫負荷要求;4）主汽壓力仍較高，導致難以控制時，改變機組輔汽運行方式，四臺機組輔汽汽源切至該機組冷再，消耗蒸汽量，同時可適當增大輔汽疏水閥門開度，對空冷島同時也是熱源補充;5）適當增加軸封用汽和紅柳礦供汽量，多方面調解來降低主汽壓力。
6. 通過加強運行管理， 設置合理的低負荷運行方式， 控制機組排汽壓力在適當的范圍內， 使排汽容積流量不低于規(guī)定值， 防止汽機末級葉片出汽側發(fā)生回流沖蝕。

（三）電氣方面：

1、將AVC自動退出邏輯中的負荷限制下限修改為80MW， 避免了AVC頻繁投退操作，同時也兼顧了電網一次調頻正常動作時負荷波動對其所造成的影響。

四、結論

通過一部分技術改造和和一系列的試驗，國華寧東電廠一期兩臺循化流化床直接空冷機組已經實現25%額定負荷深度調峰工況的長期良好運行，既滿足了電網的出力要求，也取得了十分明顯的經濟效益。但是在深度調峰期間，機組實際運行工況偏離設計工況較大，機組運行的安全性和經濟性會受影響，同時也會導致機組壽命損耗加快，影響機組壽命分配方式，降低機組實際壽命。需要進一步加強深度調峰技術研究，積極開展相關試驗，保證機組深度調峰期間安全運行。

參考文獻：

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