350MW機組超臨界鍋爐安全經濟調整原則

華能長春熱電廠 楊曉華

煤電機組既要在以新能源為主的電力系統(tǒng)中削峰填谷，快速大幅度變負荷彌補新能源的不穩(wěn)定，又面臨著入爐煤質下降，入爐煤種多樣化，不穩(wěn)定，甚至摻燒污泥、固廢。這些因素都為機組的安全穩(wěn)定運行帶來挑戰(zhàn)，有必要對機組的最低穩(wěn)燃負荷、變負荷工況下的最低穩(wěn)燃負荷、制粉系統(tǒng)運行方式對鍋爐火焰中心的組織、制粉系統(tǒng)異常處理對火焰中心的影響做出探討，以保障機組的安全經濟運行，同時滿足新能源電力系統(tǒng)對煤電機組負荷變化率的要求。

1 機組概況

某熱電廠2×350MW 機組，鍋爐由哈爾濱鍋爐有限責任公司制造的超臨界參數(shù)變壓運行直流爐，平衡通風、一次中間再熱、固態(tài)排渣、全鋼構架、全懸吊結構、π 型布置、緊身封閉，型號：HG-1110/25.4-HM2。汽輪機為哈爾濱汽輪機廠生產的C350/272-24.2/0.4/566/566型單軸、雙缸、雙排汽，一次中間再熱、雙抽凝汽式汽輪機。制粉系統(tǒng)為中速磨正壓直吹系統(tǒng)，配置6臺HP863型中速磨煤機，燃燒設計煤種（扎賚諾爾褐煤）時，BMCR 工況下5臺運行，1臺備用，煤粉細度R90=37%。燃燒方式為四角切圓燃燒，每套制粉系統(tǒng)對應一層燃燒器，共布置6層煤粉燃燒器，下層燃燒器設置等離子點火器。

2 機組的穩(wěn)燃調整原則

2.1 鍋爐最低穩(wěn)燃負荷

鍋爐廠家給的機組最低穩(wěn)燃負荷為35%額定負荷，即鍋爐蒸發(fā)370t/h，對應的純凝工況電功率122.5MW，實際運行工況機組在120MW 以上，120MW 左右都可以無油無助燃穩(wěn)定運行過。褐煤的著火點在270～350℃，在穩(wěn)定運行時，燃燒器區(qū)域的水冷壁金屬溫度在350～400℃，同時爐膛溫度也會在1000℃以上，所以機組在120MW 左右穩(wěn)定工況運行時，鍋爐的穩(wěn)燃裕度較大，完全沒有問題。

2.2 機組最低穩(wěn)燃條件與制粉系統(tǒng)的運行方式的關系

鍋爐有6臺中速磨煤機組成的直吹系統(tǒng)，每臺磨煤機對應一層燃燒器，共6層燃燒器。只要鍋爐的輸入功率在對應的發(fā)電功率120MW 以上，共有3層燃燒器正常穩(wěn)定運行，而且燃燒器的功率在70%以上，即制粉系統(tǒng)出力對應的熱值功率達到燃燒器功率設計值70%以上，而且有相鄰的兩層燃燒器正常運行，再加上一層隔層的燃燒器正常運行就可以組織成穩(wěn)定的火焰中心，保障機組穩(wěn)燃。

所以，在機組最低負荷運行時，保持相鄰的4臺磨煤機運行，或者中間隔一臺磨煤機2+2（兩組兩臺相鄰的磨煤機中間隔一臺磨煤機），3+1（相鄰的3臺磨煤機中間隔一臺磨煤機）。假如任何一臺磨煤機故障或者斷煤，將正常運行的磨煤機出力加大，開大正常運行磨煤機的熱風擋板和冷風擋板，加大進入爐膛的煤粉量，增大燃燒器功率，維持機組的出力不變。相鄰的磨煤機就會組織形成穩(wěn)定的火焰中心，保障機組的穩(wěn)定燃燒，當然相鄰的燃燒器出力可以加至最大，這樣火焰中心的溫度更高，穩(wěn)燃性更好，不足的功率再由隔層燃燒的磨煤機提供。

隨著摻燒污泥、固廢，磨煤機斷煤的概率增加，當磨煤機斷煤時，在斷煤的3min 之內，依靠著磨煤機內的存粉，燃燒器的功率輸出可以維持，所以有足夠的時間做出應對，加大正常運行磨煤機的出力，開大熱風擋板，增加給煤量；關小斷煤磨煤機的熱風擋板，防止一次風短路，影響正常運行磨煤機的通風量。在極端工況投入油燃燒器穩(wěn)燃，極端工況有以下幾種情況：一是磨煤機斷煤，機組有三臺磨煤機正常運行，但是都隔層燃燒，而且工況不穩(wěn)定；二是只有相鄰兩臺磨煤機正常運行，負荷低于35%，而且工況不穩(wěn)定；三是只有兩臺隔層磨煤機正常運行，而且工況不穩(wěn)定。

2.3 鍋爐蓄熱與最低穩(wěn)燃負荷的關系

注意鍋爐蓄熱在機組變負荷時，對鍋爐輸入功率的影響。設定好機組最低輸入功率對應的一次風量，確保對應的一次風量輸送到燃燒器的煤粉量燃燒功率在最低穩(wěn)燃負荷以上，確保磨煤機給煤量正常。通過正常運行磨煤機的一次風才能將煤粉輸送到燃燒器燃燒，形成穩(wěn)定燃燒的火焰中心，斷煤磨煤機里面的煤粉量不足，所以一次風輸送煤粉的比例不足，即煤粉濃度低，燃燒功率低。甚至磨煤機長時間斷煤，對應中速磨煤機超過10min 后，磨煤機的存粉就會被抽空，經過斷煤磨煤機的一次風就會形成短路，幾乎不攜帶煤粉。所以在磨煤機斷煤后，應立即關小熱風擋板，將磨煤機通風量減少至正常運行的50%。

一方面盡量維持磨煤機對應燃燒器穩(wěn)定燃燒的時間，杜絕燃燒器隔層運行，維持兩層以上相鄰燃燒器的運行，形成穩(wěn)燃的火焰中心；另一方面，防止磨煤機抽空，大量的一次風短路，而正常運行磨煤機的通風量就會減少，這樣磨煤機的干燥出力和一次風的煤粉輸送出力都會減少，磨煤機對應燃燒器的功率也會減少，不利于穩(wěn)定的火焰中心的維持。

鍋爐輸入負荷并不是每時每刻都等于輸出負荷，只有機組在穩(wěn)態(tài)，在一個負荷穩(wěn)定運行10min 以上，才可以近似穩(wěn)態(tài)，這時鍋爐的輸入風量，煤量變化幅度較少，鍋爐的輸入功率才等于鍋爐的輸出功率；在升負荷時，因為主蒸汽壓力會上升，對應的飽和溫度也會上升，并且組成鍋爐數(shù)量眾多的受熱面金屬溫度上升，會吸收熱量，儲存熱量；同樣鍋爐里面的水蒸汽也會隨著壓力的升高，吸收熱量，儲存熱量，所以鍋爐輸入的熱量-鍋爐由于壓力升高吸收儲存的熱量=鍋爐輸出的熱量；同樣減負荷時，鍋爐輸入的熱量+鍋爐由于汽壓降低釋放的熱量=鍋爐輸出的熱量，就是說鍋爐輸入的熱量遠小于鍋爐輸出的熱量，所以在機組降負荷時，即使機組對應的負荷大于穩(wěn)燃負荷對應的功率，但是由于鍋爐蓄熱功率的釋放，這時鍋爐的輸入負荷其實已經低于鍋爐穩(wěn)燃負荷。

2.4 中速磨直吹式制粉系統(tǒng)快速負荷調整的方法

在較低負荷時，保持較低的一次風壓力；在最大負荷附近保持較高的一次風壓力；同時，保持磨煤機出入口有一定的壓差，即磨煤機有一定的存粉量。當升負荷時，可以提高一次風的壓力，從而增加磨煤機的通風量，這樣進入爐膛燃燒器的風粉量就大，燃燒器的功率也就大，機組的負荷自然加快。并且，增加一次風壓力后，要立即增加給煤量，增大磨煤機出力，維持磨煤機的存粉量，從而維持燃燒器功率的持續(xù)運行。同樣，在較高負荷時，維持較高的一次風壓，在降負荷時，可以降低一次風壓，減少運行磨煤機的通風量，減少一次風輸送煤粉量，從而減少運行燃燒器的功率降低負荷。

一般運行磨煤機的出力在60%左右，由于入爐煤熱值降低，至少磨煤機對應燃燒器功率在50%左右，兩個以上相鄰燃燒器層就可以維持穩(wěn)定的火焰中心。在機組深度調峰時，可以關小磨煤機入口熱風擋板，冷風擋板，維持磨煤機的通風量在允許的范圍，一般中速磨煤機在70%，甚至更低。減少運行磨煤機的通風量，可以升高風粉混合物煤粉濃度，有利于著火和低負荷穩(wěn)燃，同時可以降低機組的總風量，維持氧量在合理正常的范圍內。當然，首選降低一次風壓和降低一次風量，只有一次風降低到一定程度，影響一次風機的安全運行時，采用關小擋板的方法，減少磨煤機一次風通風量。

2.5 關于燃油燃燒器的投入穩(wěn)燃助燃問題

機組的調峰負荷120MW，負荷運行4臺磨煤機，即使一臺磨煤機斷煤，可以關小斷煤磨煤機的熱風擋板，調節(jié)磨煤機通風量為正常運行的50%左右，再增加運行磨煤機的通風量和給煤量，維持機組負荷不變。這樣鍋爐會有穩(wěn)定燃燒的火焰中心，不用投油穩(wěn)燃。投油和撤油只會增加對鍋爐的擾動，增加操作量，增加值班員的勞動強度，同時增加了出錯的概率。假如在低負荷時，有3臺相鄰磨煤機運行，其中1臺磨煤機斷煤，必須盡快關小斷煤磨煤機的熱風擋板后，投油穩(wěn)燃，然后增大運行磨煤機出力。如相鄰4臺磨煤機運行，中間兩臺磨煤機斷煤，也要盡快關小斷煤磨煤機的熱風擋板，投入油燃燒穩(wěn)燃，然后增大正常運行磨煤機的出力。這兩種情況都是隔層燃燒，火焰中心不集中，燃燒器不能相互引燃，所以要投鄰油穩(wěn)燃。

關小斷煤磨煤機的熱風擋板，也很關鍵，否則一次風會從斷煤磨煤機短路，減少正常運行的通風量，降低正常運行磨煤機對應燃燒器的功率，造成燃燒器火焰中心負荷不足而滅火。投油燃燒器穩(wěn)燃助燃，并不能完全避免滅火。必須減少機組熱負荷的擾動幅度，把正常運行磨煤機的出力調至最大，將熱風擋板開全至100%（或者達到磨煤機最大通風量），并且一次風壓也維持正常運行的高限值，磨煤機通風量正常運行時較大值，這樣盡量維持鍋爐的較高的熱負荷。如果磨煤機斷煤，鍋爐在低負荷附近甩去1/3以上的負荷，例如機組在160MW 由3臺磨煤機運行，如果1臺磨煤機斷煤甩去1/3負荷，這時即使投油，鍋爐也可能滅火，因為火焰中心擾動太大。

但是在投油的同時，再增大運行磨煤機的出力，這時鍋爐可能只損失了20MW 的機組負荷，甚至損失的負荷更少，這樣鍋爐穩(wěn)燃當然更好。5臺磨煤機100%負荷，3臺磨煤機最大可以帶60%負荷，即210MW。即使1臺磨煤機斷煤甩負荷，兩臺磨煤機運行可以維持120MW 以上，這樣在投油穩(wěn)燃，就沒有滅火之憂。如果3臺磨煤機運行，帶160MW 負荷，1臺磨煤機斷煤甩負荷，只投油燃燒，磨煤機沒有加到最大出力，這時機組負荷只有106MW，鍋爐的擾動大，即使投油，也可能滅火[1]。

2.6 鍋爐總風量和氧量的影響

鍋爐的總風量會影響爐膛火焰中心的溫度，所以在機組低負荷時，保持較低的鍋爐氧量，可以保持較低的鍋爐總風量。這樣，一定的燃料燃燒釋放的熱量會被盡可能少的煙氣量攜帶、稀釋，有利于保持較高的爐膛溫度和煙氣溫度，有利于鍋爐的低負荷穩(wěn)燃。較低的氧量和較低的總風量使得爐膛的輻射熱比例高一些，尾部煙道的煙氣對流熱量比例少一些，再熱汽溫可能就會低一些。低負荷以穩(wěn)燃安全運行為主，再熱汽溫的維持為次。在低負荷總風量調整時，送風機動葉開度必須有一個最小值，當送風機動葉關至最小值后，可以降低一次風壓，再關小磨煤機入口熱風擋板，調整進入磨煤機的一次風量在磨煤機額定通風量的70%左右。

對于中速磨煤機來說，降低磨煤機的一次風量，可以維持磨煤機出口風粉混合物煤粉的濃度，較高的煤粉濃度有利于著火；降低一次風壓和一次風量，一次風的動量減少，攜帶能量降低，使進入爐膛燃燒器的煤粉粒度更細，也有利于燃燒器的穩(wěn)定燃燒。特別注意的是，低負荷一次風機和送風機一樣，要觀察或者做試驗，確定低負荷的穩(wěn)定性，防止低負荷一次風機和送風機不穩(wěn)定與失速。同樣，在機組高負荷時，假如入爐煤有結焦的可能，也可以維持較高的氧量和總風量，一方面使爐膛燃燒區(qū)域不出現(xiàn)還原氣氛，另一方面大風量稀釋燃料燃燒放出的熱量，使爐膛溫度不至于過高，超過灰分的結焦溫度。在磨煤機斷煤時，進入爐膛的煤粉較大幅度的減少，如減少20%左右，建議快速調節(jié)送風量保障總風量與燃料量比例大致不變，在氧量做出反應之前，就根據入爐煤粉量進行提前調節(jié)。相關案例顯示，假如氧量反應過來時，已與入爐煤粉不成比例，過量的總風量會快速降低爐膛溫度，引起燃燒器滅火。

2.7 磨煤機出口溫度的控制

磨煤機出口風粉混合物溫度是根據煤的揮發(fā)分來計算的。磨煤機出口風粉混合溫度過低使煤粉的流動性變差，風粉混合物濃度不均勻度加劇，偏燒加?。荒ッ簷C出口風粉混合物溫度低，意味著一次風冷風進入爐膛，一次風冷風相當于爐膛漏風，爐膛溫度降低，會使燃燒器的著火延遲，穩(wěn)燃性變差，增加低負荷滅火的可能性。并且，磨煤機出口風粉混合物溫度降低，即一次風冷風進入爐膛，使鍋爐效率降低。只要磨煤機停運，抽空余粉，磨煤機啟動前再進行通風吹掃，磨煤機里沒有可燃物，磨煤機就不會爆燃。磨煤機在正常運行時，有足夠的通風量，用于帶走可燃氣體和熱量，所以即使溫度較高，也不具備爆燃的條件。磨煤機出口風粉混合的溫度是由煤質決定的，盡量維持較高的溫度，一方面增加了磨煤機的干燥出力以及增加磨煤機的出力，另一方面增加磨煤機對應燃燒器穩(wěn)燃性。

3 結語

燃煤機組穩(wěn)燃調整與制粉系統(tǒng)運行方式，入爐煤質，風煤比，即入爐送風量與入爐煤粉比例（特別是磨煤機斷煤時），鍋爐蓄熱（升負荷和降負荷時）有關。只有深刻理解鍋爐穩(wěn)燃，才能正確調整，保障機組安全經濟運行，滿足以新能源為主的電網對煤電機組的要求。