大型燃煤機組深度調峰工況下安全與經濟性探討

龔偉東，談紫星，陳林國

（1.國家電投集團上海能源科技發(fā)展有限公司，上海 201102；2.南昌科晨電力試驗研究有限公司，江西 南昌 330096）

0 引言

在第75 屆聯合國大會上，習近平總書記提出的“30·60”碳排放戰(zhàn)略，為我國能源結構的轉型發(fā)展指明了方向，清潔能源得到了迅速發(fā)展的同時，電網結構發(fā)生了巨大的變化，電網峰谷差越來越大，在此形式下，作為主力電源的火電機組進行深度調峰[1]，是目前提升電網靈活性最現實、最有效的選擇。為適應火電機組發(fā)展趨勢，提高機組的上網競爭力和盈利能力，兼顧機組安全性及經濟性成為電廠及電力科研單位所研究的主要方向，文中結合某省電廠3號機組深度調峰過程中遇到的問題及采取的措施，并根據措施的實施效果進行探討，因而對大型燃煤機組提高深度調峰能力[2]，保障機組在深度調峰工況下的安全穩(wěn)定經濟運行具有重大的參考價值。

1 設備概況

某發(fā)電廠3號爐系哈爾濱鍋爐廠生產的HG-1938/32.69/610-YM2型超超臨界一次再熱燃煤鍋爐，該鍋爐采用單爐膛、∏型布置、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構架、全懸吊結構。爐膛四周為水冷壁采用熔焊膜式壁，爐膛尺寸為17 693 mm×16 310 mm，鍋爐主要設計參數見表1 所示，鍋爐煤質資料見表2所示。

表1 鍋爐主要設計參數

表2 鍋爐煤質資料

汽輪機為哈爾濱汽輪機有限公司生產的超超臨界、一次中間再熱、四缸四排汽、單軸凝汽式汽輪機。

2 深度調峰工況下出現的問題

研究表明，當機組正常運行負荷低于50%額定負荷時，機組經濟性及安全性隨著機組負荷的下降而下降，爐內燃燒開始惡化，文中結合3 號機組深度調峰（深度調峰負荷30%額定負荷）試驗，歸納出大型燃煤機組深度調峰過程中經常出現的典型問題[3]：爐內燃燒不穩(wěn)、給水控制不穩(wěn)、風機運行不穩(wěn)、環(huán)保指標超限、再熱汽溫偏低、固體燃燒熱損失偏大、排煙熱損失偏大等，并加以分析，以便針對性的采取措施。

2.1 鍋爐低負荷穩(wěn)燃問題

根據《某省燃煤發(fā)電機組靈活性改造和深度調峰達標驗收試驗技術規(guī)范》的要求，機組需要在不得投用燃油等輔助能量進行助燃的前提下，保持鍋爐燃燒穩(wěn)定，火焰檢測正常。鍋爐在低負荷時，爐膛火焰充滿度較差，煤粉著火變得更困難，燃燒穩(wěn)定性比較脆弱，抗干擾能力急速下降，當機組出現煤質變差、斷煤、掉焦、缺水等問題時，易出現失去火檢，甚至爐膛滅火事故。

2.2 給水控制問題

結合3 號機組，當機組到達30%額定負荷時，鍋爐給水流量已經接近保護值，且給水自動難以跟蹤[4]，特別是需要開關減溫水時，給水流量發(fā)生變化，引起鍋爐壁溫大幅波動，容易造成受熱面超溫，大量氧化皮脫落，從而引發(fā)受熱面爆管事故；當給水流量持續(xù)降低，觸發(fā)聯鎖，可能造成鍋爐給水保護動作滅火事故。

2.3 給水泵小機汽源穩(wěn)定問題

在深度調峰低負荷的工況下，小汽輪機汽源（該機來自汽輪機四段抽汽）壓力大幅降低，從而造成給水泵出力降低，嚴重時造成鍋爐缺水，機組“非停”事故。

2.4 環(huán)保指標超限問題

在深度調峰低負荷的工況下，爐膛出口煙溫降低，造成SCR 入口煙溫（該機要求不低于300 ℃）不滿足催化劑活性溫度要求，降低化學反應效率，嚴重時造成SCR解列，環(huán)保參數超標嚴重。

2.5 風機運行不穩(wěn)問題

在深度調峰低負荷的工況下，風機的運行參數遠離性能曲線高效區(qū)，造成流量、壓頭與風機特性匹配差，易發(fā)生風機喘振和失速等事故。

2.6 再熱汽溫偏低問題

在深度調峰低負荷的工況下，隨著爐膛溫度的降低，再熱汽溫也隨之降低，就3 號機組而言，在30%THA 工況下，再熱汽溫低于設計值10-15 ℃，造成熱耗、煤耗顯著上升，影響機組經濟性。且再熱蒸汽溫度過低，可能造成汽輪機低壓缸末級葉片處蒸汽帶水，影響汽輪機安全運行。

2.7 鍋爐熱效率下降問題

在深度調峰低負荷的工況下，3 號機組實測鍋爐熱效率為92.16%，修正后鍋爐熱效率92.10%，嚴重低于BMCR 工況下鍋爐熱效率93.97%，主要原因為：爐膛溫度降低，火焰充滿度變差，風粉擾動效果降低，煤粉著火困難，不能充分燃燒，造成飛灰、爐渣含碳量升高，固體燃燒熱損失及排煙熱損失增加。

3 采取的措施及建議

3.1 保障原煤品質，加強爐內燃燒調整。

1）在深度調峰低負荷的工況下，加強原煤管理，增加煤質檢測頻率，保障原煤品質，對3號爐而言，入爐煤的收到基低位發(fā)熱量宜大于5000 大卡，空氣干燥基揮發(fā)分大于30%，灰分小于15%。

2）在深度調峰低負荷的工況下，保持煤粉細度、風量、爐膛氧量、一次風壓、磨煤機出口風溫處于最優(yōu)位置[5]，油槍處于正常備用狀態(tài)，遇到燃燒不穩(wěn)立即投入油槍穩(wěn)燃，一旦出現堵煤現象，立即處理，最大程度減輕因此造成的爐內燃燒不穩(wěn)影響。

3.2 加強給水指令監(jiān)視

在深度調峰低負荷的工況下，運行人員增強監(jiān)盤質量，一旦發(fā)現給水出現劇烈波動時，果斷將自動切除，改為手動調節(jié)，依據水位及過熱度準確判斷給水水位[4]。

3.3 提高輔汽參數，優(yōu)化小機進汽汽源自動切換邏輯

1）在深度調峰低負荷的工況下，保證輔汽可靠備用，增加冷段再熱蒸汽至輔汽聯箱進汽量，提高輔汽參數。

2）在深度調峰低負荷的工況下，優(yōu)化小機進汽汽源自動切換邏輯，實現小機安全穩(wěn)定運行，保障給水安全。

3.4 增加煙氣旁路，提高火焰中心

機組深度調峰前，暫停鍋爐吹灰，以維持較高的排煙溫度；對燃煤鍋爐尾部煙道進行改造，增加SCR旁路，在深度調峰低負荷的工況下，根據SCR 入口煙氣溫度的變化，調節(jié)SCR 旁路門開度；在深度調峰低負荷的工況下，通過調整燃燒器擺角，風量，燃盡風門開度等，提升爐膛火焰中心高度，增加SCR 入口煙溫，保證脫硝效率，防止環(huán)保指標超限。

3.5 改造風機及風煙系統

在深度調峰低負荷的工況下，3 號機組已出現輕微喘振，存在失速風險，對此，電廠及時聯系風機廠家，對現有風機及風煙系統進行改造，以增強風機在深度調峰低負荷工況下的適應能力，從改造的效果判斷，深度調峰工況下，風機已能正常運行，沒有出現喘振及失速問題。

3.6 合理利用煙氣擋板，提高火焰中心位置

在深度調峰低負荷的工況下，主煙道煙氣擋板開度適當增加，同時關小低溫過熱器煙氣擋板，保證再熱汽溫；就3號機組而言，將燃燒器噴口擺角調整為+60%，使爐膛火焰中心上移[5]，增加高溫再熱器吸熱量，提高再熱汽溫；整個過程中保證再熱蒸汽有一定的過熱度，防止汽輪機發(fā)生水沖擊事故。

3.7 加強燃燒調整力度

在機組進行深度調峰前，該廠便聯系相關科研院所，對3號機組低負荷工況下進行燃燒調整試驗[5]，通過適當降低煤粉細度、改變磨組運行方式、提高磨煤機出口風溫、降低一次風速、調整運行氧量及燃燒器擺角等一系列措施[6]，降低了飛灰、爐渣含碳量，減少了排煙損失，使得實測鍋爐效率從92.16%上升為92.46%，修正后鍋爐熱效率從92.10% 上升為92.41%。

4 結語

總之，大型燃煤機組在深度調峰低負荷的工況下，機組的眾多設備、系統都脫離設計參數之外，所以造成機組的設備、系統或多或少受到影響，導致機組出現安全隱患和經濟損失，也正因此，我們更應當總結燃煤機組深度調峰過程中出現的問題，然后針對性的采取措施，以保障機組安全經濟運行，最大限度的發(fā)揮火電機組“兜底”保供作用，肩負起國家向新能源電力轉型的歷史使命。