超臨界大容量火電機組深度調峰對燃煤鍋爐的影響

沈利，徐書德，關鍵，盧泓樾，裘立春

(1.浙江浙能技術研究院有限公司，杭州　310003; 2.浙江浙能蘭溪發電有限責任公司，浙江　金華　321100)

超臨界大容量火電機組深度調峰對燃煤鍋爐的影響

沈利1，徐書德2，關鍵1，盧泓樾2，裘立春1

(1.浙江浙能技術研究院有限公司，杭州310003; 2.浙江浙能蘭溪發電有限責任公司，浙江金華321100)

針對超臨界大容量火電機組參與調峰的實際情況，從機組的安全性、經濟性和環保性等三方面分析了機組在深度調峰時對燃煤鍋爐的影響因素，并針對可能出現的問題提出了一些相應的對策。實踐表明:綜合考慮鍋爐低負荷時穩燃性能、水動力的穩定性、防止管壁超溫和尾部受熱面腐蝕等影響后，才能實現電網對這類機組參與調峰的要求。

燃煤鍋爐;調峰;穩燃

近年來越來越多的超臨界大容量火電機組參與負荷調峰，使得大容量機組經常處于低負荷運行，而且低負荷的限值更低，因此影響機組的安全性和經濟性。筆者主要討論機組在深度調峰狀況下對燃煤鍋爐主要設備的影響，并提出一些相應的應對措施。

1　對安全性的影響

1.1鍋爐燃燒穩定性

對于設計為煙煤的鍋爐最低穩燃負荷，一般均在30%BMCR，大致相當于33%的額定負荷;但是從運行的安全性角度出發，電廠控制的最低穩燃負荷一般在40%額定負荷，有的控制在50%額定負荷。深度調峰運行時，鍋爐的燃燒工況遠低于最低穩定運行負荷，爐膛溫度下降，煤粉著火困難，火焰穩定性差，易熄火，存在爐膛滅火放炮的重大隱患。

鍋爐燃燒的穩定性與鍋爐形式、燃燒器結構、煤種、磨煤機性能等因素有關［1］，因此對于煤粉燃燒穩定性應包括降低煤粉著火熱和加強著火供熱。具體的穩燃措施為:(1)采用新型低負荷穩燃燃燒器;(2)適當降低一次風速;(3)提高一次風中煤粉質量分數;(4)提高煤粉細度;(5)提高磨煤機出口溫度;(6)提高各燃燒器風粉分配均勻性;(7)采用集中火嘴(對于對沖燃燒鍋爐，應采用中層或下層2臺磨煤機對沖運行)［2］。1.2氧化皮加劇生成和剝落

機組深度調峰時不僅影響機組燃燒的安全性，而且影響機組汽水系統運行的安全性。機組極低負荷運行可能引起超臨界鍋爐汽水管路中的氧化皮加劇生成和剝落。

改進措施為:(1)運行中盡量降低火焰中心，以防金屬壁溫超溫;(2)負荷中嚴格控制主、再熱汽溫的大幅波動，10 min內控制在30 K以內; (3)減溫水使用平穩，避免大幅開啟或關小減溫水量導致主蒸汽和再熱蒸汽溫度大幅波動及過熱器、再熱器管壁溫劇變引起氧化皮脫落;(4)控制啟停爐時的升溫升壓率(＜1 K/min);(5)吹灰后必須充分疏水，避免蒸汽吹灰過程中蒸汽帶水導致受熱面急劇降溫;(6)啟動時進行沖洗;(7)加強檢查，及時清理，及時換管。

1.3管壁溫度不均勻和易超溫

長時間低負荷運行期間，鍋爐由于汽壓降低、水動力不足等原因導致水冷壁容易發生超溫，加上長期不吹灰將導致燃燒調整困難，同時受熱面容易出現熱偏差，導致機組受熱面超溫，主蒸汽和再熱蒸汽溫度失調，爐膛掉焦砸壞水冷壁等風險增大［3］。

對于超臨界機組，濕態(二相介質的再循環模式運行)至干態運行(單相介質的直流運行)的轉化點為25%～27%BMCR。在該轉換點附近運行，容易產生機組管壁超溫等問題。

改進措施為:(1)通過減溫水調節熱偏差; (2)低負荷時燃燒調整;(3)嚴格控制煤水比。

1.4尾部煙道和尾部受熱面

鍋爐在低負荷下運行時間長、負荷低、爐溫低、燃燒不完全，加之煙氣流速低，使含有可燃物的飛灰易在對流煙道內積存，同時煙氣中有較多的過剩氧，為發生煙道再燃燒創造了條件。

低負荷調峰過程中負荷經常變化，鍋爐的排煙溫度、空氣預熱器壁溫和尾部煙速波動均較大，排煙溫度及尾部受熱面壁溫、煙氣流速也隨之下降，導致尾部受熱面的積灰和腐蝕加劇;同時鍋爐在低負荷運行時，空氣過量系數大，會生成更多的SO3，導致腐蝕進一步加劇［1］。冬季低負荷工況，排煙溫度更低，容易發生空氣預熱器腐蝕和堵塞。

2　對經濟性的影響

2.1對鍋爐效率的影響

鍋爐在深度調峰后，負荷系數降到較低，導致超臨界高效機組運行在高壓機組模式下，效率大為降低。爐膛溫度下降，引起不完全燃燒增加，鍋爐效率下降。深度調峰時，低負荷狀況下氧量加大運行，排煙熱損失也會有所增加;同時負荷在極低環境下不具備吹灰條件，也影響鍋爐效率。

具體措施有:(1)增加對外供熱，以增加鍋爐蒸發量應對低負荷(但要注意過熱器、再熱器不得超溫);(2)適當降低過量空氣系數。

2.2主汽溫、再熱汽溫降低

隨著鍋爐負荷降低，主汽溫、再熱汽溫達不到設計值，影響鍋爐經濟性。若采用變壓運行方式，雖可在較寬的負荷范圍內保持汽溫穩定，但深度調峰后，當負荷低到一定程度時，仍會出現汽溫隨負荷下降而下降的情況［1］。

具體措施有:(1)適當增加過剩空氣系數; (2)采取上位燃燒器運行;(3)適當減少煤粉細度;(4)適當增加對外供熱量。

2.3對輔機的影響

深度調峰時機組低負荷運行，各輔機設備偏離設計工況，直接影響輔機的做功效率，增大了供電煤耗、廠用電率;同時，輔機的電動機功率因數減小，導致電動機損耗相對增加，也增加廠用電率。鍋爐排煙溫度更低容易發生空氣預熱器腐蝕堵塞，風煙系統阻力增大會影響機組的經濟性。

低負荷運行不僅對經濟性影響，也會造成安全方面的風險，例如鍋爐風機負荷過低，可能帶來風機的搶風和失速，進而發生喘振、跳閘。

具體措施有:(1)風機等輔機單列運行(需注意MFT安全性);(2)磨煤機集中或對稱投入運行;(3)可考慮風機電動機變頻運行;(4)適當增加對外供熱量。

3　對環保性的影響

3.1對電除塵器除塵及脫硝的影響

深度調峰時機組低負荷運行，煙氣溫度降低，靜電除塵器隨著煙氣溫度的降低而除塵效率提高;但是當負荷降低到一定極限后，除塵器內煙氣溫度低于煙氣露點時，腐蝕性物質會腐蝕除塵器的內部設備，影響設備正常運行。

低負荷時，脫硝裝置入口的煙溫降低，低到一定程度后脫硝設施退出運行，因而在低負荷情況下會導致氮氧化物超標運行，無法滿足環保要求;同時，由于脫硝系統的催化劑對運行環境有嚴格的要求，長期低負荷運行，鍋爐排煙溫度低會造成催化劑的使用壽命大幅縮短。

具體措施有:(1)燃燒調整適當提高煙溫; (2)通過設備改造適當提高省煤器出口煙溫，包括省煤器煙氣側旁路、省煤器水側旁路、分級省煤器等［4］;(3)適當增加對外供熱量。

3.2對脫硫的影響

在低負荷過程中，鍋爐的不完全燃燒會增加，應重視考慮低負荷時對脫硫的影響，需要進行脫硫漿液和脫硫石膏的取樣和成分分析。如果進行投油穩燃，可能造成對脫硫漿液的中毒。

具體措施有:(1)通過燃燒調整盡可能保證無油穩燃;(2)脫硫漿液及時取樣跟蹤分析。

4　結語

鍋爐在進行深度調峰低負荷運行時，電廠的低負荷受限主要取決于鍋爐側，而鍋爐的低負荷限值又是主要取決于低負荷穩燃和水動力運行可靠性，因此會對鍋爐側包括經濟性、安全性和環保性等方面產生影響。根據鍋爐運行可能出現的問題，應綜合考慮各方面的相互影響，以保證機組能夠安全可靠運行，更好地適應機組深度調峰的需求。

［1］楚玉萍.鍋爐低負荷運行中常見問題及對策［J］.機電信息，2011(36):114-115.

［2］李鳳瑞，郭為.大型燃煤鍋爐的低負荷穩燃綜述［J］.吉林電力，2001(2):30-32.

［3］張莉，劉亞琴，呂立霞，等.蒸汽鍋爐低負荷運行對水動力可靠性的影響［J］.大連大學學報，2005，26(2):20-23.

［4］蔣妮娜，吳其榮，趙偉俊，等.火電廠低負荷脫硝研究［J］.能源與環境，2014(4):76-78.

Effects of Deep Participation in Peak Regulation on the Coal-fired Boiler of a Supercritical High-capacity Thermal Power Unit

Shen Li1，Xu Shude2，Guan Jian1，Lu Hongyue2，Qiu Lichun1
(1.Zhejiang Energy Group R＆D Co.，Ltd.，Hangzhou 310003，China; 2.Zhejiang Energy Lanxi Power Generation Co.，Ltd.，Jinhua 321100，Zhejiang Province，China)

In the light ofactual situation that supercritical power units have to take part in peak regulation，influence factors on the coal-fired boiler are analyzed from the aspects of security，economy and environmental protection during deep participating in peak regulation of the unit，to which countermeasures are put forward for possible problems.Practices indicate that the peak regulation requirements can be satisfied only after following problems are comprehensively considered，such as the boiler's low-load combustion stability，hydrodynamic stability，prevention of tube wall overheating and corrosion of tail heating surfaces，etc.

coal-fired boiler;peak regulation;combustion stabilization

TK227

A

1671-086X(2016)01-0021-03

2015-07-24

沈利(1985—)，男，工程師，主要從事火力發電廠技術服務和試驗研究工作。

E-mail:shen8570@163.com