循環(huán)流化床機(jī)組深度調(diào)峰試驗(yàn)研究

楊俏發(fā)

（西山煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司發(fā)電分公司，山西 太原 030000）

0 引言

隨著山西經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，高耗能企業(yè)限量生產(chǎn)，山西整體的用電負(fù)荷呈下降趨勢(shì)，且山西省的裝機(jī)容量逐年上升，裝機(jī)過剩嚴(yán)重；同時(shí)隨著山西省清潔能源發(fā)電占比的日益加大，基于清潔能源負(fù)荷的時(shí)變形特點(diǎn)，尤其在冬季供暖期，整體山西電網(wǎng)的調(diào)整受清潔能源、供熱以及裝機(jī)過剩的多重壓力，電力平衡困難。在電網(wǎng)調(diào)度日益嚴(yán)峻的趨勢(shì)下，火電機(jī)組作為支撐性調(diào)峰機(jī)組，加強(qiáng)火電機(jī)組的深度調(diào)峰能力擺在科教工作者面前的一個(gè)重要課題。循環(huán)流化床燃煤機(jī)組一方面在火電機(jī)組中的占比越來越大，參與電網(wǎng)調(diào)峰的作用越來越大；另一方面由于自身燃燒特點(diǎn)，低負(fù)荷穩(wěn)燃效果較好，調(diào)峰能力大[1]，深度挖掘該類型機(jī)組的深度調(diào)峰能力，是提高整體火電機(jī)組深度調(diào)峰能力的重要途徑。選取山西省不同類型典型循環(huán)流化床機(jī)組，在實(shí)際運(yùn)行煤種下，進(jìn)行機(jī)組深度調(diào)峰試驗(yàn)研究。機(jī)組深度調(diào)峰為降低最小技術(shù)出力和壓火啟動(dòng)兩種調(diào)峰方式。

1 最低技術(shù)出力試驗(yàn)研究

影響循環(huán)流化床鍋爐最小技術(shù)出力的主要因素為[2]：鍋爐本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，燃用入爐煤質(zhì)，氮氧化物的排放控制。其中入爐煤質(zhì)的影響最為突出，鍋爐最低技術(shù)出力主要受煤種揮發(fā)分大小的制約。結(jié)合山西省循環(huán)流化床鍋爐入爐煤種的使用，選取了3臺(tái)不同類型典型300 MW循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行燃用不同揮發(fā)分煤種下，鍋爐最小技術(shù)出力試驗(yàn)，試驗(yàn)煤種如表1所示，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，不同煤種循環(huán)流化床鍋爐的最低技術(shù)出力如圖1所示。

表1 試驗(yàn)煤種煤質(zhì)分析表

循環(huán)流化床機(jī)組的實(shí)際調(diào)峰能力受機(jī)組自身設(shè)計(jì)、燃用煤種及機(jī)組類型的限制。燃用揮發(fā)較高煤種的循環(huán)流化床鍋爐，燃燒著火點(diǎn)低，機(jī)組的最低穩(wěn)燃負(fù)荷較低，深度調(diào)峰能力強(qiáng)；鍋爐自身設(shè)計(jì)爐膛容積熱負(fù)荷高，床溫設(shè)計(jì)較高的循環(huán)流化床機(jī)組，其最低技術(shù)出力低，調(diào)峰能力強(qiáng)。典型循環(huán)流化床機(jī)組深度調(diào)峰的最低技術(shù)出力為19.69%～25.76%，其調(diào)峰能力在無油助燃條件下，最大調(diào)峰能力可達(dá)到19.69%～100%。從技術(shù)角度出發(fā)，該類型機(jī)組的深度調(diào)峰能力空間較大，其技術(shù)滿足深度調(diào)峰實(shí)施的可行性。

表2 燃用不同煤種下機(jī)組最低技術(shù)出力

圖1 燃用不同煤種下機(jī)組的最低穩(wěn)燃負(fù)荷

2 循環(huán)流化床鍋爐壓火啟動(dòng)試驗(yàn)

壓火最初是指循環(huán)流化床鍋爐在運(yùn)行過程中，因計(jì)劃?rùn)z修、重要輔助設(shè)備突然發(fā)生故障或其他故障需要暫時(shí)停止鍋爐運(yùn)行的一種操作，利用鍋爐預(yù)熱產(chǎn)生一定的蒸汽量，維持汽輪機(jī)在一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)以3000 r/min運(yùn)行，即實(shí)現(xiàn)停爐不停機(jī)。循環(huán)流化床，當(dāng)電網(wǎng)峰谷差增加，尤其是冬季，供熱機(jī)組最低負(fù)荷受供熱量的影響，出力大于機(jī)組本身的最低穩(wěn)燃出力時(shí)，可將部分機(jī)組停運(yùn)，待電網(wǎng)高峰前再將其迅速啟動(dòng)，達(dá)到大幅度調(diào)峰的目的。采用此種方式實(shí)施電網(wǎng)調(diào)峰從技術(shù)角度是可行的，但具體實(shí)施受壓火啟動(dòng)時(shí)間間隔的限制。鍋爐壓火后再次啟動(dòng)時(shí)，只有床溫在鍋爐燃用煤種的投煤溫度之上，才可能實(shí)現(xiàn)不投油壓火啟動(dòng)。因此，鍋爐燃用煤種的著火溫度為鍋爐壓火后的最低啟動(dòng)床溫，通常從機(jī)組壓火后到床溫降到最低啟動(dòng)床溫的時(shí)間為鍋爐的最長(zhǎng)壓火時(shí)間。通常，由于機(jī)組壓火啟動(dòng)時(shí)，鍋爐輔機(jī)啟動(dòng)到床料流化再到給煤機(jī)投煤需要十幾分鐘時(shí)間，鍋爐的床溫通常會(huì)下降50～100℃。因此，壓火后的最低啟動(dòng)床溫需要比燃用煤種對(duì)應(yīng)的著火溫度點(diǎn)高50～100℃。

2.1 帶外置床自然循環(huán)鍋爐壓火啟動(dòng)時(shí)間界定

在某300 MW帶外置床換熱器的循環(huán)流化床鍋爐（鍋爐1） 進(jìn)行壓火試驗(yàn)，試驗(yàn)煤種如表3所示。

表3 試驗(yàn)煤種煤質(zhì)

停爐前機(jī)組負(fù)荷260 MW，停爐后壓火時(shí)床溫902℃。壓火后鍋爐的床溫隨時(shí)間的變化曲線如圖2所示。從圖2中可以看出，剛壓火時(shí)床溫下降較快，后期較慢。該鍋爐燃用煤種的揮發(fā)分高，通過煤質(zhì)的分析估算，該煤質(zhì)的著火溫度為480℃，最低啟動(dòng)床溫應(yīng)控制在580℃以上。壓火5.5 h后床溫下降到589℃，進(jìn)行鍋爐壓火后啟動(dòng)。20 min后壓火啟動(dòng)投煤成功，1.67 h后機(jī)組順利并網(wǎng)發(fā)電，從停爐解列到再次并網(wǎng)中間一共持續(xù)7.17 h。

2.2 不帶外置床自然循環(huán)鍋爐的壓火啟動(dòng)時(shí)間界定

在某不帶外置床300 MW循環(huán)流化床鍋爐（鍋爐2）進(jìn)行壓火試驗(yàn)。試驗(yàn)煤種如表4所示。

進(jìn)行壓火試驗(yàn)停爐前機(jī)組負(fù)荷240 MW，停爐后壓火時(shí)床溫931.8℃。壓火后鍋爐的床溫隨時(shí)間的變化曲線如圖2所示中鍋爐2的曲線。通過煤質(zhì)的分析估算，該煤質(zhì)的著火溫度約550℃，最低啟動(dòng)床溫為650℃。壓火3.5 h后床溫下降到666℃，進(jìn)行鍋爐壓火后啟動(dòng)，18 min后壓火啟動(dòng)投煤成功，1.5 h后機(jī)組順利并網(wǎng)發(fā)電，從停爐解列到再次并網(wǎng)中間一共持續(xù)5 h。

圖2 壓火期間床溫變化曲線

表4 試驗(yàn)煤種煤質(zhì)

2.3 超臨界循環(huán)流化床鍋爐壓火啟動(dòng)時(shí)間界定

在某不帶外置床300 MW循環(huán)流化床鍋爐（鍋爐2）進(jìn)行壓火試驗(yàn)。試驗(yàn)煤種如表5所示。

進(jìn)行壓火試驗(yàn)停爐前機(jī)組負(fù)荷290 MW，停爐后壓火時(shí)床溫943.2℃。壓火后鍋爐的床溫隨時(shí)間的變化曲線如圖2所示中鍋爐3的曲線。比較圖2中鍋爐1、鍋爐2和鍋爐3的床溫下降曲線可以看出，鍋爐3的床溫下降最快，這主要是由于鍋爐3為直流爐，持續(xù)給水致使水冷壁帶走的熱量大，床溫下降較快。通過煤質(zhì)的分析估算，該煤質(zhì)的著火溫度約650℃，最低啟動(dòng)床溫為750℃。壓火2 h后床溫下降到750.5℃，進(jìn)行鍋爐壓火后啟動(dòng)，停爐解列到再次并網(wǎng)中間共持續(xù)3.33 h。

3 結(jié)論

a）循環(huán)流化床機(jī)組的實(shí)際調(diào)峰能力受機(jī)組自身設(shè)計(jì)、燃用煤種及機(jī)組類型的限制。燃用揮發(fā)分較高的煤種，著火點(diǎn)低，機(jī)組的最低穩(wěn)燃負(fù)荷低，調(diào)峰能力強(qiáng)；該類型機(jī)組的最低穩(wěn)燃負(fù)荷為19.69%～25.7%，其最大調(diào)峰能力可達(dá)到19.69%～100%，但部分機(jī)組在深度調(diào)峰負(fù)荷下，氮氧化物排放不滿足超低排放標(biāo)準(zhǔn)，需進(jìn)行超低負(fù)荷下低氮燃燒改造及調(diào)整。

b）循環(huán)流化床鍋爐壓火時(shí)間隨著鍋爐爐型和燃用煤種的不同而變化。燃用高揮發(fā)分煤種的自然循環(huán)鍋爐壓火時(shí)間最長(zhǎng)，燃用低揮發(fā)分煤種直流爐壓火時(shí)間最短。

c）循環(huán)流化床鍋爐可以實(shí)現(xiàn)壓火后不投油啟動(dòng)。機(jī)組壓火時(shí)，從壓火前解列到壓火啟動(dòng)后再次并網(wǎng)的時(shí)間間隔通常為3～7 h。