600MW亞臨界“W”型鍋爐深度調峰技術研究

李寧佳

【摘 要】隨著電力市場供需關系的急劇轉變，為適應電網需求，火力發電廠也面臨著許多新的挑戰。本文以貴州黔東電力有限公司600MW亞臨界“W”型鍋爐深度調峰技術作為研究對象，針對深度調峰的各種工況開展討論，并從各個階段的準備和實施加以解析，希望此研究能為同類機組操作人員帶來一定啟發。

【關鍵詞】深度調峰;節油;安全

引言

貴州黔東電力有限公司（以下簡稱黔東電廠）坐落于黔東南州鎮遠縣黔東經濟開發區，其地理位置臨近湖南省新晃縣，#1/2發電機出口由主變升壓至500kV后經艷山紅變電站輸送至華中電網向湖南省境內湘西及中部供電。因輸電線路通道受限和湖南電網結構特性，導致峰谷負荷偏差較大，機組運行期間深度調峰已趨于常態化，2018年度雙機累計深度調峰148臺/次，啟停調峰4臺/次。隨著電力市場供需關系變化，西電東輸政策穩步實施，黔東電廠的機組調峰頻次只會有增無減，并有由夜間調峰發展至白天、深度調峰發展到啟停調峰的趨勢，至此對機組安全和運行調整難度提出了更高要求。

深度調峰泛指火力發電廠所帶負荷低于機組設計的最低穩燃負荷，目前我國火電廠最低穩燃負荷設計值一般在50%額定負荷左右。當調度下達的負荷指令曲線低于機組的最低穩燃負荷，機組即進入深度調峰工況。深度調峰過程中機組運行參數較設計值偏差大，爐膛熱負荷維持在較低水平，抗擾動能力差，如操作調整不當或參數控制不穩，極易導致鍋爐滅火事故發生。為了保證爐膛燃燒安全，大多數火電企業會采用投油穩燃的方法，有的爐型安裝有等離子點火裝置，會投運該裝置進行穩燃，以達到保障爐膛燃燒安全的目的。

1 概述

黔東電廠鍋爐采用的是由東方鍋爐廠引進福斯特·惠勒公司技術設計制造，型號：DG2028/17.45-Ⅱ3，型式：亞臨界壓力，一次中間再熱自然循環，雙拱形單爐膛，“W”型火焰燃燒方式汽包爐;尾部雙煙道結構，采用煙氣擋板調節再熱汽溫;固態排渣，全鋼、全懸吊結構，平衡通風，露天布置;在省煤器出口與空預器入口之間布置有脫硝SCR反應器，SCR催化劑預留一層為2+1結構，催化劑型式為蜂窩式;配有雙進雙出磨煤機正壓直吹式制粉系統，配濃縮型雙旋流燃燒器;鍋爐尾部豎井煙道下設置2臺三分倉容克式空預器，適用于無煙煤的燃燒，在燃用平均揮發份11-15%，全水分不大于8%的煤種時，最低穩燃負荷不大于額定負荷的45%。

1.1黔東電廠鍋爐燃燒系統組成：

1.1.1 制粉系統：

每臺鍋爐制粉系統配備6套雙進雙出鋼球磨正壓直吹式制粉系統，分別在1號鍋爐1B、1D、1E磨煤機;2號鍋爐2C、2E、2F磨煤機驅動端與非驅動端進口一次風管道處各安裝一只自動啟閉式防爆門。每套系統由1臺雙進雙出磨煤機、2臺電子稱重給煤機、2臺煤粉分離器、6只煤粉燃燒器及相應的連接管道、控制風門和相關傳感器組成。

1.1.2 煤粉燃燒器：

煤粉燃燒設備采用雙拱絕熱爐膛、雙旋風煤粉燃燒器，在鍋爐下爐膛前、后拱上各18支燃燒器，共有36支，所有煤粉燃燒器沿長邊前后墻對沖方式布置在同一水平面上（見附圖1）。

1.1.3 油燃燒器：

每支煤粉燃燒器配置1支高效氣體爆炸霧化QS500油槍，共36支，油槍出力在150～600kg/h范圍內可調整，油槍的使用油壓為0.3～0.8MPa，霧化氣采用壓縮空氣為氣源，氣壓≥0.5MPa，油槍使用燃料為0號輕柴油。

1.2 深度調峰過程中影響燃燒穩定性的因素分析：

黔東電廠鍋爐爐膛長42米、寬8米，所有燃燒器水平布置在同一個水平面上，煤粉氣流的穩燃主要依靠左右、前后墻相鄰火嘴提供。單個粉管雖配有雙旋風煤粉燃燒器形成兩個噴口起到相互引燃作用，但機組深度調峰期間隨著煤粉濃度及爐膛溫度的降低，使單個燃燒器運行的穩定性急劇變差，實際燃燒調整過程中需要幾個不同的火嘴組合，沿爐膛長邊方向形成多個高溫穩燃區，實現爐內熱量分布均勻，煤粉氣流著火穩定，鍋爐兩側汽溫偏差小的目的。

燃燒輔助調節機構，如：二次風A/B/D/E擋板、乏氣風、消旋葉片因維護困難現已停止使用，改為手動擋板、固定開度只針對冬/夏兩季工況進行針對性調整，這里不再闡述，如果復用，對調節余量還將有較大挖掘潛力。

影響調峰負荷深度的主要參數：爐膛出口煙氣溫度、全大屏過熱器管壁金屬溫度、煤燃燒器火檢信號強度、一、二次熱風溫度、運行磨煤機出口風粉溫度、運行磨煤機容量風開度、運行磨煤機停運煤火嘴數量、爐膛負壓波動情況、SCR反應器入口煙氣溫度、SCR反應器入口Nox濃度。總結上述參數在歷次調峰過程中的讀數，反復比較可以得出鍋爐的安全運行的負荷區間，為是否需要投油穩燃提供參考依據。

2 深度調峰工況的實施：

2.1 深度調峰前的準備：

2.1.1 提前8小時聯系輸煤向原煤倉上高揮發份煤種，確保機組深度調峰期間能燒到。

2.1.2 調峰前合理安排磨煤機運行方式，確保低負荷階段揮發分相對較高的磨煤機運行。

2.1.3 根據計劃負荷曲線確定合理的吹灰方式。

2.1.4 聯系檢修消除影響鍋爐深度調峰工況運行的缺陷。

2.1.5 切換磨煤機運行，將磨煤機運行方式調整到最佳。

2.1.6 調整磨煤機分離器開度，降低磨煤機出力的同時能保證足夠的煤粉濃度及細度。

2.1.7 停運省煤器聲波吹灰器，提高SCR反應器入口煙氣溫度。

2.1.8 安排專人監視調整汽包水位及主汽溫度。

2.2 降負荷至300MW：

2.2.1 根據調度AGC指令或計劃負荷曲線降負荷至300MW，待參數穩定后對記錄當前工況各參數值，對比最低穩燃試驗中各項參數或近期深度調峰時各參數，分析得出本次調峰不投油穩燃負荷大致區間。

2.2.2 控制主蒸汽壓力至滑壓曲線靠下限運行，便于后期進一步降低機組負荷。

2.2.3 對空預器吹灰系統暖管疏水，檢查空預器吹灰系統良好備用，負荷低于300MW或投油期間投入連續吹灰。

2.2.4 全開熱二次風再循環門，提高二次風溫。

2.3 深度調峰負荷區間270-300MW：

2.3.1 機組白天最高負荷低于機組容量500MW，或前一日已經進行調峰或連日都有調峰記錄，即預判為夜間需要繼續深度調峰，并按該方式進行準備。白班聯系輸煤暫停兩個原煤倉的加倉，并對上述原煤倉安排進行降倉工作，確保騰出100噸以上容積以便添加高揮發份煤種（單側原煤倉按料位不超過褲衩位控制，估算容積為150噸），優先選用兩臺安裝防爆門的磨煤機（#1爐1B、1D、1E;#2爐2C、2E、2F）單側加倉高揮發份煤種。根據SCR入口煙溫及機組負荷情況，確定鍋爐吹灰方式（鍋爐吹灰方式分三種，分別對應高、中、低負荷使用）。晚班機組計劃負荷下達后，值長根據實際情況確定對降倉的單側原煤倉加高揮發分的煤種，加倉量根據調峰深度和時長進行確定。機組深度調峰期間，根據燃燒情況，對燃燒器運行方式及配風方式進行調整，保證鍋爐在較保守安全的工況下運行。

2.3.2 機組負荷270-300MW，應采用四臺磨煤機運行方式，依據鍋爐特性不同：#1爐盡量保持B/E運行，#2爐可保留磨煤機出口溫度較高的進行組合搭配。根據調度令退出AGC，將機組控制方式保持在“協調模式”下，根據磨煤機出力及出口溫度及時關小磨煤機分離器擋板（最小可關至20%），逐漸個停運煤燃燒器，停運數量達到4只或以上時檢查主汽壓力開始下降，手動降低負荷至調度下達的目標值。根據實際情況，優化燃燒器運行方式、配風方式、制粉系統出力及二次風擋板，監視爐膛出口兩側溫度穩定在安全范圍（#1爐800±20℃、#2爐750±20℃）。

2.4 深度調峰負荷區間240-270MW：

2.4.1 如調峰深度達240MW，#1爐必須保持B/E磨運行，#2爐需確保運行磨煤機出口溫度均在90℃以上，否則需提前投油穩燃。

2.4.2 進一步停運煤燃燒器（最多到6只），設定一次風機出口風壓至最低6.6kpa，調整運行磨煤機分離器壓力至最低3.0kpa。停運燃燒器前，要考慮燃燒器的分布情況、該燃燒器所處區域熱負荷強度，確保燃燒器停運后不會影響燃燒穩定，否則，該區域先投油，后停運燃燒器，待燃燒工況好轉后，根據實際情況減少油槍運行數量，降低深度調峰耗油。

2.4.3 深度調峰過程中如配煤和燃燒調整得當，在250MW以上都無需投運油槍，在燃用煤揮發份15%以上，全水分6%以下煤種時，甚至可以達到降負荷至240MW仍無需投油。

2.4.4 機組深度調峰期間燃燒惡化或穩定性下降時，需要投運油槍或繼續增投油槍的條件：煤火檢局部強度減弱或某個火檢消失（用SIS系統做為輔助監視手段）;火焰電視亮度減弱或局部閃爍;鍋爐氧量上升（風煤比未做調整的情況下出現上升）;屏過管壁金屬溫度下降（測點各溫度出現連片下降，且有低于380℃的趨勢）;爐膛出口溫度持續下降（#1爐降至750℃、#2爐降至700℃）;SCR反應器入口煙氣Nox濃度值上漲超過100mg/m3仍有上升趨勢時。注意以上6種情況出現任意2種，應立即投入油槍穩燃，停止降負荷，適當增加燃料量提高煤粉濃度，如已有油槍在運行，則應繼續增加2-3支油槍穩燃。

2.4.5 油槍投入位置選擇：油槍運行數量≥3支時優先確保有一個“油層在服務”條件滿足;優先選擇出力較大、運行火嘴數量多且火檢信號飽滿的一臺磨煤機投油;投油位置優先選擇兩個火嘴并列且前后墻有對沖運行的煤燃燒器;汽包水位兩側出現偏差時優先在水位高一側投油;單個煤火檢信號強度差時，投入該火嘴對應油槍;優先在“2.4.3”中列舉條件變差位置投油。

2.5 深度調峰至240MW以下：

如原煤熱值較高，四臺磨煤機運行出力降至最低，停運火嘴數≥6只仍不能滿足調峰降負荷需求時，可根據情況停運一臺磨煤機，保留三臺磨煤機。但注意此時#1/2爐磨煤機運行方式均必須為A/B/E、A/B/F、A/E/F、B/E/F。降負荷初期穩燃油槍會有3-5支，降負荷到位燃燒穩定后可逐步退出油槍，保持燃燒較弱處1-2支油槍運行。為了達到節油目的，可聯系燃運降低燃油壓力至0.4Mpa減少燃油消耗。

最極端的情況下調峰深度可達200MW。此時燃料量同上述三臺磨煤機運行，投運油槍數不低于3支并為同一油組，保證至少一個“油層在服務”條件滿足，同時調出爐膛中部運行煤火嘴對應的2支油槍備用。降負荷可依靠開啟高低旁來控制，降負荷前將一臺汽動給水泵退出并列，維持轉速3100rpm旋轉備用，逐漸開大高旁路減壓閥30-40%，負荷仍大于200MW，可開啟低旁減壓閥5-10%開度，注意再熱蒸汽壓力不低于1.2Mpa以保障輔汽聯箱供汽需求。調峰過程中必須單獨安排有經驗的專人監視汽包水位和汽溫。

3 深度調峰過程中的注意事項：

3.1 發現燃燒不穩，立即投入油槍穩燃，停止降負荷，查明原因調整穩定后方可繼續降負荷。

3.2 脫硝入口煙氣溫度不得低于315℃，否則停止降負荷。

3.3 汽包水位發生大幅波動或兩側水位偏差大于150mm，停止降負荷，調整燃燒正常后方可繼續降負荷。

3.4 發生主汽壓力上升，停止降負荷，調整燃料量待主汽壓力下降后方可繼續降低負荷。

3.5 機組降負荷期間，先減風量，后減燃料量。

3.6 機組降負荷及燃燒不穩期間，專人監視及調整汽包水位，并保證減溫水差壓在正常范圍內，監控主再熱汽溫在正常范圍。

3.7 油槍操作對話框調出備用隨時準備投入，發生燃燒不穩時優先投運燃燒較差區域或中部火嘴相對集中具有穩燃效果區域的油槍，有利于防止煤粉火嘴脫火面積擴大。

3.8 各運行磨煤機分離器壓力不低于2.8kPa，煤粉管道風速不低于18m/s。

3.9 深度調峰期間，嚴格按照滑壓曲線（靠下限）控制主汽壓力，盡量提高再熱汽溫，保證汽輪機的運行安全。

3.10 深度調峰期間，降負荷先減送風再減燃料，加負荷先加燃料再加送風。

3.11 深度調峰期間，負荷在270MW以上時爐膛出口氧量控制3.0-4.0%;負荷在270MW及以下時爐膛出口氧量控制：2.8-3.8%。

4 結論

黔東電廠2018年度完成148臺/次機組深度調峰（2017年95臺次），其中4次啟停機調峰（2017年1次），整個過程安全可控;嚴格控制油槍使用時間，精細調整燃燒和配風，提前摻配高揮發分煤種，優化磨煤機及煤粉火嘴運行方式，在大幅減少調峰耗油上取得顯著效果，全年深度調峰燃油單耗0.15噸/萬kWh（去年為0.3噸/萬kWh），同比節油440噸，節約費用339萬元。鍋爐深度調峰技術的研究可以實現安全與經濟的雙贏，在火力發電競爭日趨激烈的環境下，對鍋爐深度調峰技術研究優于同行，就意味著帶來更低的經營成本和更好的安全效益。

（作者單位：貴州黔東電力有限公司）