600MW機組深度調峰設備危險點研究

侯榮利

摘 要：為提高新能源的消納能力，火電機組檢修深度調峰勢在必行。現有火電機組需進行精細化調整和改造，以具備深度調峰和快速啟停能力。本文對未進行改造的600MW亞臨界機組進行深度調峰分析。研究發現，很多因素影響機組深度調峰的安全穩定運行，如燃煤特性、制粉系統、汽輪機末級葉片安全。機組深度調峰期間機組設備參數，大幅偏離設計值，容易引起設備異常。為避免深度調峰影響機組安全，運維人員需從鍋爐、汽輪機、協調控制和環保設備等方面考慮，深入分析深度調峰期間的危險點，通過運行調整手段或設備改造解決深度調峰難題。

關鍵詞：深度調峰;鍋爐穩燃;汽輪機設備;環保設備;機組協調

中圖分類號：TM621.2文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2019）29-0039-04

Study on Dangerous Points of Deep Peaking Equipment for 600MW Unit

HOU Rongli

（Shanxi Hequ Power Plant of CHN Energy Guoshen Group，Xinzhou Shanxi 036500）

Abstract： In order to improve the ability of new energy to absorb， it is imperative for the thermal power unit to overhaul the depth. The existing thermal power units need to be finely adjusted and modified to have deep peak shaving and fast start and stop capability. In this paper， deep peak shaving analysis was performed on 600MW subcritical units that had not been modified. The study found that many factors affected the safe and stable operation of the unit's deep peak shaving， such as coal-fired characteristics， milling system， and turbine blade safety. The unit equipment parameters during the deep peaking of the unit were greatly deviated from the design value， which was likely to cause equipment anomalies. In order to avoid the impact of deep peak shaving on the safety of the unit， the operation and maintenance personnel should consider the boiler， steam turbine， coordinated control and environmental protection equipment， analyze the dangerous points during the deep peaking period， and solve the problem of deep peak shaving through operation adjustment means or equipment transformation.

Keywords： depth peak shaving;stable combustion of boiler;steam turbine equipment;environmental protection equipment;unit coordinating

為解決日益嚴重的棄風（光、水）問題，提高新能源的消納能力，提高火電機組的運行靈活性已是迫在眉睫的任務，國家能源局2016年年初連續召開會議并發文，對開展火電靈活性改造提出明確要求，計劃“十三五”期間實施2.2億kW燃煤機組的靈活性改造，使機組具備深度調峰能力，并進一步增加負荷響應速率，部分機組具備快速啟停調峰能力。提升靈活性改造預期將使熱電機組增加20%額定容量的調峰能力，純凝機組增加15%～20%額定容量的調峰能力。通過加強國內外技術交流和合作，部分具備改造條件的電廠預期達到國際先進水平，機組不投油穩燃時純凝工況最小出力達到25%～30%額定負荷。

國家能源局山西監管辦公室下發《山西電力風火深度調峰市場操作細則》的通知，2018年1月1日起正式執行。

1 機組概況

某電廠一期鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產的亞臨界、中間一次再熱、強制循環、平衡通風、單爐膛、懸吊式、燃煤汽包爐，鍋爐設計燃用河曲煙煤，低位發熱量為23 001kJ/kg。制粉系統采用鋼球磨煤機正壓直吹式系統，每臺鍋爐配置5臺BBD3854雙進雙出低速鋼球磨煤機，BMCR工況下5臺運行。鍋爐采用四角布置的直流式擺動燃燒器，切圓燃燒，每角燃燒器設置五層一次風噴口;鍋爐點火采用等離子點火，等離子點火裝置布置在B、C層燃燒器;一次風機為離心式風機，送風機為動葉可調軸流式風機，引風機為動葉可調軸流式風機。

汽輪發電機組由東方電站成套設備公司設計生產，采用亞臨界、中間再熱、單軸三缸四排汽、沖動凝汽式等工藝，設計額定功率為600MW;汽機給水系統設計有2臺50%容量的汽動變速給水泵和一臺30%容量的電動定速給水泵作為備用。

發電機由東方電機股份有限公司生產，采用全封閉、自通風、強制潤滑、水/氫氫冷卻、圓筒形轉子、同步交流隱極發電機等工藝，額定出力為600MW，輸變電設備主要由保定天威保變及ABB等公司生產。

熱控設備采用西門子TELEPERM XP分散控制系統（DCS）。

脫硝系統采用低氮燃燒器+SCR工藝，SCR入口NOx設計值≤400mg/Nm3，配置三層脫硝催化劑，催化劑最低活性保證溫度290℃。鍋爐設計無助燃最低穩燃負荷270MW。

某電廠利用現有設備和技術，通過精細化調整，機組深調至180MW，下面就機組深度調峰至180MW的危險點與控制措施進行分析。

2 提高機組低負荷穩燃措施

河曲電廠機組最低穩燃負荷為270MW，通過精細化調整，可保證機組在180MW時不投入助燃。

磨煤機投運方式對鍋爐低負荷穩燃能力的影響十分顯著，相對于分散噴嘴燃燒，集中噴嘴燃燒穩定性更強，因此低負荷下應投運相鄰的燃燒器運行。盡量減少磨煤機運行臺數，煤粉濃度會相應提高，熱負荷更集中，鍋爐低負荷燃燒更穩定。因此，深度調峰期間保留B、C、D磨煤機運行，避免隔層運行。

合適的鍋爐氧量有利于提高低負荷期間鍋爐穩燃能力。運行氧量過大，鍋爐總風量大，會導致鍋爐內平均溫度降低，影響燃燒穩定。反之，鍋爐氧量偏小，一、二次風混合較差，爐內煤粉顆粒不能完全燃燒，也會威脅鍋爐的燃燒穩定性[1]。考慮到低負荷運行期間大多機組鍋爐氧量偏大，因此在保證完全燃燒的情況下，降低鍋爐氧量運行。

鍋爐燃燒配風方式影響鍋爐低負荷穩燃能力，低負荷下適當關小周界風門，降低煤粉著火溫度，同時投運燃燒器之間的輔助風門開度應合適，過大或過小都不利于低負荷穩燃。根據脫硝入口NOx含量，進行燃盡風門開度調整，降低脫硝入口NOx含量。

在調整煤粉細度時，隨著煤粉細度的降低，煤粉表面積增加，煤的表觀活化能大大提高，有利于揮發分的析出和顆粒的非均相著火。隨著煤粉細度的降低，煤粉的著火熱明顯降低。機組深度調峰期間，在保證磨煤機安全運行的前提下，調整磨煤機分離器折向擋板，適當降低煤粉細度[2]。

機組在深度調峰時啟動等離子冷卻水泵運行，保證等離子備用良好隨時可用。鍋爐爐膛負壓維持在-100Pa，運行中嚴密監視爐膛負壓變化，當燃燒有減弱趨勢時，如氧量明顯上升，主汽壓力下降較快，爐膛負壓波動達到±200Pa，需投入等離子助燃。

磨煤機出現如單側給煤機故障停運、粉管堵塞等異常時，需及時進行等離子拉弧穩燃。磨煤機異常處理完畢后，燃燒穩定，進行等離子斷弧。等離子燃燒器拉弧助燃運行期間，監盤人員要做好等離子燃燒器電壓、電流、粉管壓力的監視，如果出現等離子燃燒器電流>370A、粉管結焦堵塞等情況，要及時聯系維護人員進行檢查處理。

等離子助燃投入期間，運行人員每隔30min就地對鍋爐四角等離子燃燒器檢查一次，重點檢查等離子各角風壓、水壓是否正常，等離子燃燒器有無漏風、漏粉、結焦噴火等情況。

3 環保設備

機組最低調峰至180MW時，脫硝催化劑和活性受煙溫影響，催化劑允許使用溫度為290～420℃，脫硝入口煙溫在295℃左右，煙溫調整裕量較小，為防止因脫硝入口煙溫低，脫硝退出運行造成環保事故，機組深度調峰期間通過優化磨煤機組合方式，保留B、C、D磨煤機運行，同時在減負荷時通過調整上層磨煤機出力，提高火焰中心高度，增加鍋爐總風量，提高鍋爐煙氣量來提高脫硝入口煙溫，保證在深調期間脫硝投入正常。如發現溫度偏低時停止減負荷，進行調整，保證脫硝入口煙溫正常后，方可繼續進行減負荷。

機組深度調峰期間，機組協調解除、送風機動葉開度減小，不僅造成鍋爐總風量偏大，鍋爐過量空氣系數大，還會生成更多的SO3。同時，脫硝入口NOx含量偏大，為保證脫硫出口NOx不超標，需投入過多的氨量，但造成氨逃逸率升高。深度調峰期間，鍋爐排煙溫度低，長時間進行深度調峰，脫硝下游設備將受到腐蝕，空預器、低溫省煤器、除塵器、引風機動葉都會受到氨氣與硫酸蒸汽反應的影響，生成硫酸氫氨。機組深度調峰期間，空預器進行連續吹灰，同時投入風機暖風器保證空預器冷端綜合溫度，降低硫酸氫氨對空預器的影響。

為解決機組深調期間脫硝煙溫低脫硝跳閘和脫硝氨逃逸率高的問題，人們可以從兩個方面考慮。一是研究開發更加適合機組高、低負荷的寬溫度催化劑。二是提高脫硝入口煙溫，利用多種技術對設備進行改造，如省煤器外部煙氣旁路技術、省煤器內部煙氣旁路技術、省煤器分級技術、省煤器給水旁路技術和熱水再循環技術等。

要想解決空預器差壓大的問題，機組需要配置暖風器或采用熱風再循環。一種可行的方式是采用低溫省煤器與暖風器聯合系統，提高空預器冷端溫度，同時保證機組經濟性。

鍋爐深度調峰至低于35%時，水平煙道風速將降至5m/s，煙道積灰將趨于嚴重。長期低負荷運行時，煙道積灰后煙道載荷增加，需要進行煙道結構強度和基礎校核，必要時增加除灰清灰裝置，如蒸汽吹灰器、落灰斗等。

4 熱工協調

目前，機組以最低40%額定負荷運行方式對磨煤機、給水泵、一次風機等主要輔機進行協調控制，同時對一、二次風門擋板等主要調節設備進行協調控制，在機組由50%額定負荷減至30%額定負荷的過程中，現有協調控制系統存在過調、失調現象，導致給水流量、風量調節穩定性差，造成過熱汽溫度波動較大，減溫調閥波動大，汽包水位波動大，必須手動干預調節。機組協調需進行優化，保證機組在深度調峰期間協調不解除，機組各系統在自動方式下運行。

機組深度調峰至180MW時，運行B、C、D三臺磨煤機，如果其中任意一臺出現故障跳閘，則需快速啟動備用磨煤機。但是，磨煤機點火能量不足，無法啟動，只有進行機組減負荷，同時采取穩燃措施，才能保證鍋爐不發生鍋爐MFT事故。因此需對磨煤機點火能量邏輯進行優化，避免磨煤機故障跳閘，備用磨煤機無法啟動。需要注意的是，第一臺磨投運前必須先投等離子;主蒸汽流量大于41.67%的情況下可直接投磨;當某臺磨煤機的任一相鄰磨煤機運行時，可以直接投磨。

機組深度調峰期間，鍋爐風機雙側風機運行，易發生風機失速，同時鍋爐總風量已很低，如果發生單側風機鍋爐跳閘，鍋爐總風量增加緩慢，很可能造成鍋爐總風量低于25%額定總風量而發生鍋爐MFT事故，需對鍋爐總風量保護定值進行優化。應對策略為：深度調峰期間進行單側風機運行，改變風機低負荷運行特性，遠離失速區，同時對風機進行變頻改造。

5 運行方式薄弱

在深度調峰操作過程中，機組負荷如出現燃燒不穩現象，需投入等離子點火系統，等離子設備運行中出現陰極頭燒損、載體風壓波動造成斷弧，影響鍋爐穩燃。

深度調峰期間維持B、C、D三臺磨煤機，任一磨煤機跳閘后，啟動A磨煤機時點火能量不滿足。深度調峰期間，如果運行B、C兩臺磨煤機時跳閘一臺磨煤機，會造成鍋爐滅火。

深度調峰期間，B、C、D磨煤機運行，等離子長時間投入、單汽泵運行、軸封、給水泵汽輪機汽源均為輔助蒸汽等，運行方式薄弱。任一運行設備發生異常均有可能引起機組非停，對設備可靠性要求較高。

機組深度調峰期間，給水泵汽輪機汽源由高壓輔汽聯箱供給，如果其他機組對高壓輔汽聯箱壓力調整不當，造成壓力突低或其他機組故障跳閘，導致高壓輔汽聯箱壓力突降甚至失去汽源，將嚴重影響深調機組汽動給水泵的安全穩定運行。

6 汽輪機設備

機組低負荷運行期間，蒸汽流量小，動葉片根部和靜葉柵出口頂部會出現氣流脫離，形成倒渦流區，最終形成水蝕。水蝕會造成動葉柵的氣動性能惡化，水沖蝕葉片留下的凹凸不平的邊緣易形成應力集中，還會造成葉片根部的截面積變小。這樣會使葉片強度減弱，對機組安全造成威脅。

機組低負荷運行期間，末級葉片顫振也會經常發生。由于機組負荷低，機組的通流量相應降低，小的通流量會嚴重偏離設計工況，導致葉片根部產生回流區，引起負反動度，形成所謂的“卡門渦街”現象。由于蒸發量減少，動葉根部會產生氣流脫流旋渦，而氣流脫流旋渦是發動度的改變引起的，所以增大根部反動度是解除末級葉片水蝕和顫振的一種有效手段。在進行設備選型時，應選擇動、靜葉設計最合適的流型，選用對沖角不敏感的葉型，有效增大葉片的反動度。低壓缸噴水減溫裝置，能有效控制低壓缸排汽溫度，能將水蝕危害降到最低。低負荷運行期間應控制真空，減少排汽濕度，盡量縮短機組空負荷、低負荷運行時間，減輕葉片振動。

為保證機組深調期間的蒸汽參數合格，不對汽輪機末級葉片造成損失，在鍋爐燃燒調整時，可輔以投運上層磨煤機，優化配風配粉方式、燃燒器擺角上擺、增加鍋爐總風量、對鍋爐受熱面進行改造、對煙氣再循環進行改造等方式，提高蒸汽參數。深度調峰期間，機組蒸汽參數穩定在530～540℃。

機組降低負荷時，蒸汽溫度低于金屬溫度，轉子冷卻較汽缸快，容易產生負漲差;升負荷，則產生正漲差。因此，在機組加減負荷時嚴格控制主、再熱蒸汽溫度，避免大幅波動而影響汽輪機安全。

7 汽機輔機設備適應性的應對策略

機組配置兩臺50%容量的汽動給水泵，電動給水泵備用，在機組負荷<45%額定負荷后，一臺給水泵需退出運行。同時，為了防止機組負荷降低后四抽壓力降低，汽動給水泵供汽壓力不足造成給水泵出力不足，需要將給水泵汽輪機汽源由四抽供汽切換為高壓輔汽供汽，其間操作均需手動調整，無法實現給水自動無擾投退給水泵。

在機組進行深度調峰前，需要提前對小機汽源進行切換，否則會造成小機汽源管道暖管不充分、蒸汽管道發生振動斷裂、大量漏汽、進汽溫度突降等事故。

在機組低負荷工況下，要監測加熱器水位和端差、除氧器除氧效果等主要運行指標，分析加熱器運行狀態。加熱器溫度、壓力等參數均隨機組負荷變化而變化，因而在機組負荷大幅變化時，回熱加熱器都將承受相應的交變應力。這種交變應力會對金屬部件產生不利的影響，降低使用壽命。因此，在機組變負荷過程中，應嚴格控制負荷變化率。加熱器在解列后重新投入時，應嚴格按照規定的溫升控制進汽閥開度。各個加熱器的連續排汽需保持通暢，保證加熱器的不凝結氣體及時排出，提高換熱效率，延緩金屬部件腐蝕。

另外，要掌握機組低負荷工況凝汽器及抽空氣系統運行狀態，結合循環水泵運行方式實現汽輪機冷端系統安全、經濟運行。

深度調峰期間，機組軸封、給水泵汽輪機、鍋爐暖風器等用戶使用輔汽供汽，此時高輔部分供汽量需用二期機組供汽，造成機組凝汽器水位高，被迫采取放水方式來控制水位，造成除鹽水浪費，同時增加全廠外排水壓力，尤其是冬季灰場噴灑水停運期間情況尤其突出。

8 結論

在進行深度調峰時，通過設備挖潛和運行人員的精細化調整，火電機組可以深調至30%負荷。但是，各設備、系統都存在一定的風險，運維人員需要通過鍋爐、汽機、環保和熱工等設備改造來提高機組深度調峰期間的設備可靠性，最終實現機組深度調峰安全、經濟運行。

參考文獻：

[1]張廣才.燃煤機組深度調峰技術探討[J].熱力發電，2017（9）：17-23.

[2]刑振中.火力發電機組深度調峰機組研究[J].工業技術，2014（4）：18-23.