超超臨界1000MW機組深度調(diào)峰風險分析及措施

文_沈志勇 國家能源集團泰州發(fā)電有限公司

隨著近幾年我國經(jīng)濟增長速度逐年放緩，社會用電負荷增加速度與發(fā)電機組裝機容量增長速度之間的不匹配性矛盾日益凸顯，同時，特高壓輸電、新能源發(fā)電發(fā)展迅猛，傳統(tǒng)的煤電行業(yè)正受到前所未有的沖擊，利用小時數(shù)逐年下降。在此形勢下，一方面國家積極推進供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，堅決關(guān)停了一部分能耗高、污染大的老舊機組；另一方面，國內(nèi)超超臨界1000MW機組也大面積開展了靈活性改造，進行深度調(diào)峰試驗，以便讓機組能夠在更大的負荷區(qū)間穩(wěn)定運行，滿足電網(wǎng)快速調(diào)峰的需求。

1 設備概況

某電廠1000MW超超臨界燃煤機組，鍋爐采用П型布置、單爐膛、反向雙切圓燃燒方式，MPM燃燒器+SOFA燃燒器+偏置周界風燃燒器，內(nèi)螺紋管垂直上升膜式水冷壁、循環(huán)泵啟動系統(tǒng)、一次中間再熱。汽輪機為凝汽式、超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、凝汽式、八級回熱抽汽式。

2 深度調(diào)峰風險分析

機組正常運行時，其控制方式為CCS，一次調(diào)頻投入，負荷通過AGC來調(diào)節(jié)，負荷區(qū)間為550MW至1000MW。而機組深度調(diào)峰時，要求機組負荷降至400MW運行。在這種低負荷工況下，鍋爐的燃燒是否穩(wěn)定、水冷壁局部壁溫是否超溫、環(huán)保參數(shù)是否超標、空預器的堵塞和腐蝕、鍋爐給水量的波動等，都是在實際運行中值得思考和解決的問題。

2.1 鍋爐低負荷燃燒不穩(wěn)

隨著機組負荷降低，爐膛熱負荷隨之下降，煤粉燃燒條件變差，燃燒穩(wěn)定性和抗干擾能力下降，若發(fā)生煤質(zhì)變差、磨煤機跳閘等異常情況時，極易引發(fā)燃燒不穩(wěn)，甚至鍋爐滅火。

2.2 鍋爐水冷壁超溫

鍋爐采用了雙切圓的燃燒方式，容易在水冷壁前墻區(qū)域中間區(qū)域形成“熱墻”，造成該區(qū)域水冷壁壁溫偏高。在深度調(diào)峰時，由于鍋爐熱負荷相對更集中，更容易發(fā)生水冷壁超溫現(xiàn)象。

2.3 鍋爐煙氣NOx排放超標

鍋爐煙氣脫硝采用的是選擇性催化還原法，即SCR法。SCR 法工藝流程是將稀釋后的氨氣均勻噴入鍋爐燃煤產(chǎn)生的煙氣中，將含有氨氣的煙氣，通過一個反應器，反應器中放置特效催化劑（如 V2O5-TiO2），煙氣中的氮氧化物和氨氣在催化劑的催化作用下，將煙氣當中的氮氧化物轉(zhuǎn)化分解成氮氣和水，達到減少氮氧化物排放的效果，其主要反應如下：

脫硝系統(tǒng)正常運行時，其反應器進口煙氣溫度必須在310℃以上。在深度調(diào)峰時，若煙氣溫度過低，則催化劑性能下降，煙氣中的NOx含量會上升，易造成排放超標，同時，也會造成催化劑堵塞和永久性損壞。

2.4 空預器堵塞和腐蝕

機組深度調(diào)峰時，由于煙氣溫度下降，會造成脫硝效率下降。脫硝系統(tǒng)中未反應的NH3會與逸出氨（NH3）及煙氣中的SO3和水蒸汽生成硫酸氫銨凝結(jié)物（ NH3＋SO3＋H2O→NH4HSO4）。而在一定的溫度下,硫酸氫銨呈現(xiàn)高黏性液態(tài),冷凝以后易附著在空預器換熱元件表面,粘住煙氣中的飛灰顆粒,堵塞空預器換熱元件通道,使空預器內(nèi)通流面積減小,導致空預器阻力增大,從而造成空預器堵塞。低負荷工況下,鍋爐排煙溫度的降低也使空預器低溫腐蝕的可能性大大提高。

2.5 鍋爐給水量波動

鍋爐給水由兩臺汽動給水泵提供，正常運行時，兩臺給水泵的流量均大于泵最小流量，其再循環(huán)調(diào)閥自動保持關(guān)閉狀態(tài)。當機組負荷逐步減小至深度調(diào)峰負荷時，鍋爐給水量會減少到低于兩臺給水泵最小流量之和，若此時給水泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥自動開啟，則會造成給水量大幅下降。另外，高加在減負荷過程中，可能會因主汽壓變化出現(xiàn)虛假水位，造成高加水位高而解列，也會對給水量產(chǎn)生擾動。

3 深度調(diào)峰控制措施

機組深度調(diào)峰時，其400MW的工況低于機組正常運行時的最低負荷，所以，需要提前做好相關(guān)控制措施來避免或減少可能發(fā)生的風險。

3.1 提高鍋爐低負荷穩(wěn)燃能力

3.1.1 合理安排磨組運行方式

鍋爐的磨組從下至上，分別為A、B、C、D、E、F磨組。在低負荷工況下，我們安排A、B、D下層磨組運行，保證鍋爐燃燒集中和穩(wěn)定，同時，C磨組處于隨時可以啟動的狀態(tài)，以便當發(fā)生運行磨組跳閘時，可以迅速投入。

3.1.2 合理安排加倉方式

為了保證低負荷工況下，鍋爐燃燒穩(wěn)定，A、B磨組安排加倉高熱值煤種（神混2），但是，會導致運行磨組振動大，因此，D磨組加倉低熱值的經(jīng)濟煤種（2∶1印尼與神混5000），增大總煤量。煤種的具體指標見表1。

表1 深度調(diào)峰時煤種指標

3.1.3 合理配置磨組分離器轉(zhuǎn)速

煤粉氣流的著火溫度隨著煤粉細度的降低而降低, 同樣的煤粉濃度下, 煤粉越細, 進行燃燒反應的表面積就越大,煤粉本身的熱阻越小, 煤粉越容易燃燒。因此, 盡可能提高磨煤機旋轉(zhuǎn)分離器的轉(zhuǎn)速, 降低煤粉細度。

3.1.4 合理配置二次風

將運行磨周界風開度關(guān)至30%, 未運行磨組二次風開度關(guān)至5%, SOFA、COFA風風門開度在70%, 二次風壓力與爐膛差壓維持在300pa左右, 燃燒器擺角擺至70%～80%。SOFA、COFA風風門開度根據(jù)爐膛出口NOx、二次風壓力與爐膛差壓進行適當調(diào)整。

3.1.5 避免爐膛進冷風

機組深度調(diào)峰期間, 加強對爐底水封和撈渣機的檢查,做好水位監(jiān)視, 保證爐底水封水位正常，同時，檢查關(guān)閉鍋爐本體所有觀火孔，避免冷空氣進入爐膛造成燃燒不穩(wěn)。

3.2 避免鍋爐水冷壁超溫

由于鍋爐采用了雙切圓燃燒方式，若發(fā)生切圓偏斜，則對應區(qū)域的壁溫容易升高。在低負荷時，應加強水冷壁溫監(jiān)視，若發(fā)現(xiàn)局部水冷壁溫度升高時，開大對應區(qū)域的二次風門，提高二次風壓力，適當降低過熱度，控制壁溫在允許范圍內(nèi)。

3.3 提高脫硝系統(tǒng)效率

機組深度調(diào)峰時，煙氣溫度下降后會使催化劑活性下降，影響脫硝效率。所以，應盡可能提高鍋爐煙氣溫度。

機組深度調(diào)峰驗前，適當減少爐本體及水平煙道、尾部煙道、省煤器區(qū)域的吹灰頻次，一定程度上削弱換熱效果，從而提高脫硝系統(tǒng)的進口煙氣溫度。

機組深度調(diào)峰時，確保高加正常投入，盡可能提高給水溫度，減少爐膛輻射吸熱，提高煙氣溫度。同時，在保證磨組不振動的前提下，適當提高D磨組的煤量，調(diào)整燃燒器擺角，使得爐膛火焰偏上。另外，在滿足爐膛穩(wěn)定燃燒的基礎上，可適當降低總風量，減少原煙氣中NOx生成量。

3.4 防止空預器堵塞和腐蝕

提高脫硝系統(tǒng)效率，減少硫酸氫氨的生成。另外，提前將空預器吹灰汽源由爐本體低壓汽源切至輔汽，確保低負荷時，空預器吹灰壓力正常，同時，空預器保持連續(xù)吹灰。

全開送風機再循環(huán)調(diào)節(jié)閥，提高空預器入口二次風溫，從而提升空預器冷端平均溫度，減少空預器低溫腐蝕的風險。

3.5 減少鍋爐給水量的擾動

機組深度調(diào)峰400MW工況時，鍋爐給水流量在1740t/h左右，而汽泵再循環(huán)從流量下降至680t/h是開始自動開啟，至460t/h時全開。為了避免在臨界流量時給水泵再循環(huán)閥頻繁開關(guān)給機組運行帶來擾動，當負荷減至500MW左右時將一臺汽泵再循環(huán)調(diào)閥撤手動，逐漸開大至30%，在整個調(diào)峰過程中維持兩臺汽動給水泵轉(zhuǎn)速在3100rpm以上。

隨著機組負荷的降低，3號高加與除氧器的壓差逐步減少，高加疏水相對不暢，低負荷時易發(fā)生虛假水位升高的現(xiàn)象，因此，需提前將高加水位設定值降低，同時，加強水位監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)異常及時干預調(diào)整。

4 結(jié)語

通過對超超臨界機組在深度調(diào)峰過程中存在的安全風險進行分析, 并針對安全風險制定相應的控制措施, 能夠大大降低深度調(diào)峰帶來的安全風險，為同類型的百萬機組深度調(diào)峰提供了一定的借鑒。