600 MW超臨界機組深度調峰技術的實踐與應用

摘 要：燃煤火電機組開展深度調峰有利于提高電網調峰和新能源消納能力。現分析了600 MW發電機組低于安全負荷進行深度調峰時存在的風險，并以某電廠超臨界600 MW機組為例，通過分析以及實踐，結合對深度調峰過程中關鍵參數的約束，在無設備改造的前提下，實現了在無助燃方式下調峰至220 MW負荷的目標，為同類深度調峰機組提供了借鑒。

關鍵詞：超臨界鍋爐;深度調峰;低負荷穩燃;汽溫

0? ? 引言

“十三五”以來，風電、太陽能等新能源的裝機容量呈迅速增長態勢，國家不斷加大在新能源發電方面的投入，使得風力、太陽能發電和核電的占比不斷提高，而風能、太陽能是間歇性能源，核電受安全限制調峰能力弱，導致電網接納和電網安全等問題日益突出，迫切需要通過火電機組超常規深度低谷調峰來解決這些問題[1]。隨著電力市場改革日益深入，調峰補貼不斷提高，這也鼓勵了火電機組進一步深挖機組調峰能力，實現深度調峰。

機組深度調峰過程中存在諸多因素制約機組的安全運行，如低負荷時燃燒的穩定、汽溫的穩定、汽輪機末級葉片的安全、輔助設備調峰能力的限制等等。為避免深度調峰影響機組安全運行，需要深入分析可能出現的風險，并通過合適的運行調節方法或必要的設備改造解決調峰難題。

1? ? 機組概述

茂名熱電廠#7機組于2012年建成投入商業運行，該機組采用東方汽輪機廠生產制造的超臨界壓力、一次中間再熱、沖動式、單軸、三缸四排汽、雙背壓、抽汽凝汽式汽輪機，型號為CC600/523-24.2/4.2/1.0/566/566，額定出力為600 MW;鍋爐型號為DG1920/25.4-Ⅱ6，是國產600 MW超臨界參數變壓直流本生鍋爐，一次再熱、單爐膛、尾部雙煙道結構，采用煙氣擋板調節再熱汽溫，前后墻對沖燃燒[2]。鍋爐共配置6臺磨煤機，底層為E層和F層燃燒器，E層燃燒器配置有等離子助燃，F層燃燒器配置有微油助燃，其他層燃燒器投產之初配置有大油槍，隨后經過改造已全部取消。根據鍋爐、汽輪機及控制系統的設計參數，該機組在投AGC模式下調峰負荷范圍為300～600 MW，投等離子情況下最低穩燃負荷為240 MW，投AGC情況下負荷增減速率為9 MW/min。

2? ? 深度調峰面臨問題和風險分析

制約機組深度調峰的因素主要有：

2.1? ? 鍋爐調峰運行最低負荷限制

鍋爐的深度調峰最低負荷受鍋爐不投等離子（油）穩燃、水動力特性及鍋爐干濕態運行等方面的限制[3]。為了降低燃料成本，該機組加大了印尼煤摻燒比例，平時摻燒比例為50%～80%，印尼煤發熱量較低、水分含量較高，低負荷時爐膛燃燒抗干擾能力差，有可能燃燒不穩，發生滅火等惡性事故。低負荷運行時，汽水分離器內經常會出現水位，如果調整不好，可能由干態運行轉為濕態運行，造成溫度突降、壁溫越限等后果。

2.2? ? 汽輪機調峰運行最低負荷限制

與鍋爐的安全運行相同，汽輪機在低負荷運行期間也會出現蒸汽流量低引起的末級葉片過熱、汽輪機振動、末級葉片汽蝕以及輔助系統抽汽量不足等問題。

2.3? ? 環保系統調峰限制

當機組負荷過低時，脫硝入口煙氣溫度將低于305 ℃，此時必須采取相應的運行或改造措施提高煙溫，否則煙氣溫度低于最低投運溫度后反應效率無法達到最優，就會縮短催化劑使用壽命;同時未反應的氨蒸汽會和三氧化硫發生反應生成硫酸氫氨，堵塞空預器、電除塵器，給機組安全穩定運行帶來威脅。

2.4? ? 主要輔助系統調峰能力限制

（1）機組負荷低至40%以下時，單臺給水泵流量降至350 t/h以下，給水泵進入不穩定工作區域，而且接近給水流量低低跳閘值（310 t/h），且低于330 t/h會導致再循環門全開，使給水泵退出運行，造成給水流量波動，極端情況下甚至會導致給水流量低低跳機。

（2）機組處于低負荷工況，主蒸汽壓力較低，會導致小機低壓汽源壓力不足，易導致給水泵小機停運，給機組安全運行帶來很大隱患[3]。

2.5? ? 協調及控制系統調峰限制

機組原控制系統的INFIT-CCS投運低限負荷為260 MW，負荷下限的降低，會導致INFIT-CCS系統自動退出，可能造成機組由干態轉為濕態運行，汽溫出現大幅度波動，因此必須對控制系統進行更完整的升級，使INFIT-CCS系統滿足深度調峰負荷下的控制需求。

3? ? 針對深度調峰的實踐及措施

面對日益嚴格的深度調峰要求，根據低負荷運行時的安全風險，茂名熱電廠通過實踐，有針對性地制定了一系列措施來控制風險，并成功實現了220 MW負荷下不投等離子（油）助燃安全穩定運行，實現了深度調峰負荷下限的突破，并通過AGC儲能項目的實施提高了調峰過程中的中標率，增加了調峰調頻收益。

3.1? ? 汽溫控制

為了防止受熱面超溫，在220 MW負荷時應適當降低汽溫運行。機組負荷220 MW時，主/再熱汽溫不宜大于565/560 ℃。任何情況下都不應有過熱器/再熱器局部超溫情況，否則應降低汽溫運行直至不超溫為止。

3.2? ? 負荷速率控制

低負荷下變負荷速率過大會導致煤量過調引起不穩定，造成汽溫波動過大，且蒸汽參數降低，接近布萊登汽封不穩定運行區間180 MW，可能引起汽流激振或局部動靜碰磨，導致#1、#2軸振升高，設備異常磨損。因此，低負荷運行區間（220～300 MW）應降低負荷變化速率，嚴格控制蒸汽溫度、壓力變化速率在規程限值范圍內。通過實踐可知，不同負荷段的變負荷速率控制不應大于表1數值。

3.3? ? 給水控制

根據給水泵運行情況及時調整再循環門開度，兩臺汽泵運行，負荷降至250 MW時需要全開再循環門。減負荷過程中給水泵不應長時間達到最低轉速3 000 r/min，最低負荷時仍需有100 r/min左右的調節余量，否則應開大再循環門或提高主汽壓力。INFIT系統退出后，調整給水時應根據水煤比適當微調，根據過熱度和低過入口汽溫變化及時調整，做到勤調、細調，避免大幅調整給水，以免水煤比長時間偏離正常值。

3.4? ? 燃燒調整

投、切磨煤機過程中應及時調整相應的二次風門和燃盡風門。機組減負荷過程中降至280 MW以下，開始投入等離子助燃，250 MW以下投入不少于3支等離子助燃。負荷穩定后，在負壓以及燃燒穩定情況下間隔30 min逐個退出等離子直至全部退出，爐膛負壓波動超過300 Pa時及時投入等離子穩燃。應盡量提高磨煤機入口風溫和出口溫度，在磨煤機排渣量正常和出口溫度允許的情況下適當減少一次風量。INFIT系統退出運行時儲水罐水位不宜長時間高于15 m，否則應通過強化燃燒、水冷壁吹灰、適當提高主汽溫度等措施及時降低該水位。

3.5? ? 脫硝控制

減負荷過程中及時預先降低NOx排放定值，避免排放超標。低負荷運行時注意脫硝反應器入口煙溫是否滿足條件，否則應適當調節煙氣擋板偏再熱器側，盡量滿足最低煙溫要求。

在鍋爐屏過不超溫、屏過出口汽溫合理的情況下，盡量開大燃盡風門開度，降低脫硝反應器入口NOx濃度。

3.6? ? 小機汽源

保持小機低壓汽源備用汽源（輔汽至小機汽源）以及高壓汽源在暖管備用狀態，小機低壓汽源壓力低于0.3 MPa或者低壓調門全開時及時進行轉換汽源操作，負荷在220 MW時可適當設高主汽壓力，確保四段抽汽壓力不低于0.3 MPa。

3.7? ? 進行INFIT-CCS升級改造

#7機組原DCS協調控制系統由于控制策略不完善，整體調節性能較差。2018年5月份，對原有協調控制系統進行完善，增加INFIT-CCS控制，更有利于調整汽溫、汽壓及脫硝穩定。INFIT-CCS系統投入原最低負荷為260 MW，通過升級改造，將投入該系統負荷下限改為240 MW，更利于低負荷情況下系統調整穩定，今后還可再進一步降低投入最低負荷。

3.8? ? 實施AGC儲能項目

為了提高AGC調節性能，增加AGC調頻中標率，茂名熱電廠實施了儲能系統應用項目。配置一套公用電儲能系統，同時接入5、6、7號機組6 kV母線段，并實現儲能系統與5、6、7號機組接入的互鎖和切換功能，以提高AGC調頻性能。

4? ? 深度調峰收益估算

2019年10月份，#7機組開始進行深度調峰試驗，在保證機組安全穩定運行基礎上，通過不斷總結經驗，目前基本可以保證220 MW負荷下無助燃方式的穩定運行，多次順利完成了調峰任務，同時創造了良好的經濟效益。

根據南方電網《關于調整廣東部分輔助服務補償標準的通知》規定，燃煤機組、生物質機組深度調峰出力在額定容量40%～50%的，按照3×R4的標準補償;深度調峰出力在額定容量40%以下的，按照6×R4的標準補償[4]。之前最低調峰負荷為240 MW（額定負荷40%），可以補償的標準為66元/MWh;現在通過多方面采取措施，將最低負荷調整至220 MW（額定負荷36.7%），可以補償的標準為132元/MWh。按照以往經驗，深度調峰多發生在01：00—06：00，按照每月深度調峰100 h估算，深度調峰到220 MW每月可比之前增加補償收益為（240-220）×132×100=264 000元，深度調峰收益顯著。

5? ? 結語

本文以茂名熱電廠#7機組為例，對深度調峰面臨的問題和風險進行了分析，通過不斷實踐完善，制定了一系列針對性措施和調整方法，實現了220 MW負荷下無助燃方式的穩定運行，多次順利完成調峰任務，滿足了電網深度調峰需求，同時創造了良好的收益，初步估算，每月可以增加調峰補償26.4萬元。今后還可在給水泵控制邏輯完善、增加小機低壓汽源自動切換、增加低負荷下穩燃自動投入、完善INFIT-CCS功能、空預器在線沖洗技術以及燃燒器風粉均衡調整等方面進行技術嘗試，進一步深入挖掘機組深度調峰的能力，結合電網的深度調峰補貼政策，完善出一個與機組設備、煤質、運行狀況相匹配的最佳方案，從而實現收益最大化。

[參考文獻]

[1] 電力發展“十三五”規劃（2016—2020年）[EB/OL].（2016-11-

08）[2020-04-05].http：//www.chinapower.com.cn/focus/

20161108/64097.html.

[2] 600 MW機組集控運行規程主機部分：Q/MZN-103.501—2016[S].

[3] 劉向治.淺談600 MW超臨界機組深度調峰技術[J].企業技術開發（學術版），2014，33（11）：44-45.

[4] 南方區域并網發電廠輔助服務管理實施細則（2017版）[Z].

收稿日期：2020-04-08

作者簡介：姜杉（1981—），男，浙江江山人，高級政工師，研究方向：火力發電、熱能與動力、集控運行技術、人力資源管理。