1030 MW鍋爐深度調峰穩燃試驗及分析

李國新 聶濤 李燁

摘 要：在新能源大發展的背景下，傳統火電機組的調峰調頻能力是電網安全的重要保障，也是電廠一種新的盈利模式，關系到電廠的生存和發展。通過對1 030 MW鍋爐30%穩燃試驗過程中鍋爐負壓、火檢強度、鍋爐受熱面壁溫、脫硝系統和制粉系統相關參數的分析，表明該鍋爐在不投油的情況下30%負荷穩燃能力良好，為運行深度調峰提供參考。

關鍵詞：鍋爐;穩燃試驗;電網安全;深度調峰

中圖分類號：TM31 ? ? 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2021）36-0044-03

Test and Analysis of 1 030 MW Boiler for Deep Peak-shaving and Stable Combustion

LI Guoxin ? ?NIE Tao ? ?LI Ye

（Pingdingshan Power Generation Branch，State Power Investment Group Henan Electric Power Co.，Ltd.， Pingdingshan ?Henan ?467312）

Abstract：Under the background of the development of new energy，the peak-frequency modulation capability of traditional thermal power units is an important guarantee for the safety of power grid，as well as a new profit model for power plants，which is related to the survival and development of power plants.Through the analysis of the negative pressure，flame detection intensity，heating surface temperature，denitration system and pulverizing system related parameters of 1 030 MW boiler in the process of 30% stable combustion test，it is shown that the boiler has good stable combustion ability under 30% load without oil injection，which provides reference for the depth of peak regulation in operation.

Keywords： boiler; stable combustion test; power network safety; depth peak regulation

碳達峰碳中和任務目標的提出，給光伏風電等新能源的發展提供了良好的契機。在此背景下，各大發電企業大力發展新能源業務。根據國家能源局發布的2021年1—8月的全國電力工業統計數據顯示，截至2021年8月底，全國發電裝機容量同比增長9.5%，其中，風電同比增長33.8%，太陽能發電同比增長24.6%。目前，我國火電裝機容量占比約55%，用于調峰的油電、氣電比重很小，大批抽水蓄能電站正在建設中，并網調峰還需要較長時間。在特高壓大電網框架下，新能源消納成為我國能源發展過程中的一個關鍵問題。目前，煤電機組仍是電網調峰主力機組，是保障電網安全的壓艙石。近年來，少數機組在設計建設時優化成為高效寬負荷機組[1]，但大部分機組是按帶額定負荷設計的，研究現有煤電機組的深度調峰能力成為發電企業普遍關心和高度重視的問題。

1 試驗背景

某電廠#1鍋爐為超臨界變壓直流煤粉爐，鍋爐型號為DG3000/26.15-Ⅱ1，額定主汽壓力為26.15 MPa，主汽溫度為605 ℃。該爐為對沖燃燒方式、風冷鋼帶干式除渣、單爐膛、內螺紋螺旋管圈水冷壁、一次中間再熱、平衡通風、露天島式布置、全鋼構架懸吊Ⅱ型結構。燃用煤種以本地平頂山煙煤為主。配備6臺ZGM133N中速直吹輥盤式磨煤機，5用1備。燃燒器前后墻對沖，6層48只噴口。

2 試驗條件及過程

#1鍋爐30%負荷深度調穩燃試驗開始前，負荷調至50%，協調投運，滑壓模式，下層C、F磨和后墻中層E磨運行，注意保持鍋爐在濕態運行。因為深夜負荷比較低，試驗從晚高峰后開始。試驗前盡量降低磨煤機一次風速，煤粉細度R90控制在17%左右，維持粉管一次風粉流速在20～23 m/s，機組主保護正常投入。確信燃燒穩定并具有進一步減負荷的潛力后，緩慢以1～2 MW/min的速度減負荷;然后每減額定負荷的5%左右，穩定15 min，試驗過程中密切觀察火檢模擬量波動、爐膛負壓波動和環保參數的變化情況，確保鍋爐主要參數在合理范圍內。當確認減至目標負荷時，穩定運行2 h以上，即可認為鍋爐具備在該負荷下不投油穩燃的能力。

降負荷過程具體如下：機組負荷降至400 MW，C、E、F磨運行，總煤量195.8 t/h，穩定爐膛燃燒15 min;繼續降負荷至350 MW，總煤量182.5 t/h，觀察火檢穩定，爐膛負壓波動正常，繼續降負荷至300 MW，煤量164.3 t/h，火檢正常，爐膛負壓波動正常，現場觀火燃燒穩定，已經達到30%額定負荷，穩定運行2 h，觀察機組運行現狀;機組負荷維持300 MW，穩定運行時，送風機已經達到最低出力，鍋爐氧量為8.9%，無法繼續降低氧量，因此需要停運一臺送風機。根據現場設備情況決定停運B送風機，保持A送風機單臺運行，同時退出協調，繼續保持負荷300 MW，穩定運行，鍋爐氧量由8.9%降至7.8%，火檢正常，爐膛負壓波動正常;穩定運行保持到試驗結束。

試驗期間，鍋爐爐膛負壓基本穩定，燃燒器火檢顯示正常，各受熱管壁溫度均無明顯超溫問題，過熱度保持在10 ℃以上，主蒸汽最低保持在542 ℃，再熱汽溫較為平穩，穩定在562 ℃左右。停止單臺送風機后氧量由8.9%降至7.8%。爐膛煙溫無明顯偏差。

3 試驗過程中鍋爐重要參數分析

3.1 爐膛負壓

爐膛負壓變化能最快地反映爐膛內可燃物的燃燒狀況，燃燒狀況惡化時爐膛壓力波動會明顯加劇。在低負荷試驗期間，#1鍋爐負壓波動情況如圖1所示。由圖1可知，在整個試驗期間，#1鍋爐爐膛負壓基本在-100～0 Pa波動，試驗前后及期間波動幅度未有明顯變化，基本穩定。停運一臺送風機，退出協調后，爐膛壓力控制品質明顯變差，爐膛負壓波動加劇，最低到-230 Pa。說明停運送風機對爐內燃燒擾動較大，要注意小心操作，提前做好穩燃預控措施。

3.2 火檢強度

火檢強度是監視燃燒器出口著火、爐內燃燒工況穩定的重要輔助參數之一。#1鍋爐試驗期間主要采用C、E、F磨運行，其對應燃燒器火檢強度變化如圖2所示。

由圖2可以看到，在整個試驗期間，C、E、F層各燃燒器火焰強度基本維持在60%以上，在試驗最后穩定在300 MW負荷運行，各層火焰強度基本維持正常波動。

3.3 主要受熱面壁溫

鍋爐低負荷運行過程中，由于受熱面管材內部工質流量降低、爐內燃燒熱偏差等問題，容易出現管壁超溫問題。在降負荷過程中，監視各個受熱面壁溫情況，不同負荷下各主要受熱面壁溫均未有明顯升高，整個過程未有明顯超溫問題。低溫過熱器出口管壁溫度和低溫再熱器出口管壁溫度略有回升，說明降負荷過程中爐內燃燒狀況良好[2]。有代表性的測點溫度記錄見表1。

3.4 SCR脫硝系統

3.4.1 脫硝入口煙溫。隨著負荷的降低，SCR脫硝入口煙溫不斷降低，溫度低于285 ℃，脫硝裝置效率會明顯下降。#1鍋爐試驗期間脫硝入口煙溫隨負荷的變化如圖3所示。

根據該電廠運行規程要求，正常運行中需要監控并保證SCR入口煙溫在285 ℃以上，保證噴氨正常。由圖3可以看到，整個試驗前后，在350～300 MW負荷區間，SCR入口煙溫在310 ℃以上。其中在停運一臺送風機后，B側煙溫有下降趨勢，但是仍然保持在290 ℃以上，基本滿足脫硝正常噴氨需求。

3.4.2 脫硝入口NOx濃度。#1鍋爐試驗期間脫硝入口NOx濃度隨負荷的變化如圖4所示。

由圖4可以看到，#1鍋爐SCR脫硝入口NOx濃度保持在400 mg/m3左右無明顯變化，表明脫硝系統基本可以滿足機組深度調峰需求。

3.5 磨煤機

#1鍋爐不同負荷下磨煤機運行狀態如圖5和圖6所示。由圖5和圖6可以看到，在#1鍋爐降負荷過程中，不同負荷下C、E、F磨煤機出力均不低于40 t/h，均高于磨煤機最小出力;各磨出口溫度基本大于80 ℃。說明制粉系統在低負荷運行基本正常。

4 結語

通過現場試驗分析，在降低至300 MW負荷過程中，#1鍋爐對應風機、磨煤機、金屬受熱面無超溫現象，爐膛負壓波動幅度在-100～0 Pa，爐內著火燃燒穩定，SCR脫硝系統入口煙溫均大于285 ℃。綜合認為，在試驗煤種下#1鍋爐具有30%額定負荷不投油穩燃能力。

送風機切手動協調退出對爐內燃燒有一定影響，建議對送風機等輔機切換控制邏輯進行優化，盡量減少切手動的條件和直接跳閘輔機的可能性，避免輔機跳閘對爐膛內燃燒穩定性的干擾。

國內報道類似鍋爐最低穩燃負荷可達25%，不需要進行熱力系統設備改造[3]。但協調退出后負壓等自動調節系統的性能明顯變差，建議對熱工自動邏輯進行優化，保證配風、給水、燃料、減溫水、協調、一次調頻等自動在低負荷深度調峰條件下具有良好的品質。

參考文獻：

[1] 王林，伍剛，張亞夫，等.1 000 MW深度調峰機組熱力系統優化研究[J].發電技術，2019（3）：265-269.

[2] 王戰鋒，鞏時尚，秦楠，等.660 MW超超臨界機組低負荷穩燃試驗研究[J].電力勘測設計，2019（9）：42-47.

[3] 孫海彥，高煒，劉潤華，等.1000 MW超超臨界機組深度調峰研究與實踐[J].上海電力學院學報，2017（6）：559-562.