超臨界600MW機(jī)組深度調(diào)峰安全技術(shù)探索與實(shí)踐

許群，閻德志，許鈺青

（1.國(guó)家能源集團(tuán)荊門發(fā)電有限公司，湖北 荊門 448000；2.國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司檢修公司，湖北 武漢 430050）

0 引言

國(guó)內(nèi)2000年前后投產(chǎn)機(jī)組均不適應(yīng)50%以內(nèi)負(fù)荷深度調(diào)峰的需要，一方面改造投入資金巨大，另一方面大量新問(wèn)題需解決。針對(duì)某電廠2×600MW未經(jīng)過(guò)任何調(diào)峰靈活性技術(shù)改造超臨界直流機(jī)組，深度調(diào)峰至40%負(fù)荷的安全運(yùn)行技術(shù)探討。

1 機(jī)組參與深度調(diào)峰是國(guó)家生態(tài)文明層面建設(shè)需要

我國(guó)力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，事關(guān)中華民族永續(xù)發(fā)展和構(gòu)建人類命運(yùn)共同體。電網(wǎng)新能源裝機(jī)呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，電網(wǎng)將面臨消納和深度調(diào)峰兩大難題。2018年6月國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局印發(fā)《關(guān)于提升電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的指導(dǎo)意見(jiàn)》，要求加快電源側(cè)調(diào)節(jié)能力的提升，2020年9月華中監(jiān)管局修改版的“兩個(gè)細(xì)則”實(shí)施。

2 機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行現(xiàn)狀

該廠2×600MW機(jī)組系東鍋、東汽、東電配套產(chǎn)品，設(shè)計(jì)最低安全穩(wěn)定負(fù)荷為300MW，即50%的額定負(fù)荷。機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行15年未進(jìn)行過(guò)深度調(diào)峰方面技術(shù)改造。電網(wǎng)公司要求各企業(yè)充分挖掘設(shè)備潛力，從正常運(yùn)行負(fù)荷范圍50%～100%，擴(kuò)展到40%～100%及以內(nèi)。

圖1 2020 年該廠機(jī)組深度調(diào)峰統(tǒng)計(jì)

2020年度，該廠2×600MW機(jī)組，參與深度調(diào)峰118臺(tái)次，累計(jì)深度調(diào)峰運(yùn)行361.5小時(shí)，累計(jì)深度調(diào)峰電量835.5萬(wàn)KWh,深度調(diào)峰期間最低運(yùn)行負(fù)荷250.3MW。

3 機(jī)組參與深度調(diào)峰運(yùn)行安全性與經(jīng)濟(jì)分析

3.1 機(jī)組安全性分析

深度調(diào)峰時(shí)，短時(shí)間內(nèi)鍋爐熱容量大幅減少，進(jìn)入鍋爐的空氣V（氧量）需按協(xié)調(diào)系統(tǒng)參數(shù)同步大幅降低，由圖2對(duì)比分析，深度調(diào)峰低負(fù)荷減至40%時(shí)，風(fēng)量過(guò)小，鍋爐六大風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)，可能處于不穩(wěn)工作區(qū)，A、B側(cè)風(fēng)機(jī)存在搶風(fēng)，甚至發(fā)生風(fēng)機(jī)喘振情況[1]。

圖2 機(jī)組由600MW 減負(fù)荷到300WM 引風(fēng)機(jī)風(fēng)壓、風(fēng)速及鍋爐總風(fēng)量變化曲線

低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，直流鍋爐熱容量小，干態(tài)與濕態(tài)之間頻繁轉(zhuǎn)換（過(guò)熱度），一旦值班員疏忽或調(diào)整不及時(shí)，中間儲(chǔ)水罐滿水，危及汽輪機(jī)安全。

低負(fù)荷時(shí)，鍋爐熱容量減小，導(dǎo)致煙氣溫度低，空預(yù)器存在低溫腐蝕風(fēng)險(xiǎn)、換熱面引起積灰堵塞，差壓增大[2]。

低負(fù)荷時(shí)，由于鍋爐風(fēng)量小，風(fēng)速低，導(dǎo)致水平煙道短時(shí)間內(nèi)積灰快速增加，風(fēng)煙系統(tǒng)阻力增大。

3.2 脫硝SCR系統(tǒng)安全性分析

深度調(diào)峰實(shí)際運(yùn)行曲線分析，低負(fù)荷時(shí)，鍋爐熱容量減小，排煙溫度低，偏離脫硝催化劑工作溫度區(qū)間（該廠催化劑設(shè)計(jì)工作溫度320～460℃），特別是當(dāng)入口煙氣溫度低于300℃時(shí)，富裕的氨氣與水份、三氧化硫反應(yīng)生成硫酸氫氨，導(dǎo)致催化劑表面及構(gòu)件腐蝕與粘結(jié)，SCR區(qū)域差壓增大[3]。低負(fù)荷時(shí)，由于爐膛最低風(fēng)量限制，鍋爐富氧燃燒、SCR入口氮氧化物增大，噴氨量增大，氨逃逸率增大，生成的NH4HSO4在催化劑上粘結(jié)，導(dǎo)致催化劑活性能力下降。

3.3 “四管”系統(tǒng)的安全性分析

低負(fù)荷時(shí)，鍋爐產(chǎn)汽量小，屏過(guò)和高過(guò)區(qū)域易超溫，一、二級(jí)減溫水噴量加大，噴水后溫度急劇下降，金屬應(yīng)力突變，高過(guò)區(qū)域易出現(xiàn)爆管現(xiàn)象。受熱面局部區(qū)域冷卻可能不足，偏差增大，水冷壁溫波動(dòng)大，減溫水量大，存在霧化效果不好，產(chǎn)生水塞現(xiàn)象，導(dǎo)致爆管發(fā)生。深度調(diào)峰鍋爐燃燒偏離正常運(yùn)行工況，鍋爐內(nèi)熱容量發(fā)生大幅波動(dòng)，溫度會(huì)出現(xiàn)驟然變化，幅度同時(shí)加大，易導(dǎo)致氧化皮脫落，四管局部超溫存在爆管風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 深度調(diào)峰電廠側(cè)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性分析

（1）2020年版華中電網(wǎng)煤電機(jī)組深度調(diào)峰補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)[4]。

運(yùn)行調(diào)峰補(bǔ)償費(fèi)用：

式中W運(yùn)行調(diào)峰為運(yùn)行調(diào)峰深度貢獻(xiàn)電量，C調(diào)峰為調(diào)峰電量補(bǔ)償價(jià)格。運(yùn)行調(diào)峰深度貢獻(xiàn)電量：

式中Pmin為機(jī)組基本調(diào)峰能力確定的機(jī)組最小技術(shù)出力，P實(shí)際為機(jī)組實(shí)際出力。調(diào)峰電量補(bǔ)償價(jià)格：

機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性較差，尤其在低負(fù)荷運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性下降明顯，主要原因是汽輪機(jī)通流部分效率低、實(shí)際運(yùn)行工況嚴(yán)重偏離機(jī)組經(jīng)濟(jì)工況點(diǎn)。經(jīng)測(cè)算參與深度調(diào)峰期間，補(bǔ)償費(fèi)用是不足以抵消深度調(diào)峰期間，機(jī)組能耗水平增大的消耗，華中區(qū)域火電廠參與深度調(diào)峰的積極性不高。

4 開(kāi)展挖掘機(jī)組調(diào)峰潛力

4.1 運(yùn)行人員精細(xì)化調(diào)整

（1）深度調(diào)峰運(yùn)行期間鍋爐穩(wěn)定燃燒，對(duì)煤質(zhì)依賴程度急劇增加，必須改變傳統(tǒng)粗獷式配煤摻燒模式，保障底層磨煤為設(shè)計(jì)煤種，且不得發(fā)生斷煤情況，增加鍋爐燃燒穩(wěn)定，滿足精細(xì)化調(diào)整的基礎(chǔ)條件。（2）純凝式機(jī)組，盡可能增加深度調(diào)峰機(jī)組對(duì)外供汽量，間接提高機(jī)組最小出力到安全穩(wěn)定熱負(fù)荷區(qū)間運(yùn)行。（3）深度調(diào)峰到50%以內(nèi)負(fù)荷時(shí)，由于鍋爐風(fēng)量小，機(jī)組負(fù)荷升降速度必須降低至1～2MW/min，甚至更低，防止波動(dòng)引起參數(shù)紊亂。（4）精細(xì)化調(diào)整磨煤機(jī)配風(fēng)，提高磨煤機(jī)混合出口溫度，改善鍋爐穩(wěn)定燃燒的基礎(chǔ)條件。（5）調(diào)峰到50%以內(nèi)負(fù)荷時(shí)，鍋爐熱容量快速減少，空預(yù)器膨脹隨之減小，防止動(dòng)靜摩擦，導(dǎo)致空預(yù)器電機(jī)電流大幅波動(dòng)，甚至跳閘。（6）吹灰器投入頻次優(yōu)化，加大低負(fù)荷時(shí)，空預(yù)器冷端、SCR區(qū)域吹灰，防止換熱面積灰。（7）深度調(diào)峰前必須進(jìn)行鍋爐等離子助燃系統(tǒng)投入試驗(yàn)，提高等離子投入時(shí)的可靠性。

4.2 組織開(kāi)展探索性試驗(yàn)工作

（1）開(kāi)展鍋爐六大風(fēng)機(jī)低負(fù)荷安全運(yùn)行工況試驗(yàn)，保證鍋爐正常穩(wěn)定的汽壓、汽溫，減少過(guò)熱器、再熱器汽溫偏差及減溫水流量等，以提高整個(gè)機(jī)組的熱效率。（2）通過(guò)燃燒優(yōu)化調(diào)整盡量減少各種熱損失，提高鍋爐熱效率[5]。定期開(kāi)展磨煤機(jī)一次風(fēng)粉管調(diào)平工作，保證煤粉細(xì)度達(dá)標(biāo)，增強(qiáng)鍋爐低負(fù)荷下穩(wěn)定燃燒能力。定期對(duì)鍋爐氧量表校驗(yàn)，防止缺氧或富氧燃燒，導(dǎo)致鍋爐還原性腐蝕或入口NOX過(guò)大。（3）風(fēng)煙調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制邏輯優(yōu)化，盡可能覆蓋40%～100%負(fù)荷區(qū)間。（4）機(jī)組深度調(diào)峰期結(jié)束后，應(yīng)制度化進(jìn)行空預(yù)器冷端、熱端、水冷壁、屏過(guò)區(qū)域、SCR區(qū)域加強(qiáng)吹灰，盡可能清除低負(fù)荷運(yùn)行期間積灰、粘結(jié)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)精細(xì)化調(diào)整，充分挖掘機(jī)組調(diào)峰潛力，從50%～100%的調(diào)峰能力，擴(kuò)展到40%～100%的調(diào)峰能力。但無(wú)論從經(jīng)濟(jì)性還是安全性考慮，在取得調(diào)度部門許可的前提下，機(jī)組盡可能不參與低于50%負(fù)荷的深度調(diào)峰運(yùn)行，更不宜長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。低于40%負(fù)荷以內(nèi)運(yùn)行，機(jī)組的安全性無(wú)法得到保障，氮氧化物達(dá)標(biāo)排放無(wú)保障。現(xiàn)有設(shè)備狀態(tài)下，應(yīng)杜絕進(jìn)入40%負(fù)荷以內(nèi)區(qū)間調(diào)峰運(yùn)行。落實(shí)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，強(qiáng)化可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重引導(dǎo)機(jī)制，大容量火電機(jī)組必須進(jìn)行30%負(fù)荷深度調(diào)峰靈活性技術(shù)改造。