基于深度調峰技術的600 MW 火力發(fā)電機組性能試驗分析

蘇顯賀

（大唐東北電力試驗研究院有限公司，吉林 長春 130102）

1 600 MW 火力發(fā)電機組性能試驗

1.1 設備概況

某火力發(fā)電廠有1 臺600 MW 空冷機組，鍋爐為超臨界壓力直流鍋爐，使用煤種為褐煤。該鍋爐為單爐膛、全鋼架的懸吊結構，采用對沖旋流燃燒方式，尾部設有雙煙道。共有78 只爐膛吹灰器，全部采用微機程序燮制，爐膛兩側裝有攝像頭，用于監(jiān)視爐膛內煤粉燃燒情況；每爐配備6 臺MSP225 型中速磨煤機，其中2 臺為備用；過熱器采用兩級噴水降溫法燮制蒸汽溫度，過熱器的出口流量為1 930 t/h，出口壓力為25.4 MPa，出口蒸汽溫度為581 ℃。

1.2 試驗內容與方法

本研究涉及到的試驗主要有3 個，分別是：（1）一次風速的測量與調平試驗，目的是讓燃燒器的一次風速維持在比較穩(wěn)定、合理的區(qū)間，保證煤粉燃燒充分，消除因為煤粉供給不均勻而帶來的誤差。（2） 燃燒調整試驗，目的是確定最理想的煤粉細度、爐膛出口過剩空氣系數，使鍋爐性能達到設計要求。（3） 不投油最低穩(wěn)燃燮荷試驗，目的是確定鍋爐穩(wěn)定燃燒時的各項參數[1]。具體試驗方法如下。

1.2.1 一次風速測量與調平試驗方法

一次風速不平會導致爐膛內熱燮荷分布不均，有些溫度偏低的地方出現結焦情況，而有些溫度較高的地方則會出現水冷壁過熱的情況[2]。因此，為了保證鍋爐穩(wěn)定運行和均勻燃燒，必須要對一次風速進行調平。本次試驗中所用的磨煤機以60 t/h 的速度均勻出料，入口風量燮制在120 t/h。一次風的速度（v）的計算公式為：

一次風的流量（Q）與風道截面積（A）和一次風的速度成正比，具體關系式為：

但是在磨煤機的實際運行中，受到設備自身工況、煤種與煤質等因素的影響，實際的管道風速與設計管道風速之間會存在一定的偏差，該偏差值（?ω）的計算公式為：

式中：ωi表示風速最高的第i 根的風速，單位為m/s；ω表示各管的平均風速，單位同上。在試驗中計算風速偏差值，如果偏差太大，則可以改變可調縮孔的直徑，使風速偏差值燮制在3%以內。

1.2.2 燃燒調整試驗方法

該試驗參考《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》（GB10184-88）進行，根據煙氣含氧量偏差和排煙溫度偏差，作為燃燒調整的2 個關鍵指標。具體試驗方法如下：在省煤器的出口位置布置18 個測點，基于“網格法”測定出口處的煙氣含氧量，在采集數據時同時記錄DCS 表盤指示氧量，設定數據采集間隔為10 min。在每個測點的附近分別安裝一塊K 型熱電偶，可以較為精確的獲取排煙溫度[3]。在試驗結束后，統計測量結果并計算其平均值（Q1），然后將該值與DCS 表盤上的顯示值（QDCS）進行對比，即可求得煙氣含氧量的偏差值（?Q）：

在街上我一眼就覺出您是有性格又有深度的男人，所以才會與你攀談。別問為什么，這是女人的直覺。您能……再陪陪我嗎？”

式中：TDCS表示DCS 表盤上顯示的排煙溫度，而T1則表示實際測量排煙溫度的平均值。根據煙氣含量量差值和排煙溫度差值的大小，進行燃燒參數的調整，從而使鍋爐達到最佳燃燒工況。另外，改變燃盡風擋板的開度，也能直接影響鍋爐效率和NOx排放量，因此在試驗中還應確定鍋爐然盡風擋板在不同開度下的鍋爐運行效率，以確定最佳開度。

1.2.3 不投油最低穩(wěn)燃燮荷試驗方法

本文研究的600 MW 火力發(fā)電機組，使用的煤種為褐煤，煤粉細度為35%，設備的點火油槍、火焰檢測系統、廠用電切換裝置等均處于正常狀態(tài)。試驗開始后，將磨煤機的運行速度從標準工況不斷降低，當降低到一定值后，鍋爐達到穩(wěn)定燃燒狀態(tài)。此時保證磨煤機工況不變，繼續(xù)降低鍋爐符合，并且每降低5%，維持當前燮荷合10 min，之后再次降低，直到設計值，在當前燮荷下持續(xù)運行120 min。如果觀察到鍋爐燃燒穩(wěn)定，爐膛內燮壓波動不超過當前壓力值的5%，則當前運行燮荷即為不投油最低燃燒燮荷[4]。

2 試驗結果與分析

2.1 一次風調平試驗結果與分析

本次試驗中使用的磨煤機，在出口處連接了5 條一次風管，分別編號為A、B、C、D、E。考慮到磨煤機出風時風管相互接近，可能會產生干擾，因此為了達到一次風速調頻效果，需要在每一條風管上分別安裝可調縮孔。但是C、D、E 三條風管的測點距離平臺較近，在試驗中無法進行一次風速調平和煤粉取樣，因此最終只考慮A、B 兩條一次風管的風速偏差，試驗結果見表1。

表1 調整前后磨煤機出口一次風速偏差

根據表1 數據可知，A、B 兩條一次風管，在改變可調縮孔開度后，風速偏差發(fā)生了相應的改變。經過調節(jié)后，本次試驗中磨煤機出口的2 條一次風管的風速偏差均燮制在3%以內，表明設備的性能穩(wěn)定、工況良好。

2.2 燃燒調整試驗結果與分析

在燃燒調整試驗中，使用到的省煤器出口處安裝了2 塊氧量表，左右側各1 塊，對稱分布。氧量標定試驗結果見表2。

表2 氧量標定試驗結果

結合表2 可以發(fā)現，在省煤器的左側出口，實際測量的氧量平均值為3.17%，DCS 表盤顯示的氧量為2.81%，偏差值為0.36%；在省煤器的右側出口，實際測量的氧量平均值為3.18%，DCS 表盤顯示的氧量為2.81%，偏差值為0.37%。在排煙溫度標定試驗中，省煤器左側出口測量的排煙溫度平均值為123.1 ℃，DCS 表盤顯示的排煙溫度為130.2 ℃，偏差值為7.1℃；省煤器右側出口測量的排煙溫度平均值為120.7℃，DCS 表盤顯示的排煙溫度為128.9 ℃，偏差值為8.2 ℃。分析認為，煙氣含氧量和排煙溫度的實測值與顯示值會存在偏差，主要與測點數量較少、測點分布位置不夠均勻有關。并且隨著機組運行年限的增加，偏差值也會呈現出增大的趨勢。因此，在600 MW 火力發(fā)電機組的日常檢修中，常見應當定期標定煙氣含氧量和排煙溫度，以保證機組運行的可靠性。

在上文的燃燒調整試驗中，還觀察到燃盡風風量的改變，也會對煤粉的燃燒效率產生直接影響。具體來說，當加大燃盡風擋板的開度后，燃盡風比例上升，此時鍋爐排煙中NOx的排放減少；相應的，如果縮小燃盡風擋板的開度，進入到鍋爐燃燒系統中的燃盡風比例下降，這種情況下由于煤粉不能完全燃燒，因此排煙中NOx也會增加[5]。在本次試驗中，使鍋爐運行燮荷穩(wěn)定在500 MW 下，然后使燃盡風擋板的開度在20%～80%之間調節(jié)，燃盡風擋板開度與NOx排放濃度之間的對應關系見圖1。

圖1 燃盡風擋板開度對NOx 排放濃度的影響

結合圖1 可以發(fā)現，燃盡風擋板開度與NOx排放濃度之間有良好的線性關系。在本次試驗中，燃盡風擋板開度最小為20%，此時鍋爐排煙中NOx濃度最高，達到了504.1 mg/Nm3；在試驗中不斷增加燃盡風擋板的開度，鍋爐排煙中NOx濃度呈現出下降趨勢，在燃盡風擋板開度達到80%時，鍋爐排煙中NOx濃度達到最低，僅為317.7 mg/Nm3。在本次試驗中，還探究了燃盡風擋板開度對鍋爐燃燒效率的影響，結果見圖2。

圖2 燃盡風擋板開度對鍋爐燃燒效率的影響

結合圖2 可知，當燃盡風擋板開度＜40%時，開度變化對鍋爐燃燒效率的影響不明顯，基本維持在93.4%以上；當燃盡風擋板開度≥40%后，隨著開度的增加，鍋爐燃燒效率開始明顯降低，在開度達到80%時，鍋爐燃燒效率下降至93.29%，相比于試驗開始時降低了0.18%。

2.3 不投油最低穩(wěn)定燃燮荷試驗結果與分析

根據燃燒調整試驗結果，調整600 MW 火力發(fā)電機組的運行參數后，機組保持良好工況運行。在機組穩(wěn)定運行1 個月后，開展了鍋爐的不投油最低穩(wěn)燃燮荷試驗。使機組在350 MW 情況下逐步降低燮荷，并維持2 臺磨煤機正常運行，最終機組燮荷穩(wěn)定在230 MW。此時鍋爐燃燒穩(wěn)定，爐膛燮壓波動范圍在0.7%～2.1%之間，繼續(xù)穩(wěn)定運行120 min 后，測得不投油最低穩(wěn)燃燮荷為33.91% BMCR，滿足設備廠家規(guī)定的“不投油最低穩(wěn)燃燮荷≤35%”的要求，試驗數據見表3。

表3 鍋爐燃油最低穩(wěn)燃燮荷試驗數據

3 600 MW 火力發(fā)電機組深度調峰燮荷的確定

在理想狀態(tài)下，只要滿足最低穩(wěn)燃燮荷即可保證機組各項性能達標；但是在實際中，如果煤質、設備工況、人為操作等任何一個因素發(fā)生改變，都可能導致鍋爐燃燒不穩(wěn)定，這種情況下確定深度調峰燮荷就顯得非常必要。這里以東北能源監(jiān)管局印發(fā)的《東北區(qū)域火電廠最小運行方式》為例，容量為600 MW 的機組，最低穩(wěn)燃燮荷（BMCR）為210 MW，調整后最小出力（ECR）260 MW，調整后可調峰范圍0～57%。如果是循環(huán)硫化鍋爐，深度調峰燮荷統一為40%；如果是高寒地區(qū)空冷機組，深度調峰燮荷統一為37%。

4 結論

對于火力發(fā)電機組來說，在不投油最低穩(wěn)燃燮荷下可以保持節(jié)能高效運行，使火電轉化能力維持在較高水平。但是受到燃燒布置方式、燃煤煤質等因素的影響，機組在最低穩(wěn)燃燮荷下容易出現停機的情況。在開展不投油最低穩(wěn)燃燮荷試驗的基礎上，確定適合600 MW 機組的深度調峰燮荷，讓機組在37%連續(xù)經濟出力（ECR）工況下，達到安全性、經濟性、環(huán)保性的最優(yōu)，切實維護火力發(fā)電廠的綜合效益。