1000MW燃煤機(jī)組深度調(diào)峰至300MW的試驗(yàn)研究

華潤電力湖北有限公司 徐英倫

1 試驗(yàn)研究背景

隨著新能源發(fā)電大規(guī)模且快速地增長，燃煤火電機(jī)組參與深度調(diào)峰在不久將來會(huì)成為新常態(tài)。為滿足電網(wǎng)市場(chǎng)要求，搶占市場(chǎng)先機(jī)，爭取在湖北省電力調(diào)峰輔助市場(chǎng)獲取更大的輔助服務(wù)效益。公司超前謀劃，深挖機(jī)組調(diào)峰潛能，決定對(duì)公司#3機(jī)組深度調(diào)峰至300MW 的試驗(yàn)。

2 機(jī)組主機(jī)設(shè)備概況介紹

華潤電力湖北有限公司二期#3鍋爐由上海電氣集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)制造，型號(hào)為SG-3103/27.46-M53X 超超臨界參數(shù)、直流爐、單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、雙切圓燃燒方式，π 型鍋爐。共配有6臺(tái)磨煤機(jī)，從下至上磨煤機(jī)編號(hào)分別為A、B、C、D、E、F。

汽輪機(jī)由上海電氣集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)制造的型號(hào)為TC4F 超超臨界、一次中間再熱、四缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式汽輪機(jī)組。銘牌功率1000MW、VWO 工況功率1094.665MW、額定工況參數(shù)（THA 工況）：高壓主汽閥前主蒸汽額定參數(shù)為26.25MPa/600℃、中壓主汽閥前再熱蒸汽參數(shù)為5.0MPa/600。#1、#2、#3高加和#5低加疏水逐級(jí)自流，#6低加配有低加疏水泵，將疏水打回至#5低加入口，#7、#8低加疏水直接排入凝汽器[1]。

3 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

為貫徹落實(shí)國家能源局華中監(jiān)管局下發(fā)的《華中區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》《華中區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》（華中監(jiān)能市場(chǎng)〔2020〕153號(hào)）、《湖北電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)運(yùn)營規(guī)則》及其配套文件精神，進(jìn)一步推進(jìn)湖北省電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)化，促進(jìn)清潔能源消納，提升入網(wǎng)發(fā)電機(jī)組調(diào)峰能力，決定通過開展機(jī)組深度調(diào)峰技術(shù)出力試驗(yàn)，來確認(rèn)#3機(jī)組能否深度調(diào)峰至300MW 且維持機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)在正常范圍內(nèi)。

4 試驗(yàn)內(nèi)容與操作

4.1 調(diào)峰試驗(yàn)內(nèi)容

為滿足電網(wǎng)調(diào)峰的需求，#3機(jī)組在不投油助燃的條件下，將負(fù)荷從500MW 在25min 內(nèi)降低至300MW，并在300MW 的工況下穩(wěn)定運(yùn)行4h。降負(fù)荷的過程中機(jī)組控制方式全程采用CCS 模式并將鍋爐維持在干態(tài)。

4.2 調(diào)峰試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作

4.2.1 鍋爐側(cè)試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作

一是為防止鍋爐燃燒不穩(wěn)導(dǎo)致滅火，試投AB、CD 層大油槍，保證AB、CD 層大油槍可靠備用；二是開啟集水箱放水手動(dòng)門；三是為防止在降負(fù)荷過程中鍋爐轉(zhuǎn)濕態(tài)，提前對(duì)鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)暖管、暖泵，在試驗(yàn)開始前啟動(dòng)爐水循環(huán)泵運(yùn)行；四是試驗(yàn)開始前維持A、B、C、D 磨運(yùn)行，并保證試驗(yàn)期間入爐煤的煤種與鍋爐日常燃用煤種一致，煤質(zhì)參數(shù)見表1；五是將空預(yù)器扇形板投入自動(dòng)跟蹤，保持空預(yù)器連續(xù)吹灰；六是提前利用噴水減溫降低主、再熱汽溫至600℃；七是脫硝、脫硫裝置投入正常。

表1 #3爐實(shí)驗(yàn)期間配煤摻燒煤質(zhì)表

4.2.2 汽機(jī)側(cè)實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作

一是檢查兩臺(tái)小機(jī)汽源四抽供給正常，冷再、輔汽兩路備用汽源可靠備用；二是高、低加液位控制投入自動(dòng)跟蹤；三是檢查主機(jī)潤滑油、EH 油系統(tǒng)的油壓、油位正常，備用泵可靠備用；四是給水自動(dòng)控制投入正常，檢查給水偏置為0t。將A/B 給水泵最小流量再循環(huán)調(diào)門手動(dòng)開啟至37.8/35.0，防止在降負(fù)荷過程中因最小流量再循環(huán)自動(dòng)開啟造成給水流量大幅度波動(dòng)。

4.2.3 人員分配

一是監(jiān)盤人員共需3人，1人專門負(fù)責(zé)風(fēng)煙系統(tǒng)和制粉系統(tǒng)畫面的調(diào)整與監(jiān)視；1人專門負(fù)責(zé)給水系統(tǒng)和鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)，由于是在CCS 控制方式下降負(fù)荷，應(yīng)當(dāng)監(jiān)視和調(diào)整給水流量與當(dāng)前鍋爐燃燒和負(fù)荷相匹配；1人專門負(fù)責(zé)主再熱汽溫、鍋爐受熱面壁溫、脫硝、高低加、低溫省煤器、暖風(fēng)器等參數(shù)的監(jiān)視和調(diào)整；二是就地共需1人，專門負(fù)責(zé)設(shè)備的啟、停就地檢查，以及設(shè)備的巡視。

4.2.4 其他準(zhǔn)備工作

一是試驗(yàn)前，機(jī)組持續(xù)運(yùn)行時(shí)間大于72h，且機(jī)組負(fù)荷在500MW 以上；二是檢查主要設(shè)備無重大缺陷，操作機(jī)構(gòu)靈活，主要監(jiān)視儀表準(zhǔn)確；三是檢查發(fā)電機(jī)組能帶負(fù)荷正常運(yùn)行，鍋爐、汽機(jī)、發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，各輔機(jī)運(yùn)行正常并有調(diào)節(jié)裕度；四是機(jī)組自動(dòng)控制、聯(lián)鎖、保護(hù)等動(dòng)作可靠并有效投入；五是對(duì)有功功率、無功功率、爐膛壓力、給水流量、減溫水流量、主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、再熱蒸汽壓力、再熱蒸汽溫度、供熱溫度等主要表計(jì)進(jìn)行檢查，相關(guān)表計(jì)在有效期內(nèi)。

4.3 調(diào)峰試驗(yàn)操作

一是保持A1給煤機(jī)停運(yùn)（對(duì)應(yīng)低硫穩(wěn)燃煤）和A2給煤機(jī)運(yùn)行，（對(duì)應(yīng)低硫無煙煤），值長于2021年9月18日，02：43下令開始試驗(yàn)，立即停運(yùn)A2給煤機(jī)對(duì)A 磨進(jìn)行抽粉。抽粉約13min 后停運(yùn)A 制粉系統(tǒng)。這樣能夠保證A 磨內(nèi)均為無煙煤，縮短了停磨時(shí)間又降低了該磨停運(yùn)過程中爆燃和停運(yùn)后自燃的概率。二是調(diào)整減少一次風(fēng)機(jī)和B、C、D 磨煤機(jī)的出力盡量使燃燒跟上負(fù)荷下降的速度，并監(jiān)視好在CCS 狀態(tài)下給水自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)正常。三是負(fù)荷從500MW 降至400MW 過程中降負(fù)荷速率為15MW/min，從400MW 降至300MW 過程中降負(fù)荷速率為8MW/min，控制好降負(fù)荷速率以滿足試驗(yàn)要求。四是在降負(fù)荷至400MW 時(shí)檢查鍋爐受熱面噴水減溫調(diào)門自動(dòng)關(guān)閉，在整個(gè)降負(fù)荷的試驗(yàn)過程中各主要參數(shù)均較為穩(wěn)定。03：08負(fù)荷降至300MW。五是穩(wěn)定負(fù)荷在300MW，檢查各項(xiàng)參數(shù)正常，維持該負(fù)荷運(yùn)行4h，試驗(yàn)至07：08結(jié)束。六是調(diào)峰試驗(yàn)過程中各主要參數(shù)實(shí)時(shí)曲線如圖1所示。

圖1 調(diào)峰試驗(yàn)過程各主要參數(shù)

5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

5.1 調(diào)峰試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

在整個(gè)調(diào)峰試驗(yàn)過程中，主要設(shè)備大部分在自動(dòng)控制方式下參與調(diào)節(jié)。對(duì)于主要設(shè)備控制方式的統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 調(diào)峰試驗(yàn)主要設(shè)備控制方式統(tǒng)計(jì)表

調(diào)峰試驗(yàn)降負(fù)荷到300MW，且各項(xiàng)參數(shù)已經(jīng)穩(wěn)定情況下，對(duì)于各個(gè)系統(tǒng)主要參數(shù)統(tǒng)計(jì)見表3、表4、表5、表6、表7、表8、表9。

表3 調(diào)峰試驗(yàn)負(fù)荷穩(wěn)定在300MW 機(jī)組主要參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表4 調(diào)峰試驗(yàn)負(fù)荷穩(wěn)定在300MW 鍋爐側(cè)重要參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表5 調(diào)峰試驗(yàn)負(fù)荷穩(wěn)定在300MW 風(fēng)煙系統(tǒng)引、送、一次風(fēng)機(jī)主要參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表6 調(diào)峰試驗(yàn)負(fù)荷穩(wěn)定在300MW 制粉系統(tǒng)B、C、D 磨主要參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表7 調(diào)峰試驗(yàn)負(fù)荷穩(wěn)定在300MW 機(jī)側(cè)重要參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表8 調(diào)峰試驗(yàn)負(fù)荷穩(wěn)定在300MW 汽機(jī)本體參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表9 調(diào)峰試驗(yàn)負(fù)荷穩(wěn)定在300MW 其他相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

5.2 調(diào)峰試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

從#3機(jī)組開始降負(fù)荷到負(fù)荷穩(wěn)定在300MW這整個(gè)過程中，機(jī)組全程采用CCS 控制方式，在300MW 穩(wěn)定后給水流量為1018t/h 左右，這是因?yàn)榻o水流量在給水泵自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)下，其轉(zhuǎn)速有不低于3100rpm 和給水流量不得小于920t/h 的邏輯限制，而實(shí)際所需要的主汽流量為960t/h。給水流量大于主蒸汽流量且過熱度維持在15～20℃，鍋爐為干態(tài)。總的來說，就是進(jìn)入鍋爐的燃料較多加上給水泵自動(dòng)狀態(tài)下有轉(zhuǎn)速限制和給水流量最低的限制，為維持鍋爐在干態(tài)且不超溫從而使實(shí)際主汽壓力要大于理論主汽壓力約2.5MPa，使#1、#2高調(diào)門關(guān)至20%，同時(shí)還使#1、#2中調(diào)門關(guān)至約78%參與了負(fù)荷調(diào)節(jié)。

表10 調(diào)峰試驗(yàn)負(fù)荷穩(wěn)定在300MW 其他相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

為維持鍋爐燃燒的基本穩(wěn)定，采用停運(yùn)A 磨，保持6大風(fēng)機(jī)和B、C、D 磨運(yùn)行參數(shù)維持在如表5、表6顯示的參數(shù)下可以保證鍋爐燃燒的穩(wěn)定，降負(fù)荷和維持300MW 穩(wěn)定的過程中爐膛負(fù)壓始終未有較大幅度波動(dòng)，火檢畫面及火焰電視顯示的火焰強(qiáng)度也較好。

整個(gè)調(diào)峰試驗(yàn)過程中，A/B 脫硝反應(yīng)器入口溫度最低為321/315℃，能夠滿足脫硝反應(yīng)器投入的條件（290℃＜反應(yīng)器入口溫度＜420℃），噴氨調(diào)門始終保持自動(dòng)投入，煙囪出口NOx 排放量符合超低排放標(biāo)準(zhǔn)（＜50mg/Nm3）。

整個(gè)調(diào)峰試驗(yàn)過程，從空預(yù)器排煙溫度以及空預(yù)器電流的數(shù)據(jù)可以看出：一是空預(yù)器扇形板自動(dòng)跟蹤較好，未引起空預(yù)器電流產(chǎn)生波動(dòng)；二是噴入鍋爐的煤粉燃燒充分，未引起尾部煙道再燃燒。

主蒸汽溫度分支有偏差，主要通過以下方法來進(jìn)行調(diào)節(jié)：一是調(diào)整B、C、D 磨的出力分配，并在負(fù)荷425MW 及時(shí)停運(yùn)A 制粉系統(tǒng)，防止較低負(fù)荷時(shí)停運(yùn)制粉系統(tǒng)對(duì)其他磨的出力和一次風(fēng)壓造成較大影響；二是由于主汽溫C、D 側(cè)分支溫度偏低，將這兩個(gè)分支對(duì)應(yīng)的coffa 風(fēng)門關(guān)小，以增強(qiáng)coffa風(fēng)的消旋作用；三是在試驗(yàn)前通過噴水減溫提前降低主汽溫，盡量消除主汽溫各個(gè)分支的偏差，在降負(fù)荷后期（400MW 以下）不用減溫水，防止蒸汽帶水和對(duì)給水流量造成較大波動(dòng)。

由于主汽壓力高于理論主汽壓力且汽輪機(jī)高調(diào)門已關(guān)閉至20%，導(dǎo)致汽輪機(jī)中調(diào)門參與負(fù)荷調(diào)節(jié)，中調(diào)門開度基本在78%附近波動(dòng)。在正常運(yùn)行中調(diào)門全開在100%，不通過關(guān)小來直接參與負(fù)荷調(diào)節(jié)。通過此次試驗(yàn)驗(yàn)證了主機(jī)EH 油系統(tǒng)以及中調(diào)門能夠滿足深度調(diào)峰的需求。

整個(gè)調(diào)峰試驗(yàn)過程中，汽輪機(jī)本體的振動(dòng)、軸向位移、高壓缸排汽溫度等參數(shù)均未出現(xiàn)異常，且和機(jī)組平常運(yùn)行數(shù)值相比較未有較大區(qū)別。整個(gè)調(diào)峰試驗(yàn)過程中，凝汽器真空先隨負(fù)荷下降而變好，負(fù)荷穩(wěn)定后真空維持在穩(wěn)定數(shù)值，說明機(jī)組的真空系統(tǒng)在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)未有漏真空的現(xiàn)象，能夠滿足深度調(diào)峰的需求。

為了滿足凝結(jié)水泵變頻調(diào)節(jié)以及保證凝泵出口凝結(jié)水壓力正常，將除氧器上水調(diào)門1關(guān)至0%、除氧器上水調(diào)門2關(guān)閉至75%，這樣不僅將凝結(jié)水壓力調(diào)節(jié)在1.3MPa，滿足凝結(jié)水用戶需求的同時(shí)還使凝泵電流維持在25A 的較低數(shù)值。整個(gè)調(diào)峰試驗(yàn)過程中，高、加液位均投入自動(dòng)控制，#6低加的低加疏水泵也在正常運(yùn)行狀態(tài)，從而驗(yàn)證了降負(fù)荷至300MW 和維持300MW 負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，高低加液位和低加疏水泵均能通過自動(dòng)調(diào)節(jié)來滿足要求。

6 結(jié)論與建議

6.1 結(jié)論

本文對(duì)#3機(jī)組進(jìn)行深度調(diào)峰至300MW 的試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作、機(jī)組人員所負(fù)職責(zé)、試驗(yàn)操作內(nèi)容、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析做出了較為詳細(xì)描述，可以作為以后進(jìn)行類似調(diào)峰操作的一個(gè)參考。通過本文的上述論述能得到如下調(diào)峰試驗(yàn)結(jié)論。

一是通過本次深度調(diào)峰至300MW 并穩(wěn)定運(yùn)行4h 的試驗(yàn)，用實(shí)踐證明了公司#3機(jī)組能夠在日常燃用煤種、不投油助燃、機(jī)組CCS 控制方式、25min內(nèi)將負(fù)荷從500MW 降至300MW，且鍋爐始終維持在干態(tài)運(yùn)行，從而證明了#3機(jī)組的調(diào)峰能力。二是試驗(yàn)驗(yàn)證了#3機(jī)組深度調(diào)峰功率下鍋爐燃燒穩(wěn)定性滿足要求，鍋爐水動(dòng)力安全性滿足要求，鍋爐受熱面、尾部煙道等溫度滿足要求。三是試驗(yàn)驗(yàn)證了#3機(jī)組在深度調(diào)峰過程和對(duì)應(yīng)負(fù)荷下，脫硝環(huán)保設(shè)施能保證一直投入，且環(huán)保參數(shù)維持在正常范圍內(nèi)。四是試驗(yàn)驗(yàn)證了，深度調(diào)峰過程和對(duì)應(yīng)負(fù)荷下汽輪機(jī)本體、汽機(jī)側(cè)重要設(shè)備能夠滿足深度調(diào)峰的要求。

6.2 建議

一是在深度調(diào)峰時(shí)應(yīng)盡量避免中調(diào)門參與調(diào)節(jié)并盡量保證其全開，其目的是防止中調(diào)門參與負(fù)荷調(diào)節(jié)關(guān)閉太多后，引起整個(gè)機(jī)組的軸向推力失衡導(dǎo)致?lián)p壞推力軸承，嚴(yán)重的情況下甚至可能使整個(gè)軸系、軸承均出現(xiàn)不同程度的損傷。二是在今后負(fù)荷長時(shí)間在300MW 運(yùn)行時(shí)，為防止一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)中調(diào)門參與負(fù)荷調(diào)節(jié)導(dǎo)致主機(jī)EH 油壓大幅波動(dòng)，也應(yīng)當(dāng)保證中調(diào)門在全開狀態(tài)運(yùn)行，從而避免由于主機(jī)EH 油壓波動(dòng)直接造成汽輪機(jī)跳閘事故發(fā)生。#3機(jī)在本次試驗(yàn)中，中調(diào)門在參與一次調(diào)頻的最低開度為36%，對(duì)應(yīng)的DEH 流量指令為0.51。目前，汽輪機(jī)控制邏輯內(nèi)設(shè)置當(dāng)DEH 流量指令低于0.56時(shí)中調(diào)門開始參與調(diào)節(jié)，當(dāng)小于0.16時(shí)中調(diào)門全關(guān)。綜上兩點(diǎn)所述，可以采取修改中調(diào)門對(duì)應(yīng)全開點(diǎn)的DEH 流量指令，現(xiàn)已將#3機(jī)的流量指令從0.56改為0.4，意味著當(dāng)中調(diào)門DEH 流量指令大于0.4時(shí)中調(diào)門即可保持全開狀態(tài)運(yùn)行。三是由于給水泵自動(dòng)狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速和給水流量均有下限限制，導(dǎo)致主汽流量與給水流量的不匹配，從而引起實(shí)際主汽壓力要大幅高于理論主汽壓力。在今后的調(diào)峰過程中，是否修改給水泵最低轉(zhuǎn)速和給水流量下限保護(hù)值，這還需要經(jīng)過嚴(yán)格的試驗(yàn)論證，不能憑一次試驗(yàn)就做出判斷，同時(shí)應(yīng)積極與廠家進(jìn)行商討，是否有相關(guān)類似的修改前例。