W火焰鍋爐機(jī)組深度調(diào)峰影響及優(yōu)化措施研究

劉功明，王海濤

（1.五凌電力貴州黔東電力有限公司，貴州 鎮(zhèn)遠(yuǎn) 557702；2.湖南省水電智慧化工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410004）

黔東電廠裝機(jī)容量為2×600 MW亞臨界火電機(jī)組，鍋爐是亞臨界“W”型火焰汽包爐。因近4年來頻繁參與深度調(diào)峰，且調(diào)峰深度逐漸增大、時間延長，對設(shè)備安全性、經(jīng)濟(jì)性的一些影響已經(jīng)凸顯。

1 深度調(diào)峰對火電機(jī)組在安全方面的影響

1.1 鍋爐燃燒穩(wěn)定性的影響

燃用設(shè)計煤種時，黔東電廠鍋爐設(shè)計最低不投油穩(wěn)燃負(fù)荷大于40%BMCR，隨著熱負(fù)荷繼續(xù)下降，爐膛容積熱負(fù)荷隨之降低，造成爐膛溫度也快速下降，而爐內(nèi)煤粉的著火主要靠卷吸爐內(nèi)高溫?zé)煔猥@得著火熱，當(dāng)爐內(nèi)煙氣溫度降低至一定值時，不能滿足煤粉氣流所需的著火熱，此時若不采取穩(wěn)燃措施,必將造成煤粉著火燃燒惡化，甚至鍋爐滅火。

2013年1號爐A修時為防止?fàn)t內(nèi)嚴(yán)重結(jié)焦除去約278 m2的未燃帶，爐膛溫度水平進(jìn)一步下降，目前黔東電廠最低深度調(diào)峰負(fù)荷為170 MW（27%BMCR），遠(yuǎn)低于最低不投油穩(wěn)燃負(fù)荷，給鍋爐燃燒穩(wěn)定帶來很大的威脅。

1.2 爐水循環(huán)穩(wěn)定性

水冷壁在四面墻各回路的流量分配上，前后墻與左、右側(cè)墻的流量流速因設(shè)備本身原因存在一定的差距。爐內(nèi)燃燒工況正常并較為穩(wěn)定時，水冷壁上升管不會發(fā)生停滯現(xiàn)象，但當(dāng)爐內(nèi)熱負(fù)荷低，熱偏差較大時，部分水冷壁熱負(fù)荷有可能降到額定熱負(fù)荷的20%以下，受熱較弱的管段會發(fā)生循環(huán)停滯現(xiàn)象，引起上升管發(fā)生超溫蠕變，造成設(shè)備損壞。

1.3 熱負(fù)荷大幅度波動時，金屬部件熱應(yīng)力的影響

隨著機(jī)組啟停和調(diào)峰頻繁深度加大，機(jī)組負(fù)荷變化過程中，鍋爐各部金屬部件溫度變化速度不一致，汽包、各聯(lián)箱等厚壁部件溫度變化慢，而各受熱面及連接管壁薄溫度變化快，如機(jī)組大幅度快速降負(fù)荷時，管子收縮快于厚壁聯(lián)箱，將在聯(lián)箱與管子的焊座上產(chǎn)生極大的拉應(yīng)力，當(dāng)結(jié)束調(diào)峰大幅度增加機(jī)組負(fù)荷時，管子膨脹快于聯(lián)箱，將在焊座上產(chǎn)生極大的壓應(yīng)力，隨著調(diào)峰頻繁及深度加大，這種交變的熱應(yīng)力可能造成金屬疲勞而損壞。

1.4 汽溫偏離設(shè)計值較大

深度調(diào)峰期間，由于爐內(nèi)燃燒弱容積熱負(fù)荷低，受熱面吸收輻射熱份額降低，造成輻射式和半輻射式受熱面吸熱明顯減少，引起高溫過熱器出口汽溫下降，而主汽溫度的下降又會影響再熱汽溫進(jìn)一步下降，造成主、再熱蒸汽溫度嚴(yán)重偏離正常值，鍋爐深度調(diào)峰至170 MW時，高過出口汽溫度甚至?xí)档椭?00℃，較額定值低41℃，汽溫的變化也會造成汽輪機(jī)金屬部件產(chǎn)生較大應(yīng)力。

1.5 屏過受熱面管壁金屬溫度的影響

隨著機(jī)組負(fù)荷降低，各受熱面蒸汽流量減少，對管壁的冷卻能力減弱，尤其是W火焰鍋爐，停運(yùn)的制粉系統(tǒng)對應(yīng)火嘴上部屏過熱負(fù)荷低，而運(yùn)行制粉系統(tǒng)對應(yīng)火嘴上部屏過熱負(fù)荷高，帶來很大的熱偏差，因蒸汽流量小，此時減溫水的控制極其困難，甚至出現(xiàn)部分熱負(fù)荷低的屏過壁溫與蒸汽飽和溫度一致，而熱負(fù)荷高的屏過管壁已接近超溫。

1.6 汽包水位調(diào)整的影響

因W火焰鍋爐寬帶大，汽包長，汽包相對水容積小，汽包兩側(cè)水位計對爐內(nèi)燃燒工況變化十分敏感。深度調(diào)峰期間，爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定性差，抗干擾能力弱，當(dāng)出現(xiàn)一定的擾動（斷煤、切換火嘴、調(diào)整容量風(fēng)、吹掃粉管）時，可能會出現(xiàn)鍋爐兩側(cè)燃燒時強(qiáng)時弱，造成汽包水位忽高忽低，而深度調(diào)峰期間四抽及冷再壓力低，給水泵汽源不穩(wěn)，一旦汽包水位出現(xiàn)大幅度波動，可能造成給水泵汽輪機(jī)汽門全開仍無法滿足給水控制要求，造成汽包水位事故。

1.7 對脫硝及空預(yù)器的影響

隨著機(jī)組負(fù)荷的下降，SCR入口煙溫可能低于320℃，造成催化劑效率極低，氨逃逸增大，空預(yù)器出口排煙溫度下降至105℃以下造成低溫腐蝕和銨鹽堵塞。

2 深度調(diào)峰對火電機(jī)組在經(jīng)濟(jì)性方面的影響

深度調(diào)峰期間，鍋爐排煙損失份額由6.4%增大至7.0%，散熱損失份額由0.26%上升至0.66%，氣體未完全燃燒熱損失和機(jī)械不完全燃燒熱損失隨之有所降低，但遠(yuǎn)不足以彌補(bǔ)排煙損失和散熱損失的增加，機(jī)組負(fù)荷由420 MW降至180 MW時，鍋爐效率下降約0.7%左右,影響煤耗升高約2.1 g/kW·h。

深度調(diào)峰期間，機(jī)組負(fù)荷和蒸汽參數(shù)低，通流部分蒸汽流量小，嚴(yán)重偏離設(shè)計工況，汽輪機(jī)絕對效率下降明顯，根據(jù)凝汽式一次中間再熱汽輪機(jī)熱耗計算，汽輪機(jī)180 MW時熱耗較正常負(fù)荷時高約850 kJ/kW·h，影響煤耗升高約31.8 g/kW·h。

深度調(diào)峰期間，雖然輔機(jī)隨負(fù)荷下降運(yùn)行電流減小，也停運(yùn)了部分輔機(jī)，但由于機(jī)組負(fù)荷低，必須運(yùn)行輔機(jī)仍較多，廠用電率上升約5.3%,影響煤耗升高約16.2 g/kW·h。

綜合上述對煤耗的影響，機(jī)組負(fù)荷由420 MW降至180 MW時，機(jī)組煤耗上升約50.1 g/kW·h?；痣姍C(jī)組頻繁大幅度深度調(diào)峰在安全和經(jīng)濟(jì)性方面有很大的影響，若不采取措施進(jìn)行優(yōu)化，對火電廠的生產(chǎn)經(jīng)營和發(fā)展帶來巨大的壓力。

3 W火焰鍋爐機(jī)組深度調(diào)峰優(yōu)化措施

3.1 調(diào)峰前做好準(zhǔn)備工作

（1）根據(jù)SCR入口煙溫及機(jī)組計劃負(fù)荷情況，提前確定鍋爐吹灰方式，機(jī)組負(fù)荷300 MW時，脫硝入口煙溫在330℃～350℃之間。

（2）制粉系統(tǒng)定檢及計劃性檢修工作應(yīng)提前1 d安排，在非調(diào)峰期間完成計劃檢修及試運(yùn)，確保計劃參與調(diào)峰的制粉系統(tǒng)無缺陷運(yùn)行。

（3）中班至少對B/E磨對應(yīng)的原煤倉（單邊，非低卡煤側(cè)）進(jìn)行降倉，若調(diào)峰負(fù)荷低于220 MW則增加1個煤倉（單邊，非低卡煤側(cè)），晚班21：00（根據(jù)計劃負(fù)荷及負(fù)荷預(yù)測計劃調(diào)峰3 h前）檢查對應(yīng)原煤倉位在褲衩下4 m，否則增大該側(cè)給煤機(jī)煤量盡快降倉，到位后通知燃運(yùn)提前加高揮發(fā)粉煙煤（視調(diào)峰時長，按25 t/h進(jìn)行計算），確保調(diào)峰期間高揮發(fā)粉煙煤可用夠用。

（4）檢查火檢及火焰電視的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)故障或結(jié)焦聯(lián)系檢修處理，確?；饳z正常。

3.2 深度調(diào)峰期間鍋爐穩(wěn)燃措施

深度調(diào)峰期間鍋爐燃燒穩(wěn)定，各部熱負(fù)荷均勻，基本能保證爐水循環(huán)及汽包水位穩(wěn)定、屏過受熱面管壁金屬在正常范圍，而保證爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定的關(guān)鍵在于強(qiáng)化煤粉氣流的著火過程。深度調(diào)峰過程中，爐膛容積熱負(fù)荷基本固定，要想煤粉快速著火，就要設(shè)法降低煤粉氣流的著火熱，影響煤粉氣流著火熱的主要因素有：煤中的揮發(fā)粉、灰粉、水份、煤粉細(xì)度、一次風(fēng)溫、風(fēng)量和風(fēng)速。

煤的揮發(fā)粉是判別煤粉著火特性的主要指標(biāo)，揮發(fā)粉高分煤，著火溫度低，所需著火熱少，火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?，燃燒速度也快；灰粉在燃燒過程中不僅不能放熱而且會吸熱，使?fàn)t膛溫度下降，煤粉氣流著火推遲；水份多的煤著火熱需要的就多；煤粉越細(xì)，進(jìn)行燃燒反應(yīng)的面積就越大，加熱升溫快，單位時間內(nèi)煤粉吸熱量越多，著火越快，并且煤粉越細(xì)，燃燒越完全；提高一次風(fēng)溫可減少煤粉氣流的著火熱，從而加快著火；一次風(fēng)量越大所需著火熱越多，但過小會使煤粉氣流著火初期缺氧限制燃燒的發(fā)展；一次風(fēng)速過高，流經(jīng)著火區(qū)的容積流量大，煤粉氣流著火熱增加，著火推遲，一次風(fēng)速過低時旋流燃燒器對高溫?zé)煔獾木砦芰p弱。通過合理的燃燒器結(jié)構(gòu)設(shè)計及組織燃燒器投運(yùn)組合，組織好爐內(nèi)高溫?zé)煔獾暮侠砹鲃樱垢嗟母邷責(zé)煔饣亓鞯矫悍蹥饬髦饏^(qū)，增大煤粉氣流與高溫?zé)煔獾慕佑|周界，以增強(qiáng)煤粉氣流與高溫?zé)煔庵g的對流換熱，是改善煤粉氣流著火的重要措施。

具體措施主要有以下幾個方面：

（1）入爐煤質(zhì)：入爐煤揮發(fā)粉≥20%、水份≤10%、熱值18.0 MJ/kg～22.0 MJ/kg，灰粉≤35%。

（2）煤粉細(xì)度：R90≤5%，磨煤機(jī)分離器上擋板開度約20%。

（3）粉管風(fēng)速：一次風(fēng)壓5.5 kPa～7 kPa，粉管風(fēng)速18 m/s～22 m/s，分離器壓力2.8 kPa～4 kPa。

（4）煤粉濃度：乏氣擋板開度≥50%，磨煤機(jī)料位≥400 Pa。

（5）爐膛溫度：爐膛溫度≥1 150℃，爐膛出口溫度≥720℃且左右側(cè)偏差≤40℃。

（6）總風(fēng)量及二次風(fēng)配風(fēng)：爐膛出口氧量按低限控制，但總風(fēng)量應(yīng)大于等于30%，保持A、C、SOFA二次風(fēng)擋板全關(guān)，F(xiàn)擋板開度10%～20%之間，爐膛與二次風(fēng)箱壓差0.4 kPa～0.5 kPa之間，B/E擋板暫保持50%開度。

（7）制粉系統(tǒng)及燃燒器組合運(yùn)行方式：若制粉系統(tǒng)無檢修工作，機(jī)組負(fù)荷≥170 MW時暫時保持4套制粉系統(tǒng)運(yùn)行，保留A/B/D/E或B/C/E/F制粉系統(tǒng)運(yùn)行，有利于火嘴組合，非必要時投運(yùn)燃燒器之間最多切除3支燃燒器。

（8）發(fā)現(xiàn)鍋爐燃燒不穩(wěn)果斷投油穩(wěn)燃。

3.3 深度調(diào)峰期間具體實施步驟

（1）機(jī)組降至300 MW，汽壓按滑壓合格曲線低限控制，現(xiàn)場檢查燃燒情況及爐膛測溫≥1 200℃，退出AGC后設(shè)置降負(fù)荷速率3 MW/min～5 MW/min開始降低機(jī)組負(fù)荷。

（2）通知燃運(yùn)將燃油壓力提高至0.6 MPa～0.7 MPa，確保投油后穩(wěn)燃效果。

（3）采用4臺磨煤機(jī)運(yùn)行方式，盡量保持B/E制粉系統(tǒng)運(yùn)行，每套制粉系統(tǒng)投運(yùn)燃燒器數(shù)量≥4個，制粉系統(tǒng)分離器上擋板開度調(diào)整至20%，乏氣擋板開度≥50%。

（4）鍋爐氧量控制在3.0%～4.5%范圍內(nèi)，在脫硝入口煙溫能滿足的情況下，盡量控制3.0%～3.8%，氧量過高，易造成鍋爐滅火（油槍出力較低，穩(wěn)燃效果相對較差）。

（5）二次風(fēng)箱差壓控制在0.4 kPa～0.5 kPa。燃燒較好區(qū)域風(fēng)量可適當(dāng)增大，燃燒較差區(qū)域風(fēng)量可適當(dāng)減少。燃燒器相對集中的區(qū)域F風(fēng)開度應(yīng)適當(dāng)增大，單獨(dú)燃燒器區(qū)域F風(fēng)應(yīng)適當(dāng)減?。ㄗ钚〔婚_度不應(yīng)＜10%）。

（6）SCR入口煙溫低于330℃，停運(yùn)省煤器聲波吹灰。

（7）爐膛壓力設(shè)定值由-55 Pa改為-22 Pa，減少爐底漏風(fēng)。

（8）機(jī)組負(fù)荷低于300 MW，并繼續(xù)向目標(biāo)負(fù)荷下降過程中，操作要緩慢，操作幅度要小，發(fā)現(xiàn)煤粉燃燒器火檢強(qiáng)度減弱、工業(yè)電視火焰強(qiáng)度變差及爐膛負(fù)壓波動大，要立即投油（先投入燃燒較差側(cè)，后投其它區(qū)域），確保燃燒穩(wěn)定。

（9）負(fù)荷降至300 MW以下，投入空預(yù)器連續(xù)吹灰。

（10）停運(yùn)燃燒器前，應(yīng)考慮燃燒器的分布情況、該燃燒器所處區(qū)域熱負(fù)荷強(qiáng)度，確保燃燒器停運(yùn)后不會影響燃燒穩(wěn)定；否則，該區(qū)域應(yīng)先投油，后停運(yùn)燃燒器。

（11）負(fù)荷降至260 MW，盡量保持爐膛熱負(fù)荷均勻（工業(yè)電視亮度基本一致，爐膛出口溫度平衡，汽包水位無明顯偏差，火檢正常），投運(yùn)燃燒器相對固定。

（12）切除6支燃燒器后，盡量通過關(guān)小容量風(fēng)擋板、降低一次風(fēng)壓的方法逐步降低機(jī)組負(fù)荷，容量風(fēng)操作幅度每次不應(yīng)＞5%，一次風(fēng)壓下降每次不應(yīng)＞0.2 kPa，且不允許連續(xù)操作，保證分離器壓力≥2.8 kPa，粉管風(fēng)速≥18 m/s。

（13）密切監(jiān)視爐膛出口溫度及燃燒器火檢強(qiáng)度，確保爐膛出口溫度不低于720℃，火檢強(qiáng)度良好，否則應(yīng)停止降低熱負(fù)荷，查明原因調(diào)整至720℃以上后方可繼續(xù)降低熱負(fù)荷。

（14）負(fù)荷下降過程中，準(zhǔn)備好運(yùn)行燃燒器的油槍，隨時準(zhǔn)備投入。

（15）接近目標(biāo)負(fù)荷時，暫停減燃料，待負(fù)荷到位后再進(jìn)行微調(diào)，負(fù)荷到位后檢查鍋爐燃燒穩(wěn)定，安排巡檢對爐膛進(jìn)行測溫，并做好深度調(diào)峰各參數(shù)統(tǒng)計。

4 W火焰鍋爐深度調(diào)峰優(yōu)化措施取得的成果

深度調(diào)峰措施的優(yōu)化研究是一個不斷總結(jié)提高的過程，自2018年以來機(jī)組調(diào)峰能力不斷增強(qiáng)，由最初的46%額定負(fù)荷降至28%，穩(wěn)燃油耗逐年下降，由0.3 t/萬kW·h降至0.008 t/萬kW·h，運(yùn)行參數(shù)基本穩(wěn)定，設(shè)備安全可靠，未發(fā)生過設(shè)備損壞及鍋爐滅火等異常事件。

5 結(jié)束語

W火焰鍋爐本身具有較好的穩(wěn)燃特性，但仍需采取有效的措施確保深度調(diào)峰期間安全穩(wěn)定，在提高經(jīng)濟(jì)性能方面采取的措施有限，因為火電機(jī)組深度調(diào)峰本身就是犧牲部分經(jīng)濟(jì)性為新能源讓出通道。本文提出的優(yōu)化措施，能在確保安全穩(wěn)定的前提下最大程度的提升機(jī)組調(diào)峰能力，降低穩(wěn)燃油耗，促進(jìn)新能源電能消納，具有良好的社會效益。