1000 MW 火電機組深度調峰工況下的分析與應對

郭于暉

（廣東粵電靖海發電有限公司，廣東揭陽 515223）

0 引言

國家發改委、國家能源局印發的《關于提升電力系統調節能力的指導意見》中要求在第十三個五年規劃期內，擬完成火電機組機動性改造（含燃料機動性性改造）2.2 億千瓦，提升電力系統調節能力4600 萬千瓦。改造后的機組最小出力達到額定容量的30%～40%，要求一些電廠可以達到國際領先水平，機組不投入穩燃時，機組最小出力應能達到20%～30%。火力發電機組在深度調峰運行時，對于機組的汽機、發電機和鍋爐的穩定性、安全性都提出了更高的要求。

1 設備概況

某公司3#、4#汽輪機為超超臨界，一次中間再熱N1000-25.0/600/600 型汽輪機。發電機為QFSN-1000-2-27，發電機的額定電流為23 949 A，額定電壓為27 kV，額定勵磁電壓為445 kV，額定勵磁電流為5173 A。

2 深度調峰運行工況中存在的風險

2.1 低負荷運行，鍋爐燃燒惡化

機組在低負荷運行時，因外界所需能量減少，鍋爐主控會開始降低給煤量，從而使得燃燒穩定性變差，燃燒器火檢會變得不穩定，煤層失去火檢跳閘后，鍋爐的燃燒工況變化十分劇烈，若處理不妥當極易造成鍋爐MFT（Main Fuel Trip，鍋爐主燃料跳閘）。

2.2 空預器堵塞和低溫腐蝕及脫硝效率下降

本廠規定SCR 脫硝反應器的入口溫度應＞290 ℃，且＜410 ℃，當機組負荷降至400 MW 時，進入SCR 脫硝裝置的煙氣溫度會隨著燃燒惡化的影響而降低，催化劑的反應活性持續降低，尾部煙道的排煙中的SO2與所噴出的NH3產生化學反應生成硫酸氫銨，而冷凝后的硫酸氫銨呈現出高黏性，從而使得空氣預熱器的換熱波紋板發生臟堵，造成換熱效果下降。若尾部排出煙氣溫度過低，空氣預熱器換熱波紋板的金屬溫度也隨之下降，與有硫酸蒸汽的尾部排汽相遇，因為換熱波紋板溫度不高于硫酸蒸汽的露點，使得換熱波紋板表層結上硫酸露并腐蝕換熱波紋板。

若某一側SCR 脫硝反應器進口溫度降低到290 ℃以下時，此時該側的脫硝會跳閘，引發NOx時均高于超低排放值50 mg。

由于本機組采取的是干式排渣的方式，爐底會有大量的排渣入口門和檢修窗口。在燃燒含灰分量大的煤種情形下，輸送鋼帶上通常會有較大塊的煤渣，檢修人員會經常性打開排渣門進行捅渣，爐膛底部可能漏進不必要的冷風參與燃燒。這極大提高了尾部煙道的排汽溫度，并使得引風機的運行電流大大提升。

2.3 快速減負荷過程中所引起的省煤器汽化

因本廠為雙列高加布置，在進行大幅度快速減負荷的過程中，給水流量大幅度減少，出口溫度仍然維持在較高溫度，這使得給水溫度也同樣維持在一個較高溫度。此時，若給水溫度達到省煤器進水壓力下的飽和溫度，且汽壓快速下降，可能造成進入省煤器內的工質汽化，造成減負荷閉鎖。

2.4 機組長期在低負荷運行時，屏式過熱器出現超溫現象

當機組長期低負荷運行時，通常為3 臺磨煤機工作。在這3 臺磨煤機的運行過程中，進入爐膛內參與燃燒的風量始終是有限的，無法順利帶走爐膛內的煙氣，導致屏式過熱器易出現溫度過高的現象。

2.5 給水泵再循環投運的控制

在機組低于40%的負荷運行時，對應的給水流量將會大大降低。此時，若給水泵的最小流量再循環閥未能及時打開，將使給水泵出口流量小而造成汽蝕。但如果最小流量再循環閥開得過快或再循環法嚴密性不足，會造成給水流量的波動，甚至造成給水流量大幅減少至MFT 動作保護值，發生機組跳閘。

2.6 給水泵供汽汽源切換注意事項

汽動給水泵采用四段抽汽方式供汽，其備用汽源為冷再蒸汽和輔汽。機組處于深度的調峰運行中，四段抽汽的壓力大幅度下降，不再滿足給水泵正常工作的需求，此時給水泵切換閥自動將四抽汽源轉至冷再蒸汽供。若切換閥異常導致切換不當，會使給水泵出力發生波動，給水流量也隨之波動。

2.7 給水泵出力超出低負荷下給水流量需求

在深度調峰工況下，若同時運轉2 臺汽動給水泵，汽動給水泵的轉速與機組效率成正比，當轉速隨著負荷降低而降低時，機組效率也隨之降低。但若采用單臺汽動給水泵來對系統供水時，其轉速也必然隨之上升，這樣既能夠提高汽動給水泵的運行效率，又使得機組的經濟性得到提升。

2.8 發電機進相運行能力

低負荷工況下的發電機組可能變為進相運行，發電機的端部位置漏磁上升，導致發電機定子端部溫度升高。由于勵磁系統中電流的減少和其對系統無功的吸收會使得端電壓下降而導致廠用電電壓的下滑，電流上升，導致用電設備發熱，長時間運行時會對設備絕緣造成損壞，甚至造成發電機失步運行或發生系統振蕩。

3 深度調峰中的運行調整

3.1 加強鍋爐在低負荷工況下的燃燒能力

（1）當機組降至400 MW 以下時，盡快對等離子拉弧，確保燃燒的穩定性。

（2）調整制粉系統的搭配運行方式在改善鍋爐燃燒環境起著至關重要的作用，分散的制粉分配相較于集中燃燒對鍋爐燃燒穩定性是反作用的。因此在深度調峰工況下，在保證底層磨穩定燃燒的情況下，應提高中層磨的給煤量，同時盡量避免制粉系統隔層燃燒。

（3）煤粉的粗細決定了煤粉進入鍋爐后何時著火，在煤粉濃度一致的情況下，調整旋轉分離器的轉速以提高煤粉的細度，使得煤粉更容易點燃燃燒。

（4）一次風風量的大小對煤粉的著火穩定性起著關鍵作用，若一次風的風量過大，有可能導致爐膛滅火；若一次風風量過小，煤粉將會堆積在粉管內部，使得粉管堵塞著火發生。因此，一次風的風量應維持在100～110 t/h。

3.2 提高爐膛煙氣溫度，減少低溫腐蝕及提高脫硝效率

（1）調整再熱器煙氣擋板的開度。深度調峰時可將再熱器煙氣擋板開度提高，并減少省煤器煙氣擋板開度，讓更多煙氣從再熱器流過，提高尾部煙氣的溫度，從而使得與SCR 脫硝反應器反應的煙氣溫度升高。

（2）燃盡風開度若是過大，會使得爐膛火焰中心整體降低，從而使尾部煙道的煙溫偏低。在深度調峰運行時，應當根據管壁沿程溫度的變化和尾部煙道煙溫的變化及燃燒情況收低燃盡風風門的開度，將燃燒中心抬高。

（3）爐底干排渣漏入的冷風，使得鍋爐中的過量空氣系數過高，低溫腐蝕的程度將大大提升。在保證鍋爐安全燃燒的前提下，應適當降低鍋爐中的過量空氣系數，降低氧量，減少硫化物的生成，從而降低低溫腐蝕。

3.3 省煤器汽化的處理

在減負荷過程中，應實時關注煤水比，防止在減負荷過程中因先控投入的緣故煤水比出現大幅度波動，導致汽溫和汽壓大幅波動，而出現省煤器汽化現象造成減負荷閉鎖。在先控模式控制不好的情況下，應及時退出先控模式，必要時將機組切至TF 模式來控制煤水比。

3.4 屏過超溫現象處理

在深度調峰運行中，3 臺磨煤機運行出現屏過超溫的現象時：①在確保磨煤機安全運行的前提下，可酌情降低中層磨煤機的出力，加大底層磨煤機的出力，使得火焰中心保持在一個適當的高度；②加快磨煤機動態分離器轉速，讓煤粉濃度更細，從而使煤粉能夠提前燃燒以保證火焰中心高度；③根據爐膛燃燒情況具體分析，可適當開大燃盡風門開度，將火焰中心高度壓下來，以降低屏過溫度；④在保障燃燒安全的前提下，適當手動加大送風機動葉。

3.5 給水泵再循環投運條件

投送條件有5 個：①負荷≥500 MW，給水泵最小流量再循環調節閥原則上是不允許打開的；②當給水泵流量低至650 t/h時，此時應該手動開啟給水泵最小流量再循環調節閥，將給水泵流量控制在650～700 t/h，小機轉速不得低于3400 r/min；③假設第一臺汽泵再循環調節閥開度＞80%時，再循環流量仍然不能滿足需求時，才允許開啟第二臺給水泵再循環調節閥；④給水泵流量在450 t/h 時，最小流量再循環調節閥對開至50%左右，流量為400 t/h 時，最小流量再循環調節閥開至100%；⑤當給水泵流量＜350 t/h 時，且最小流量再循環調節閥開度低于80%時，將觸發給水泵跳閘保護。

3.6 給水泵供汽汽源的切換

當負荷下降到約40%定壓的額定負荷或15%滑壓的額定負荷之下，調節閥開度＞95%，汽動給水泵的功率需求仍然比四段抽汽流量要大的情形下，此時切換閥將會自動開啟，將再熱冷段蒸汽接入，通過切換閥后，進入汽動給水泵進行做功。再熱冷段的壓力隨著負荷的降低而降低，若再熱冷段蒸汽的壓力無法滿足汽動給水泵的功率，應適當的將壓力偏置設低，并打開輔助蒸汽供汽動給水泵用汽電動門，將汽動給水泵用汽切至輔汽供給。

3.7 滿足給水流量的前提下，單臺給水泵運行

深度調峰時，給水泵在自動控制模式下，轉速下降至2800 r/min后給水泵出力無法繼續下降。此時，應及時將一臺給水泵的出口電動門切至手動模式緩慢關閉，并時刻留意另一臺給水泵的轉速上升且給水流量趨于穩定，無大幅度波動。為避免重復沖轉給水泵，在給水泵出口電動門完全關閉后，維持解列給水泵的轉速在2800 r/min。在此期間要嚴密監視此給水泵的排汽溫度，當排汽溫度≥100 ℃時，排汽管噴水減溫系統應自動投入運行，否則應手動開啟投入；當溫度≤65 ℃時，排汽管相應噴水調門和電動門應自動關閉。

3.8 發電機進相能力

（1）進相運行時發電機需滿足：勵磁系統處于正常自動運行狀態，勵磁系統故障保護壓板投入，失磁保護投入，勵磁系統自動調節器運行正常無報警信號發出，機組PSS 及機組失步解列功能正常投入。

（2）進相工況下應當密切監視：嚴密監視發電機電壓、電流、功率、勵磁系統電流和電壓、廠用電電壓、轉速、繞組溫度、鐵芯溫度、氫壓、風溫、定冷水壓水溫、軸系振動等重要參數。

（3）3#、4#機組進相運行限制條件：①500 kV 母線電壓維持在520～540 kV；②6 kV 母線電壓維持在5.7～6.5 kV；③380 V 母線電壓維持在361～410 V；④發電機端電壓應在24.3～28.3 kV；⑤定子電流不應超過額定標稱值23 949 A；⑥轉子電流不應超過額定標稱值5173 A；⑦發電機冷卻需正常，溫升正常；⑧發電機組軸系振動在正常范圍內，不超過報警值。

4 結論

深度調峰運行的首要條件和必需條件都是在機組能夠安全運行的大前提下開展的。機組工作在深度調峰工況下，機組設備和系統基本上都處于最低工作出力狀態，此種方式要求運行人員通過風、煤、水及調峰過程中關鍵參數的精細調整，同時對關鍵參數做好各方面的預調整，并根據經驗做出總結，最終保障機組和電網的安全和穩定運行。