超臨界機組20%負荷深調運行方式優化

孫良海，鄭滄海，王熠偉，李永利，張天羽，柏戰國

（國能太倉發電有限公司，江蘇 太倉 215433）

1 20%負荷深度調峰面臨問題和風險分析

1.1 鍋爐側設備深度調峰存在的安全風險

（1）鍋爐燃燒惡化。機組壓力下降至最低壓力（20%），進入爐內焚燒的煤量隨之下降,鍋爐內熱壓力下降，爐膛出口溫度降低，煤粉著火情況和焚燒性能惡化。一旦出現制粉系統、引風機、送風機等裝置的失效，甚至爐膛出口積碳都會對爐內的空氣產生很大干擾，甚至滅火系統停機。

（2）鍋爐水平煙道及尾部煙道積灰。低負荷（20%）的工況，爐內風量下降，煙速也降低，煙氣堆積于爐內的煙道口和側通風管內。但是，為了保證鍋爐安全，低負荷工作時不得進行煤倉的吹灰。因為鍋爐長時間低負荷工作，會造成煤倉結焦問題、水平煙道、向后煙道的灰塵積聚，嚴重干擾爐內換熱，從而增加了排煙溫度，也大大降低了鍋爐工作效率，并極易導致鍋爐壁溫超溫。

（3）空預器積灰及低溫腐蝕。過量的三氫化氮和空氣中的三氧化硫反應，得到了硫酸氫氨。硫酸氫氨在147 ～350℃處于熔融態，是一個黏度很大的氣體。當它進入空預器中并遇冷時，黏附在空預器的換熱部件上，黏著排煙中的飛灰粒，從而造成了空預器換熱部件管道的阻塞，空預器前后差壓力增加。低負載的鍋爐排煙溫度降低，更容易在空預器冷端產生高溫度腐蝕。

（4）一次風機搶風或喘振。低負荷（20%）狀態下，由于空預器積灰或堵塞，從而降低了每次機組的通過容量或是在低負荷工況下僅投運了三套制粉設備，每次機組通過容量降低，由此導致下一個機組搶風或出現喘振。

1.2 汽機側設備深度調峰存在的安全風險

（1）軸系振動變大。由于機組負荷降低，特別是冬天，凝汽器最大真空度增加明顯。當真空值超高時，就可以引起汽輪機動靜摩擦，汽輪機軸系的震蕩加劇，從而危害發電機的安全。

（2）給水流量波動。深度調峰時，若小機的車源四抽不能達到小機供汽條件時，需切換至啟動汽源輔汽或者備用汽源冷再。因為輔汽或冷再和四抽產生了很大的壓力差值和溫度差，在使用不當時可引起中小機壓力的失常。

1.3 電氣側設備深度調峰存在的安全風險

汽輪機進相，靜止安全性降低，汽輪機的進相深度大于穩態值，靜止安全性降低，可能導致汽輪機的運轉失穩，定子端部工作溫度增加。發電機的進相運行還將引起廠用直流電壓降低，各電氣設備電流增大，電氣設備過熱，并長期運行后造成電氣設備損害。電流下降很大時，就可以造成低電壓的電氣設備保護動作，事故范圍擴大。

1.4 深度調峰導致環保超標風險

低負荷（20%）工況，爐內溫度下降，脫硝催化劑反應活性下降，脫硝效率下降。制粉系統配風不良，爐膛火焰中心上移，NOX的生成相對上升。如果監測措施不嚴格、控制工作不準確，都可以引起環保系數的上升。

2 超臨界機組20%負荷深調運行方式優化分析

2.1 深度調峰的運行控制策略

2.1.1 深度調峰前的工作準備

（1）提前吹灰并投運等離子系統。深度調峰操作時，發生的鍋爐高溫吹灰極有可能導致鍋爐高溫爆炸失穩，甚至影響鍋爐設備的滅火。所以，深度調峰時鍋爐不進行吹灰操作。為防止鍋爐結焦嚴重，保證機組正常運行，在負荷降至20%負荷前，要根據鍋爐結焦燃燒情況進行鍋爐吹灰。中負荷吹灰，可視燃燒穩定情況，投入兩層等離子運行，穩定鍋爐燃燒。（2）入爐煤煤質管控。運行人員掌握上煤及煤質情況，根據燃煤耗用及原煤倉存煤情況，合理安排上煤，確保深度調峰期間燃用合格燃煤。要求輸煤系統上干煤，避免發生原煤倉、給煤機堵煤，制粉系統斷煤情況。為了保證深度調峰期間燃燒穩定，應用揮發相對較高、易于著火的低硫燃煤。合理安排配煤摻燒工作，防止鍋爐結焦。

2.1.2 深度調峰升、降負荷的操作及注意事項

發電機組負載降至50%時,可采用空預器的持續吹灰,以減少空預器積灰。若發電機組負載低于40%工況，則發電機組AGC 正常工作投入使用，而發電機組負載率則根據正常運行下降的負荷量計算。此時，發電機組仍處于四套制造粉絲系統工作狀態，爐內火焰充滿率相對而言較好，鍋爐燃燒比較平穩,較大的變負荷率也不會危及發電機組安全。當溫度降到20%，僅有三套制造粉絲系統工作，則按照爐內的實際情況相應減小機組變負荷率，減少了設備變動塊，造成燃燒比較不平穩，危及了發電機組的安全。低負荷（20%）工況下制粉系統啟停的控制要點在于煤量、水量、風量變化的穩定，逐步平穩增、減給煤量、水量、風量，避免出現的突增突減情況，造成水冷器，過、再熱器壁溫超限或者爐內燃燒工況突然惡化情況。在機組升降負荷、啟停制粉系統時應密切關注鍋爐掉焦情況，做好防止鍋爐掉焦造成水冷壁壁溫超限及分配集箱進口溫度高的調整措施。

2.1.3 深度調峰安全穩定運行及管理的控制策略

（1）提前完成機組定期工作。深度調峰期內，不得進行對鍋爐燃燒造成干擾的現場試驗操作，同時避免一切不合理作業，所有操作應當進行規范，需要的日常作業應當及時進行。（2）提高鍋爐深度調峰穩燃能力。深度調峰期間，根據給煤量控制磨煤機風量，嚴格控制磨煤機風煤比，防止一次風量過大造成燃燒器脫火以及防止一次風壓過低造成一次風管積粉。調整磨煤機煤粉細度、提高磨煤機出口溫度，強化爐內燃燒。開展氧量調整，合理配風，確保煤粉燃盡；加強燃燒監視，發現燃燒不穩、火檢強度低、爐膛負壓波動大等情況，及時增投等離子穩燃。（3）控制環保參數不超標。SO2、煙氣排放數量和水平是隨著機組壓力、進爐煤量不同而改變的。通過對燃燒的熱值高、低硫煤等指標精細化處理來減少二氧化硫等、煙塵的形成，就能夠實現二氧化硫等、煙塵達標排放。脫硝控制系統中共計3 個NOX測點，并且在脫硝反應器的左右各布設了一處測點，而第三個測點布設在煙筒前端。三個測點依煙氣流程，依次通過脫硝反應器后殘留的NOX，以和對外排出的NOX。第一個NOX值表示了鍋爐中燃煤生成NOX的總數量，其管理重點就是通過采取優化制粉系統配風、降低火焰中心等措施抑制NOX的產生，減少尿素用量。第二個NOX數值反映了脫硝反應器的效率，其控制要點在于控制好尿素熱解爐內的溫度和脫硝反應器處的煙溫。由于機組負荷低，尿素熱解爐入、出口溫度隨負荷降低而降低，及時關小氣換熱器旁路調節門并啟動熱解爐入口電加熱，控制熱解爐入口溫度大于450℃，出口溫度350 ～400℃，確保脫硝系統正常運行。同時，通過投運0 號高加等措施提高排煙溫度，控制脫硝反應器內煙氣溫度在300 ～430℃，避免生成硫酸氫銨堵塞脫硝催化劑、空預器等。第三個NOX數值反映了對外排放量，是環保外排的依據。但因為其與第二測點距離較遠，且第三測點的實際顯示NOX數據落后于第二測點大約3 分鐘左右，所以對于啟停制作粉絲系統后快速生成大量NOX的地方需要超前管理,以防止NOX總量的瞬時超標。（4）預防發電機進相運行。發電機與低負荷發電機在進相運轉之前，均應做好對發電機的極端壓力、定子流量、發電機輸入線圈溫度、無功等參數監測，如果有關參數超過規定，則可進行自動調整無功功率，并提高勵磁，以避免發電機超出其規定的進相運轉范圍。發電機在低負載工作時，為保證10kV 段母接線壓力、380V 段低壓母線電流正常工作，適時提高勵磁，以防止因同時起動10kV 等大容量裝置，導致母接線壓力瞬時降低，10kV、380V 等電子裝置重合閘，事故進一步擴大。

2.2 調峰的深度及運行方式選擇

2.2.1 制粉系統的運行方式

三套制作粉絲系統運行時，可以保證發電機組負載在50%工況下穩定運轉，但制作粉絲系統的出力裕度卻已不夠。如果此時出現制作粉絲系統的斷煤、堵煤等事故，將會影響發電機組的出力，甚至發電機組的安全。所以，當機組負載在40%時應維持四套制作粉絲系統同時運轉。當機組負載降到20%以下時，則應維持三組制作粉絲系統同時運轉且制作粉絲系統之間不允許隔層運轉，否則，爐內的熱負荷散失，引起燃燒狀況惡化。為防止因低負荷或一次平均風機使用少，而造成的一次平均風壓過高，并引起機組搶風或喘振的不平衡情況，應打開一部自備磨煤機入、出風門通氣，以減少一次平均風壓。

2.2.2 循環水系統的運行方式

隨著發電機負載的減小，發電機真空逐漸增加。充分考慮機組經濟效益與安全，可以通過雙背壓切或單背加壓、停用一套循環水泵和調節冷卻塔的配水等方法，適度減小真空，以防止真空原因而引起的機組內震蕩加劇。

2.2.3 機組干濕態的轉換

當發電機負載值下降至30%以下時,發電機組位于“干態”“濕態”邊界,若要求較長時間保持此負載范圍運轉,宜保持發電機組在“濕態”運轉,盡量避免在“干態”“濕態之間的頻頻切換,出現不平衡工況。

3 超臨界機組20%負荷深調運行管理方式優化

3.1 對外加強與電網調度積極溝通，控制減少深調時間

現場操作技術人員要實時了解電網態勢，并主動和調度人員協調溝通，以掌握機組的實際調峰狀況，并盡量減少深度調峰的深度和持續時間。遇有深度調峰運行，要按照國家供電調度指令，并及時告知集團內各有關部門進行發電機組的深度調峰運營準備工作。對發電機組深度調峰運營要以保證安全、報供電、保設備為前提，并按照發電機組設備情況合理調節發電機組的工作方案。

3.2 對內加強技術力量，做好風險點預控措施。

機組深度調峰工作期間，監盤工作人員要集中精神，提高監盤能力，做好對各種儀器的數據分析，對發生的※異常情況也要進行準確診斷并正確處理；另外，因為高壓鍋爐壓力較小，要做好高壓鍋爐突然熄火的事故預測，以防止高壓鍋爐突然熄火的事件進一步擴大。做好對鍋爐受熱面的監測與調節，要尤其重視由于汽壓突然下降，冷卻性能減弱而造成的管壁超溫問題，以避免因受熱面管道的超溫超壓，而導致受熱面泄漏事故的發生。在機組深度調峰工作期間，要保證在各崗位巡回檢查的能力，以實現主要設備問題早發現、早報告、快解決，并防止因小故障、輔助裝置等問題而危及機組深度調峰的工作安全。

4 結語

本文對超臨界機組20%負荷深調運行方式優化進行研究分析，提出了深度調峰的運行控制策略、調峰的深度及運行方式選擇、運行管理方式優化等三方面優化建議及優化方法，希望對今后超臨界機組20%負荷深調優化提供幫助，保證電氣系統的安全正常運行，為保護人民生命財產提供更高的安全保障。