極寒地區(qū)600MW超臨界直流空冷機組冬季深度調峰運行

李亮

摘要：隨著新能源裝機容量的不斷增加，我國的電力市場發(fā)生了明顯的變化，為適應電力供應的新形勢，保障電網安全，提高再生能源消納水平，促進節(jié)能減排，火電機組的深度調峰是必然趨勢，且深調幅度、頻次會越來越大，機組在深度調峰時存在較大風險，尤其是在極寒地區(qū)。本文就極寒地區(qū)600MW臨界直流空冷機組冬季深度調峰中存在的風險進行分析，并提出了相應的措施。

關鍵詞：極寒地區(qū)；深度調峰；空冷

DOI：10.12433/zgkjtz.20241253

2017年，某省啟動了《電力輔助服務市場運營規(guī)則》，《規(guī)則》規(guī)定，機組在非供熱期負荷率必須低于48%，供熱期負荷率必須低于50%，方可獲得實時深度調峰交易補償，否則將會產生分攤考核。隨著近幾年新能源裝機容量的不斷增大，電網要求機組參與深調的頻次、幅度不斷增加。某公司鍋爐不投油最低穩(wěn)燃負荷率45%，獲得補償?shù)呢摵煽臻g非常有限。在每年第一、四季度，該區(qū)域風電出力較大，若機組無法按照電網要求深調，不僅會產生分攤考核，機組也極大可能被調停。為提高機組的盈利能力，必須最大限度地降低機組負荷率，然而，在深調期間，機組的安全運行存在較大風險。

一、冬季機組深度調峰的風險

冬季機組深調時，在機組未進行相應的技術改造前，主要依靠運行操作調整來確保機組的安全穩(wěn)定運行。因此，人的因素尤為重要。風險分析及制定相應的措施，能夠極大地避免運行操作導致的不安全事件，保證機組的可靠性與安全性。

（一）人為風險

由于監(jiān)盤人員的技術水平不足、操作不當或監(jiān)盤不仔細，設備缺陷異常發(fā)現(xiàn)不及時，不安全事件時有發(fā)生。

（二）汽機專業(yè)風險

1.冬季機組供熱，長時間深調，空冷進汽量大幅度減少，環(huán)境溫度低，空冷風機調整全部手動進行，空冷翅片管凍結的風險增加。

2.冬季機組長時間深調，加之受供熱抽汽的影響，低壓缸進汽量減少，排汽溫度升高，引起汽輪機振動增大。

3.機組深調期間，由于主汽壓力降低，汽輪機各段抽汽壓力隨之下降，各加熱器因疏水不暢，液位不正常上漲，加熱器因液位高風險增加。

（三）鍋爐專業(yè)風險

在深度調峰的過程中，四臺制粉系統(tǒng)運行，燃燒器的出口煤粉濃度較低，導致相互支持的效果較差、火檢不穩(wěn)定。同時，隨著燃料量的減少和爐膛溫度的降低，其燃燒的安全裕量大幅下降。燃燒穩(wěn)定性和抗擾能力降低，如：發(fā)生煤質突變、磨煤機跳閘、風機跳閘等異常，極易引發(fā)鍋爐滅火。同時，人員調整不當、投油不及時等人為因素也極易造成鍋爐滅火的情況。

在機組深調時，由于爐膛熱負荷的不斷降低，SCR入口煙氣溫度會持續(xù)下降，導致煙氣溫度低于脫硝催化劑的允許溫度，使SCR退出運行，氮氧化物排放無法控制，機組被迫停運。

在進行深度調峰時，爐膛出口的氮氧化物生產量大幅增加，凈煙氣氮氧化物排放量的控制率較差，導致氮氧化物小時均值超標。

機組長時間深調時，導致空預器堵塞。機組深調，氮氧化物大量生產，為控制其小時均值不超標，噴氨量會隨之增加，氨逃逸率會不可避免地超過允許值；排煙溫度會降低，極易發(fā)生空預器硫酸氫銨跨層板結或冷端硫酸結露積灰，導致堵塞。

當機組的負荷低于45%時，其控制方式就會發(fā)生改變，原本許多自動調節(jié)的方式都會改變至手動調節(jié)，特別是在干濕狀態(tài)的裝換過程中，貯水箱水位、燃料量、給水量、主再熱汽溫全部變?yōu)槭謩诱{節(jié)，極易發(fā)生煤水比失調、水冷壁超溫、甩汽溫、貯水箱滿水等異常事件。

送、引風機和一次風機低負荷并列運行，受煙道阻力變化或動（靜）葉角度過小時，極易發(fā)生失速和喘振。

（四）其它風險

深調調峰期間，燃燒不充分，加之鍋爐投油穩(wěn)燃，未完成燃燒的產物堆積在空預器及電除塵處，再燃燒的風險增加。同時，電除塵陰極線、陽極板積灰增加，除塵效率降低，凈煙氣煙塵排放濃度升高，導致煙塵小時均值超標。

二、增加冬季深度調峰可靠性的措施

深度調峰期間，應根據(jù)設備和機組狀態(tài)，在安全、環(huán)保的前提下，合理分配機組負荷，兼顧經濟性。首先，深度調峰時機組在“基本方式”下運行，在AGC方式下退出運行，不得投入“協(xié)調”或“機跟隨”的方式。其次，根據(jù)不同的時期，通過試驗確定機組深調的最低負荷。比如：在供熱中期，環(huán)境溫度是冬季最冷時期，深調幅度較小。供熱前、末期環(huán)境溫度相對高，深調幅度大。最后，根據(jù)分析的風險制定相應的措施。

（一）人為風險的應對措施

深度調峰前，進行深調措施的學習和開展仿真機演練，以及深調操作和事故應急處理演練，可確保監(jiān)盤人員熟練掌握深調各項操作，應對突發(fā)異常。深度調峰期間，應保證至少3名監(jiān)盤人員，監(jiān)盤人員必須精力高度集中，以提高監(jiān)盤質量，加強對各儀表的分析，對異常情況作出正確判斷，進行參數(shù)的對比分析，提前預判可能出現(xiàn)的異常并及時處理。操作過程要平緩，不得大幅度調整，同時，要加強操作過程的監(jiān)護，保證各項操作準確無誤。機組深度調峰期間，應加強對機組的全面檢查，加強對瓦溫、振動、脹差、軸向位移、各加熱器水位等參數(shù)的監(jiān)視，爐側應加強爐膛負壓、總煤量、火檢和火焰電視、風機電流、給水流量等參數(shù)的監(jiān)視。

（二）汽機專業(yè)風險的應對措施

1.空冷防凍

了解全網出力、火電機組出力、新能源發(fā)電預測曲線、用電負荷、省網外送負荷以及節(jié)假日的情況，結合環(huán)境溫度，提前退出一列空冷運行。深調期間，隨著負荷降低，空冷進汽量減少，應及時對空冷進行回暖，空冷回暖效果不好時，根據(jù)空冷的疏水溫度，逐漸關閉空冷擋風裝置。回暖效果仍無效時，應啟動備用真空泵，保持兩臺及以上真空泵運行。同時，再退出一列空冷運行。可開啟高低旁增加空冷進汽量，保證空冷的安全運行。由維護人員對翅片管加裝苫布。

2.低壓缸排汽溫度高

深調前，試驗低壓缸噴水減溫調閥跟蹤正常，當?shù)蛪焊着牌麥囟瘸^規(guī)定值時，應適當開啟低壓缸噴水減溫，控制排汽溫度不超限。當?shù)蛪焊诇p溫水閥門全開后，低壓缸排汽溫度繼續(xù)上漲時，應提升凝結水泵電機頻率，提高凝結水母管壓力。其間要特別注意，雖然排汽溫度因噴水溫度下降，但低壓缸由于蒸汽量的減少而未能帶走摩擦產生的熱量，內部較高的蒸汽溫度仍未消除。因此，應重點監(jiān)視汽輪機的振動，盡快提高機組負荷。

3.加熱器液位高

深調開始后，適當降低各加熱器疏水調閥設定值，以維持較低的加熱器液位，期間發(fā)現(xiàn)液位上漲或波動時，應及時開啟事故疏水閥，維持液位穩(wěn)定。

（三）鍋爐風險的應對措施

1.燃燒不穩(wěn)定

準備好能夠達到設計煤種的燃煤。合理安排制粉系統(tǒng)的運行方式，考慮穩(wěn)燃、干濕態(tài)轉換、10kV母線接線等原因，優(yōu)先采用B、C、D、F制粉系統(tǒng)運行方式。深調前，對全部油槍展開試運，確保油槍可靠備用。深調調峰期間，當火檢頻繁閃爍，火焰電視發(fā)現(xiàn)燃燒有明顯減弱的趨勢，且氧量有明顯上升趨勢，主蒸汽壓力下降較快，爐膛壓力波動達到正負200Pa時，應立即投入油槍穩(wěn)定燃燒，然后減小磨煤機入口的一次風量、提高磨煤機出口溫度。如果爐膛負壓大幅波動，有特別明顯的滅火預兆時，嚴禁投入油槍穩(wěn)燃，應做好爐膛滅火事故預想。

2.SCR入口煙氣溫度低

風機入口暖風器未投入時應及時投入，若暖風器已投入運行，則應提高暖風器供汽量及風機入口風溫。在確保燃燒穩(wěn)定的前提下，盡量啟動上層制粉系統(tǒng)，并提高磨煤機出口的風粉混合物溫度。

3氮氧化物排放超標

控制SCR入口氮氧化物的生產量，在維持爐膛風箱差壓的前提下，降低鍋爐氧量，低氧燃燒，同時開啟燃盡風擋板，調整二次風擋板位置，采用倒三角配風方式，降低氮氧化物的產生；在確保燃燒穩(wěn)定的前提下，制粉系統(tǒng)可采用隔層的方式運行，降低主燃燒區(qū)溫度。調整噴氨量，根據(jù)氧量、SCR入口氮氧化物的變化提前調整噴氨量。

4.空預器堵塞保證來煤煤質，燃用含硫量低的煤。按照上述防止氮氧化物排放超標的措施，降低氮氧化物的生成，減少噴氨量，降低氨氣逃逸率，防止硫酸氫銨跨層沉積。及時投入暖風器，控制空預器冷端綜合溫度，防止空預器冷端硫酸結露積灰和低溫腐蝕。

5.干濕態(tài)轉換控制

負荷低于240MW并持續(xù)降低時，鍋爐準備轉為濕態(tài)運行，控制省煤器入口流量在700～800t/h（約33.3t/h每10MW負荷），逐漸降低給煤量。當過熱度降至0℃時，開啟鍋爐貯水箱溢流電動門，控制水煤比在6.3左右。當貯水箱水位上漲至10m時，啟動爐水循環(huán)泵運行，將貯水箱溢流調門投入水位自動控制，逐漸開啟爐水泵出口調門至35%～45%穩(wěn)定，降低給水泵出口流量，保持省煤器入口流量在700～800t/h之間，濕態(tài)燈亮起后，鍋爐轉為濕態(tài)運行，給水流量穩(wěn)定后，開啟爐水泵過冷水電動門。根據(jù)負荷要求，緩慢降低給煤量、給水泵流量，維持主汽流量、給水泵流量、省煤器入口流量三者之間的平衡以及貯水箱溢流調門開度在10%～20%。深調結束后，機組加負荷至210MW，鍋爐轉為干態(tài)運行，采用先加煤后加水的模式，以約1.2t/min的速率緩慢加煤提高過熱度，逐漸關閉爐水泵出口調門，增加給水流量，使其與主汽流量偏差在20～30t/h并保持，省煤器入口流量維持在700～800t/h之間，給煤量145t/h左右，水煤比在5左右，待爐水泵出口調門全部關閉，再循環(huán)門自動開啟，關閉爐水泵過冷水電動門，逐漸增加給煤量，使過熱度大于5℃，貯水箱液位降低至1m，手動停止爐水泵運行，干態(tài)燈亮起后，鍋爐轉入干態(tài)運行。

干濕態(tài)轉換過程中，機組負荷低于300MW，并準備深調時，調整水煤比、煙溫擋板開度，降負荷過程中主、再熱汽溫同時按照小于1℃/min緩慢降低至535℃左右。轉濕態(tài)時，緩慢降低給煤量，解除減溫水調門自動，逐漸將其全部關閉，再熱汽溫同時配合煙溫擋板開度進行調整，主、再熱汽溫下降較快時，立即停止操作，適當增加給煤量，待穩(wěn)定后再繼續(xù)轉態(tài)。轉干態(tài)時，由于爐水循環(huán)泵出口流量減少，給水流量增加，水冷壁吸熱增加，主再熱汽溫會有先下降后上升趨勢，因此，先增加給煤量，后緩慢減少爐水泵出口流量，待主、再熱汽溫下降趨勢平緩時，控制好水煤比，監(jiān)視鍋爐水冷壁壁溫、折焰角溫度，溫度上升較快，暫停增加給煤量，轉態(tài)期間盡量控制過熱度不超過15℃，否則水冷壁會發(fā)生超溫事件。轉換期間，操作一定緩慢，避免干態(tài)和濕態(tài)來回轉換。若轉換期間由于減溫水、給水流量控制不當、貯水箱滿水以及其它異常導致主再汽溫10分鐘下降 50℃時，果斷打閘停機。

機組深度調峰時，通風總風量偏置設定，保持鍋爐風量 960t/h（41%BMCR總風量），使鍋爐風量不小于20%BMCR總風量（MFT動作值）。通過關小附加風和停運制粉系統(tǒng)對應燃料風、輔助風擋板保證二次風箱壓差。手動緩慢調整二次風擋板、制粉系統(tǒng)冷熱風調門，在調整送、引風機和一次風機時，要控制兩臺風機均勻匹配降低出力，密切監(jiān)視風機電流，當發(fā)現(xiàn)電流偏差大于5A并且電流波動較大情況下，及時進行風機電流調整，停止減負荷操作。加強監(jiān)視風機動葉或靜葉開度，開度小于5%時，及時提高總風量偏置或者風壓偏置，根據(jù)總煤量及時停止制粉系統(tǒng)運行，提高動靜葉開度。鍋爐投油穩(wěn)燃時，及時投入尾部煙道和空預器吹灰，減小煙道阻力。加強對送風、一次風機入口處檢查，有異物及時清理。冬季大霧天氣，及時清理送風機入口濾網結霜，春季大風天氣，及時清理送風、一次風機入口濾網掛積雜物，避免堵塞。冬季加強暖風器測溫工作，防止暖風器漏水及凍結造成風道堵塞。

（四）其它風險對應措施

機組深調投油穩(wěn)燃時，投入尾部煙道、空預器乙炔連續(xù)吹灰；將電除塵陰陽極振打方式修改為連續(xù)振打運行；深度調峰前1小時，將電除塵器整流變電流極限提高至 80%以上；深度調峰期間，如煙塵濃度無法維持10mg/Nm3以下運行時，停止四電場陰陽極振打，開啟吸收塔除霧器沖洗水門，啟動第三臺漿液循環(huán)泵運行，注意吸收塔液位監(jiān)視和調整，當吸收塔液位升至 8.7米時，向事故漿液箱排漿。

三、調峰后效果

通過試驗，在無增加任何經濟投入、無任何設備改造的前提下，實現(xiàn)了鍋爐在無助燃方式下深調至35%額定負荷（210MW）。機組負荷繼續(xù)深調時，機組轉態(tài)，需投入一支油槍穩(wěn)燃，最低深調至21%額定負荷（126MW），機組各參數(shù)穩(wěn)定，無偏離設計值，機組可以安全穩(wěn)定長時間運行，滿足電網需求，極大提高機組獲得補償?shù)呢摵煽臻g。

參考文獻：

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