600MW亞臨界“W”型鍋爐深度調(diào)峰技術(shù)研究

李寧佳

【摘 要】隨著電力市場供需關(guān)系的急劇轉(zhuǎn)變，為適應(yīng)電網(wǎng)需求，火力發(fā)電廠也面臨著許多新的挑戰(zhàn)。本文以貴州黔東電力有限公司600MW亞臨界“W”型鍋爐深度調(diào)峰技術(shù)作為研究對象，針對深度調(diào)峰的各種工況開展討論，并從各個階段的準備和實施加以解析，希望此研究能為同類機組操作人員帶來一定啟發(fā)。

【關(guān)鍵詞】深度調(diào)峰;節(jié)油;安全

引言

貴州黔東電力有限公司（以下簡稱黔東電廠）坐落于黔東南州鎮(zhèn)遠縣黔東經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，其地理位置臨近湖南省新晃縣，#1/2發(fā)電機出口由主變升壓至500kV后經(jīng)艷山紅變電站輸送至華中電網(wǎng)向湖南省境內(nèi)湘西及中部供電。因輸電線路通道受限和湖南電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特性，導(dǎo)致峰谷負荷偏差較大，機組運行期間深度調(diào)峰已趨于常態(tài)化，2018年度雙機累計深度調(diào)峰148臺/次，啟停調(diào)峰4臺/次。隨著電力市場供需關(guān)系變化，西電東輸政策穩(wěn)步實施，黔東電廠的機組調(diào)峰頻次只會有增無減，并有由夜間調(diào)峰發(fā)展至白天、深度調(diào)峰發(fā)展到啟停調(diào)峰的趨勢，至此對機組安全和運行調(diào)整難度提出了更高要求。

深度調(diào)峰泛指火力發(fā)電廠所帶負荷低于機組設(shè)計的最低穩(wěn)燃負荷，目前我國火電廠最低穩(wěn)燃負荷設(shè)計值一般在50%額定負荷左右。當調(diào)度下達的負荷指令曲線低于機組的最低穩(wěn)燃負荷，機組即進入深度調(diào)峰工況。深度調(diào)峰過程中機組運行參數(shù)較設(shè)計值偏差大，爐膛熱負荷維持在較低水平，抗擾動能力差，如操作調(diào)整不當或參數(shù)控制不穩(wěn)，極易導(dǎo)致鍋爐滅火事故發(fā)生。為了保證爐膛燃燒安全，大多數(shù)火電企業(yè)會采用投油穩(wěn)燃的方法，有的爐型安裝有等離子點火裝置，會投運該裝置進行穩(wěn)燃，以達到保障爐膛燃燒安全的目的。

1 概述

黔東電廠鍋爐采用的是由東方鍋爐廠引進福斯特·惠勒公司技術(shù)設(shè)計制造，型號：DG2028/17.45-Ⅱ3，型式：亞臨界壓力，一次中間再熱自然循環(huán)，雙拱形單爐膛，“W”型火焰燃燒方式汽包爐;尾部雙煙道結(jié)構(gòu)，采用煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫;固態(tài)排渣，全鋼、全懸吊結(jié)構(gòu)，平衡通風，露天布置;在省煤器出口與空預(yù)器入口之間布置有脫硝SCR反應(yīng)器，SCR催化劑預(yù)留一層為2+1結(jié)構(gòu)，催化劑型式為蜂窩式;配有雙進雙出磨煤機正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配濃縮型雙旋流燃燒器;鍋爐尾部豎井煙道下設(shè)置2臺三分倉容克式空預(yù)器，適用于無煙煤的燃燒，在燃用平均揮發(fā)份11-15%，全水分不大于8%的煤種時，最低穩(wěn)燃負荷不大于額定負荷的45%。

1.1黔東電廠鍋爐燃燒系統(tǒng)組成：

1.1.1 制粉系統(tǒng)：

每臺鍋爐制粉系統(tǒng)配備6套雙進雙出鋼球磨正壓直吹式制粉系統(tǒng)，分別在1號鍋爐1B、1D、1E磨煤機;2號鍋爐2C、2E、2F磨煤機驅(qū)動端與非驅(qū)動端進口一次風管道處各安裝一只自動啟閉式防爆門。每套系統(tǒng)由1臺雙進雙出磨煤機、2臺電子稱重給煤機、2臺煤粉分離器、6只煤粉燃燒器及相應(yīng)的連接管道、控制風門和相關(guān)傳感器組成。

1.1.2 煤粉燃燒器：

煤粉燃燒設(shè)備采用雙拱絕熱爐膛、雙旋風煤粉燃燒器，在鍋爐下爐膛前、后拱上各18支燃燒器，共有36支，所有煤粉燃燒器沿長邊前后墻對沖方式布置在同一水平面上（見附圖1）。

1.1.3 油燃燒器：

每支煤粉燃燒器配置1支高效氣體爆炸霧化QS500油槍，共36支，油槍出力在150～600kg/h范圍內(nèi)可調(diào)整，油槍的使用油壓為0.3～0.8MPa，霧化氣采用壓縮空氣為氣源，氣壓≥0.5MPa，油槍使用燃料為0號輕柴油。

1.2 深度調(diào)峰過程中影響燃燒穩(wěn)定性的因素分析：

黔東電廠鍋爐爐膛長42米、寬8米，所有燃燒器水平布置在同一個水平面上，煤粉氣流的穩(wěn)燃主要依靠左右、前后墻相鄰火嘴提供。單個粉管雖配有雙旋風煤粉燃燒器形成兩個噴口起到相互引燃作用，但機組深度調(diào)峰期間隨著煤粉濃度及爐膛溫度的降低，使單個燃燒器運行的穩(wěn)定性急劇變差，實際燃燒調(diào)整過程中需要幾個不同的火嘴組合，沿爐膛長邊方向形成多個高溫穩(wěn)燃區(qū)，實現(xiàn)爐內(nèi)熱量分布均勻，煤粉氣流著火穩(wěn)定，鍋爐兩側(cè)汽溫偏差小的目的。

燃燒輔助調(diào)節(jié)機構(gòu)，如：二次風A/B/D/E擋板、乏氣風、消旋葉片因維護困難現(xiàn)已停止使用，改為手動擋板、固定開度只針對冬/夏兩季工況進行針對性調(diào)整，這里不再闡述，如果復(fù)用，對調(diào)節(jié)余量還將有較大挖掘潛力。

影響調(diào)峰負荷深度的主要參數(shù)：爐膛出口煙氣溫度、全大屏過熱器管壁金屬溫度、煤燃燒器火檢信號強度、一、二次熱風溫度、運行磨煤機出口風粉溫度、運行磨煤機容量風開度、運行磨煤機停運煤火嘴數(shù)量、爐膛負壓波動情況、SCR反應(yīng)器入口煙氣溫度、SCR反應(yīng)器入口Nox濃度?？偨Y(jié)上述參數(shù)在歷次調(diào)峰過程中的讀數(shù)，反復(fù)比較可以得出鍋爐的安全運行的負荷區(qū)間，為是否需要投油穩(wěn)燃提供參考依據(jù)。

2 深度調(diào)峰工況的實施：

2.1 深度調(diào)峰前的準備：

2.1.1 提前8小時聯(lián)系輸煤向原煤倉上高揮發(fā)份煤種，確保機組深度調(diào)峰期間能燒到。

2.1.2 調(diào)峰前合理安排磨煤機運行方式，確保低負荷階段揮發(fā)分相對較高的磨煤機運行。

2.1.3 根據(jù)計劃負荷曲線確定合理的吹灰方式。

2.1.4 聯(lián)系檢修消除影響鍋爐深度調(diào)峰工況運行的缺陷。

2.1.5 切換磨煤機運行，將磨煤機運行方式調(diào)整到最佳。

2.1.6 調(diào)整磨煤機分離器開度，降低磨煤機出力的同時能保證足夠的煤粉濃度及細度。

2.1.7 停運省煤器聲波吹灰器，提高SCR反應(yīng)器入口煙氣溫度。

2.1.8 安排專人監(jiān)視調(diào)整汽包水位及主汽溫度。

2.2 降負荷至300MW：

2.2.1 根據(jù)調(diào)度AGC指令或計劃負荷曲線降負荷至300MW，待參數(shù)穩(wěn)定后對記錄當前工況各參數(shù)值，對比最低穩(wěn)燃試驗中各項參數(shù)或近期深度調(diào)峰時各參數(shù)，分析得出本次調(diào)峰不投油穩(wěn)燃負荷大致區(qū)間。

2.2.2 控制主蒸汽壓力至滑壓曲線靠下限運行，便于后期進一步降低機組負荷。

2.2.3 對空預(yù)器吹灰系統(tǒng)暖管疏水，檢查空預(yù)器吹灰系統(tǒng)良好備用，負荷低于300MW或投油期間投入連續(xù)吹灰。

2.2.4 全開熱二次風再循環(huán)門，提高二次風溫。

2.3 深度調(diào)峰負荷區(qū)間270-300MW：

2.3.1 機組白天最高負荷低于機組容量500MW，或前一日已經(jīng)進行調(diào)峰或連日都有調(diào)峰記錄，即預(yù)判為夜間需要繼續(xù)深度調(diào)峰，并按該方式進行準備。白班聯(lián)系輸煤暫停兩個原煤倉的加倉，并對上述原煤倉安排進行降倉工作，確保騰出100噸以上容積以便添加高揮發(fā)份煤種（單側(cè)原煤倉按料位不超過褲衩位控制，估算容積為150噸），優(yōu)先選用兩臺安裝防爆門的磨煤機（#1爐1B、1D、1E;#2爐2C、2E、2F）單側(cè)加倉高揮發(fā)份煤種。根據(jù)SCR入口煙溫及機組負荷情況，確定鍋爐吹灰方式（鍋爐吹灰方式分三種，分別對應(yīng)高、中、低負荷使用）。晚班機組計劃負荷下達后，值長根據(jù)實際情況確定對降倉的單側(cè)原煤倉加高揮發(fā)分的煤種，加倉量根據(jù)調(diào)峰深度和時長進行確定。機組深度調(diào)峰期間，根據(jù)燃燒情況，對燃燒器運行方式及配風方式進行調(diào)整，保證鍋爐在較保守安全的工況下運行。

2.3.2 機組負荷270-300MW，應(yīng)采用四臺磨煤機運行方式，依據(jù)鍋爐特性不同：#1爐盡量保持B/E運行，#2爐可保留磨煤機出口溫度較高的進行組合搭配。根據(jù)調(diào)度令退出AGC，將機組控制方式保持在“協(xié)調(diào)模式”下，根據(jù)磨煤機出力及出口溫度及時關(guān)小磨煤機分離器擋板（最小可關(guān)至20%），逐漸個停運煤燃燒器，停運數(shù)量達到4只或以上時檢查主汽壓力開始下降，手動降低負荷至調(diào)度下達的目標值。根據(jù)實際情況，優(yōu)化燃燒器運行方式、配風方式、制粉系統(tǒng)出力及二次風擋板，監(jiān)視爐膛出口兩側(cè)溫度穩(wěn)定在安全范圍（#1爐800±20℃、#2爐750±20℃）。

2.4 深度調(diào)峰負荷區(qū)間240-270MW：

2.4.1 如調(diào)峰深度達240MW，#1爐必須保持B/E磨運行，#2爐需確保運行磨煤機出口溫度均在90℃以上，否則需提前投油穩(wěn)燃。

2.4.2 進一步停運煤燃燒器（最多到6只），設(shè)定一次風機出口風壓至最低6.6kpa，調(diào)整運行磨煤機分離器壓力至最低3.0kpa。停運燃燒器前，要考慮燃燒器的分布情況、該燃燒器所處區(qū)域熱負荷強度，確保燃燒器停運后不會影響燃燒穩(wěn)定，否則，該區(qū)域先投油，后停運燃燒器，待燃燒工況好轉(zhuǎn)后，根據(jù)實際情況減少油槍運行數(shù)量，降低深度調(diào)峰耗油。

2.4.3 深度調(diào)峰過程中如配煤和燃燒調(diào)整得當，在250MW以上都無需投運油槍，在燃用煤揮發(fā)份15%以上，全水分6%以下煤種時，甚至可以達到降負荷至240MW仍無需投油。

2.4.4 機組深度調(diào)峰期間燃燒惡化或穩(wěn)定性下降時，需要投運油槍或繼續(xù)增投油槍的條件：煤火檢局部強度減弱或某個火檢消失（用SIS系統(tǒng)做為輔助監(jiān)視手段）;火焰電視亮度減弱或局部閃爍;鍋爐氧量上升（風煤比未做調(diào)整的情況下出現(xiàn)上升）;屏過管壁金屬溫度下降（測點各溫度出現(xiàn)連片下降，且有低于380℃的趨勢）;爐膛出口溫度持續(xù)下降（#1爐降至750℃、#2爐降至700℃）;SCR反應(yīng)器入口煙氣Nox濃度值上漲超過100mg/m3仍有上升趨勢時。注意以上6種情況出現(xiàn)任意2種，應(yīng)立即投入油槍穩(wěn)燃，停止降負荷，適當增加燃料量提高煤粉濃度，如已有油槍在運行，則應(yīng)繼續(xù)增加2-3支油槍穩(wěn)燃。

2.4.5 油槍投入位置選擇：油槍運行數(shù)量≥3支時優(yōu)先確保有一個“油層在服務(wù)”條件滿足;優(yōu)先選擇出力較大、運行火嘴數(shù)量多且火檢信號飽滿的一臺磨煤機投油;投油位置優(yōu)先選擇兩個火嘴并列且前后墻有對沖運行的煤燃燒器;汽包水位兩側(cè)出現(xiàn)偏差時優(yōu)先在水位高一側(cè)投油;單個煤火檢信號強度差時，投入該火嘴對應(yīng)油槍;優(yōu)先在“2.4.3”中列舉條件變差位置投油。

2.5 深度調(diào)峰至240MW以下：

如原煤熱值較高，四臺磨煤機運行出力降至最低，停運火嘴數(shù)≥6只仍不能滿足調(diào)峰降負荷需求時，可根據(jù)情況停運一臺磨煤機，保留三臺磨煤機。但注意此時#1/2爐磨煤機運行方式均必須為A/B/E、A/B/F、A/E/F、B/E/F。降負荷初期穩(wěn)燃油槍會有3-5支，降負荷到位燃燒穩(wěn)定后可逐步退出油槍，保持燃燒較弱處1-2支油槍運行。為了達到節(jié)油目的，可聯(lián)系燃運降低燃油壓力至0.4Mpa減少燃油消耗。

最極端的情況下調(diào)峰深度可達200MW。此時燃料量同上述三臺磨煤機運行，投運油槍數(shù)不低于3支并為同一油組，保證至少一個“油層在服務(wù)”條件滿足，同時調(diào)出爐膛中部運行煤火嘴對應(yīng)的2支油槍備用。降負荷可依靠開啟高低旁來控制，降負荷前將一臺汽動給水泵退出并列，維持轉(zhuǎn)速3100rpm旋轉(zhuǎn)備用，逐漸開大高旁路減壓閥30-40%，負荷仍大于200MW，可開啟低旁減壓閥5-10%開度，注意再熱蒸汽壓力不低于1.2Mpa以保障輔汽聯(lián)箱供汽需求。調(diào)峰過程中必須單獨安排有經(jīng)驗的專人監(jiān)視汽包水位和汽溫。

3 深度調(diào)峰過程中的注意事項：

3.1 發(fā)現(xiàn)燃燒不穩(wěn)，立即投入油槍穩(wěn)燃，停止降負荷，查明原因調(diào)整穩(wěn)定后方可繼續(xù)降負荷。

3.2 脫硝入口煙氣溫度不得低于315℃，否則停止降負荷。

3.3 汽包水位發(fā)生大幅波動或兩側(cè)水位偏差大于150mm，停止降負荷，調(diào)整燃燒正常后方可繼續(xù)降負荷。

3.4 發(fā)生主汽壓力上升，停止降負荷，調(diào)整燃料量待主汽壓力下降后方可繼續(xù)降低負荷。

3.5 機組降負荷期間，先減風量，后減燃料量。

3.6 機組降負荷及燃燒不穩(wěn)期間，專人監(jiān)視及調(diào)整汽包水位，并保證減溫水差壓在正常范圍內(nèi)，監(jiān)控主再熱汽溫在正常范圍。

3.7 油槍操作對話框調(diào)出備用隨時準備投入，發(fā)生燃燒不穩(wěn)時優(yōu)先投運燃燒較差區(qū)域或中部火嘴相對集中具有穩(wěn)燃效果區(qū)域的油槍，有利于防止煤粉火嘴脫火面積擴大。

3.8 各運行磨煤機分離器壓力不低于2.8kPa，煤粉管道風速不低于18m/s。

3.9 深度調(diào)峰期間，嚴格按照滑壓曲線（靠下限）控制主汽壓力，盡量提高再熱汽溫，保證汽輪機的運行安全。

3.10 深度調(diào)峰期間，降負荷先減送風再減燃料，加負荷先加燃料再加送風。

3.11 深度調(diào)峰期間，負荷在270MW以上時爐膛出口氧量控制3.0-4.0%;負荷在270MW及以下時爐膛出口氧量控制：2.8-3.8%。

4 結(jié)論

黔東電廠2018年度完成148臺/次機組深度調(diào)峰（2017年95臺次），其中4次啟停機調(diào)峰（2017年1次），整個過程安全可控;嚴格控制油槍使用時間，精細調(diào)整燃燒和配風，提前摻配高揮發(fā)分煤種，優(yōu)化磨煤機及煤粉火嘴運行方式，在大幅減少調(diào)峰耗油上取得顯著效果，全年深度調(diào)峰燃油單耗0.15噸/萬kWh（去年為0.3噸/萬kWh），同比節(jié)油440噸，節(jié)約費用339萬元。鍋爐深度調(diào)峰技術(shù)的研究可以實現(xiàn)安全與經(jīng)濟的雙贏，在火力發(fā)電競爭日趨激烈的環(huán)境下，對鍋爐深度調(diào)峰技術(shù)研究優(yōu)于同行，就意味著帶來更低的經(jīng)營成本和更好的安全效益。

（作者單位：貴州黔東電力有限公司）