1000MW超超臨界機組深度調峰風險分析和控制策略

文_盛廣玉 徐州華潤電力有限公司

1 設備簡介

銅山華潤2×1000MW燃煤機組的鍋爐設備型號為SG-3044/27.46-M53X，超超臨界參數、直流爐、單爐膛、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構、切圓燃燒方式塔式爐。鍋爐燃燒系統配置6臺ZGM133N中速磨煤機正壓直吹式制粉系統。在30%～100%負荷范圍內以直流方式運行，30%負荷以下，采用帶爐水循環泵的再循環方式運行。汽輪機為超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、凝汽式、雙背壓、八級回熱抽氣汽輪機，汽輪機型號為N1000-26.25/600/600（TC4F）。機組配置2×50%BMCR汽動調速給水泵和一臺啟動用30%BMCR電動調速給水泵。旁路系統采用高、低壓二級串聯旁路，高旁容量為100%BMCR、低旁容量為65%BMCR、再熱器安全閥容量為25%BMCR。

2 深度調峰風險分析

2.1 鍋爐低負荷燃燒惡化

隨著機組負荷降低，爐膛熱負荷隨之下降，煤粉燃燒條件變差，燃燒穩定性和抗擾動能力下降，如發生煤質變差、給煤機斷煤、磨煤機跳閘、風機跳閘等異常情況，極易引發鍋爐滅火。

2.2 燃燒組織受限

由于受單臺磨煤機最低出力限制，負荷降至300MW期間保留2臺，最多不超過3臺磨煤機運行。若發生煤質突變或斷煤、磨煤機跳閘等制粉系統異常，鍋爐燃燒擾動過大，極易發生燃燒惡化和爐膛滅火。

2.3 空預器堵塞和低溫腐蝕

當負荷降至300MW，SCR裝置的入口煙溫隨之降低，催化劑反應活性下降。為達到超凈排放對脫硝效率的要求，噴氨量增大，氨逃逸率上升，煙氣中的SO3與NH3發生化學反應生成硫酸氫銨。而在一定的溫度下，硫酸氫銨呈現高黏性液態，冷凝以后易附著在空預器換熱元件表面，粘住煙氣中的飛灰顆粒，堵塞空預器換熱元件通道，使空預器內通流面積減小，導致空預器阻力增大，從而造成空預器堵塞。低負荷工況下，鍋爐排煙溫度的降低也使空預器低溫腐蝕的可能性大大提高。

2.4 分離器進口管道溫度偏差大

機組低負荷時，由于工質壓力較低，水冷壁質量流速降低，水冷壁水動力穩定性下降，傳熱效果較差，熱偏差增大，導致水冷壁壁溫偏差增大，分離器進口管道溫度接近MFT保護跳閘值，威脅機組安全運行。

2.5 省煤器汽化

為了提高給水溫度，通過技改增加了#0高加，使得低負荷時省煤器進口給水溫度得到大幅提高，當給水溫度的達到省煤器進水壓力下的飽和溫度可能造成省煤器內工質的汽化，造成省煤器金屬受熱面損壞。

2.6 給水流量波動

機組負荷在低負荷時，四抽壓力不能滿足兩臺小機供汽，需將一臺小機汽源切至輔汽帶，輔汽汽源切至冷再供汽，因輔汽和四抽壓力存在壓差和溫差，若切換操作不當，易導致小機出力異常，造成給水流量波動。

2.7 環保參數超標

降負荷過程中，由于燃燒不穩、爐膛煙溫下降、負壓波動等影響因素易造成煙囪入口硫份、氮氧化物、煙塵等環保參數濃度超標。

3 深度調峰控制策略

3.1 提高鍋爐低負荷的穩燃能力

（1）優化制粉系統運行方式

制粉系統的運行方式可以顯著提高鍋爐低負荷穩燃能力，相對于煤粉分散的燃燒，集中燃燒穩定性更強，熱負荷更加集中，低負荷穩燃能力增強。因此在機組深度調峰至300MW期間保持上層D、E、F磨煤機運行，避免制粉系統隔層運行。

（2）一次風量大小的調整

根據給煤量，控制進入磨煤機一次風量在100～110t/h，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；磨煤機風量調整時控制一次風母管壓力不低于8kPa，避免風量過低造成一次風管積粉堵管。

（3）煤粉細度調整

煤粉氣流的著火溫度隨著煤粉細度的降低而降低，同樣的煤粉濃度下，煤粉越細，進行燃燒反應的表面積就越大，煤粉本身的熱阻越小，煤粉越容易燃燒。因此，在保證磨煤機無振動的前提下，盡可能提高磨煤機旋轉分離器的轉速，降低煤粉細度。

（4）氧量調整

鍋爐運行中，爐內合理的氧量有利于提高鍋爐低負荷穩燃能力。在保證固體、氣態可燃物完全燃燒的前提下，可以適當降低氧量運行。試驗表明，當負荷降至300MW，鍋爐總風量控制在1200～1300t/h為宜。

（5）配風調整

針對四角切圓燃燒鍋爐，低負荷時應適當關小周界風開度，降低煤粉著火熱，同時運行磨對應的輔助風擋板合適，不宜過大或過小。可將運行磨周界風開度關至30%，未運行磨組二次風開度關至5%，SOFA、COFA風風門開度在70%,二次風壓力與爐膛差壓維持在300pa左右，燃燒器擺角擺至70%～80%。SOFA、COFA風風門開度根據爐膛出口NOx、二次風壓力與爐膛差壓進行適當調整。

（6）爐底水封監視

深度調峰期間，加強對爐底水封和撈渣機的檢查，做好水位監視，保證爐底水封水位正常，杜絕因水封破壞爐底冷風漏入威脅鍋爐燃燒安全。

3.2 預防空預器堵塞和低溫腐蝕

通過技改增加了#0高加，大大提高了低負荷時的給水溫度，使SCR裝置入口煙溫大大提高，提高了低負荷時SCR催化劑的活性。運行人員在調整噴氨調節閥時，尤其是在低負荷下，在保證煙囪入口NOx排放濃度和脫硝效率達標的情況下，盡量將噴氨量控制理論最小耗氨量附近，不允許長時間維持最大耗氨量運行，同時密切監視氨逃逸率不超過3PPM。

3.3 減小分離器進口管道溫度偏差

據運行試驗和實踐表明，超超臨界鍋爐在低負荷，采用底層磨運行方式時，由于水冷壁輻射吸熱量相對增加，中間點溫度提前，分配集箱進口管道溫度相對提高，距離保護跳閘溫度更近；而采用上層磨運行方式時，爐膛火焰中心上移，水冷壁輻射吸熱量相對減少，工質焓值和過熱度都較低，水冷壁的工質水動力特性相對較好，分配集箱進口管道溫度偏差降低，且分配集箱進口管道溫度偏差減小，距離保護溫度有較大的裕度，保證了機組在低負荷時的安全性。

3.4 避免省煤器汽化

增加了#0高加，在提高給水溫度的同時，增加了省煤器低負荷運行時的安全風險，為避免省煤器汽化，在保證SCR入口溫度滿足催化劑最低允許溫度前提下，降低#0加入口抽汽壓力，保證省煤器入口過冷度在5℃以上。

3.5 保持給水流量穩定

小機切汽源過程盡可能在負荷高時進行，切換汽源時要充分暖管，輔汽至小機電動門在就地采取間斷開啟方式進行操作，并嚴密注意檢查小機進汽調閥動作情況，小機轉速、流量穩定，防止在切換過程中輔汽和四抽串汽造成小機不出力，導致給水流量低保護動作。深度調峰過程中，當機組負荷降至400MW時，應手動逐漸將兩臺汽泵再循環調閥全開，調整過程中不宜大幅增減給水流量，保證過熱度和省煤器過冷度穩定。當負荷降至350MW時，當兩臺汽泵運行時，即使兩臺汽泵再循環調閥全開，給水指令已降至0，所以在負荷降至400MW，須先行退出一臺汽泵運行。

3.6 控制環保參數不超標

（1）防止硫份濃度超標

深度調峰期間，負荷低，煤種的硫份低，要提前向環保部門報備，避免因煙囪入口SO2到0造成環保考核事件發生。

（2）防止NOx濃度超標

在保證汽輪機應力裕度的前提下，盡量提高主、再熱氣溫，將燃燒器擺角適當上擺，提高火焰中心位置高度，提高爐膛出口煙溫，維持SCR入口煙溫在最低跳閘值之上；密切監視脫硝入口煙溫變化情況，保證SCR入口煙溫291℃以上，噴氨控制自動調節不靈敏時及時切至手動，保證煙囪入口NOx不超標。

（3）防止煙塵濃度超標

降負荷過程中保證爐膛風量、引風機運行穩定，避免爐膛負壓出現大幅波動，同時加強電除塵進、出口溫度監視，防止因煤粉不完全燃燒，煤粉在電除塵內部堆積，造成二次燃燒事故和煙塵排放濃度超標。

4 結束語

通過對超超臨界機組在深度調峰過程中存在的安全風險進行分析，并針對安全風險制定相應的控制策略，能夠大大降低深度調峰帶來的安全風險。然而，由于機組先天設計等因素，仍然存在設備低負荷下適應性差的問題，制約其深度調峰能力，如何從機組自身設備出發，尋求適合機組自身特點的安全、經濟運行方案也是各火電廠需要關注的重點。