淺析600MW亞臨界燃煤機組深度調峰運行

摘 要：因國家政策及現階段電力市場需求導向，各火力發電機組特別是大容量機組參與深度調峰已顯常態并成為未來發展趨勢，本文針對某廠600MW亞臨界燃的煤機組30%額定容量下深度調峰運行情況進行分析總結，就大容量機組參與深度調峰的運行工況特點及注意事項進行了梳理，探討深度調峰對大容量機組帶來的不利影響，以期為同類機組深度調峰改造及運行提供參考和借鑒。

關鍵詞：600MW亞臨界 燃煤機組 深度調峰

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2018）05-0-02

按照《國家發改委、國家能源局關于印發<可再生能源調峰機組優先發電實行辦法>的通知》（發改運行[2016]1558號）規定，如果一臺機組被認定為可再生能源調峰機組，本臺機組退出市場電量交易，在后續年份中將獲得不低于上年火電平均利用小時的基礎電量計劃，可避免激烈的市場電量交易競爭，為企業帶來可觀經濟利益[1] 。

為此，我國各地各電力企業及一些相關技術聯盟等學術機構積極組織開展深度調峰技術研討、通過研究設備升級改造、機組靈活性改造，保機組調峰能力能滿足電網需求，以便早日享受政策紅利。某廠在深入研究其機組調峰能力的基礎上，搶抓先機，積極主動聯系經信委開展可深度調峰機組認定工作，在2018年初其1號發電機組已被省經信委認定為可再生能源調峰機組。

一、基本概況

該廠汽輪機為哈爾濱汽輪機廠有限責任公司生產，型號NZK600-16.7/538/538，型式為亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、直接空冷凝汽式；鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責任公司引進美國ABB-CE燃燒工程公司技術設計制造的亞臨界、一次中間再熱、單爐膛、正壓直吹、四角切圓、平衡通風、干排渣、Π型半露天布置、全鋼構架、懸吊結構、控制循環汽包鍋爐，型號為：HG-2080/17.5-YM9； 采用六臺中速輥式磨煤機，型號ZGM113G型。除灰為雙室五電場電除塵，脫硫為FDG濕法脫硫，脫硝系統采用選擇性催化還原法（SCR）脫硝工藝，以液氨為還原劑。每臺鍋爐布置兩臺SCR反應器，催化劑的型式采用蜂窩式，設計為三層。機組超低排放改造時采用了濃淡型低氮燃燒器，深度調峰改造新增旁路煙氣通道及擋板，在啟停機及深度調峰過程中用以滿足脫硝系統需求（圖1）：

二、600MW亞臨界機組深度調峰運行工況特點及注意事項

1.低負荷燃燒情況

低負荷工況爐膛燃燒的穩定是深調峰成功的先決條件。低負荷由于爐膛溫度低，火焰充滿度差，調整不當容易造成滅火，且由于各發電企業近年來配煤摻燒力度的加大，不可避免會引起燃燒工況惡化，為此，低負荷下穩燃是首要考慮方面。

該廠利用機組停運時期對原煤倉進行升級改造，采用一種新型的“蝦米曲線”式原煤倉，有效的解決了原煤倉此前由于泥煤引起頻繁的斷煤、蓬煤現象，切實保障了機組深度調峰時磨煤機運行的安全性。通過對濃淡型低氮燃燒器不同負荷工況下穩燃特性試驗，掌握不同磨組合方式下的配風調整，開展優化調整試驗改善燃燒性能，合理控制氧量及一次風率，促進穩定燃燒。此外，結合配煤摻燒試驗，優化燃煤摻配管理，除進行煤場內正常摻配外采取分倉上煤模式，日常運行中或深度調峰前盡量保障底層磨煤質相對較好一些（Vdaf不低于35%，高熱值不低于4500kcal/kg優質煙煤），兼顧安全穩定環保要求；在低負荷時將干排渣液壓關斷門適量關閉，減少爐膛底部漏風，且能減少爐膛內NOx生成；低負荷時及時調整底層磨煤機出口分離器開度，保證合適出粉細度；保障等離子燃燒器及油槍可靠，必要時及時投入穩燃；另外，低負荷工況下，要做好停爐不停機事故預想。

2.低負荷環保運行

低負荷工況保障脫硝出口NOx不超標是必要條件。低負荷工況下，脫硝入口煙氣溫度需要能確保滿足催化劑要求，避免引起環保事件。要考慮控制NOx生成量，保障脫硝入口煙氣溫度，減少噴氨量，防止氨逃逸，防止因深調造成的空預器加速堵塞。此外，要嚴密監視輔汽溫度，必要時，提高冷再至輔汽壓力，避免氨區蒸發器出力不足。

根據脫硝入口煙氣溫度，優化深調旁路擋板控制邏輯或通過提前開啟省煤器旁路煙氣擋板，以滿足脫硝系統入口煙氣溫度，維持脫硝系統運行正常。當機組負荷降至330MW時或脫硝入口煙溫低于315℃，將深度調峰系統A、B側旁路煙道關斷擋板打開。同時每次以5%的開度逐漸開啟旁路煙道調整擋板。操作時注意監視脫硝入口煙溫在正常范圍（300℃—350℃）。當旁路煙道調節擋板全開后，如脫硝入口煙溫低于305℃時，可通過關小省煤器出口煙氣擋板，保證脫硝入口溫度不低于300℃。期間應加強爐膛負壓、空預器電流、引風機電流變化趨勢的監視。

3.低負荷汽包水位調整

低負荷工況加強汽包水位監督調整是重點，嚴防因深度調峰造成的鍋爐滅火、機組非停。負荷至180MW工況時，由于主汽流量、給水流量的測量及邏輯設定，要避免協調或三沖量退出，引起汽包水位異常。因此要求熱工保障儀表測量準確性，過程中設專人監控調整汽包水位，防止出現因汽包水位異常引起鍋爐滅火或機組跳閘。根據該廠機組邏輯設置，蒸汽流量大于550t/h允許投入三沖量，小于540t/h三沖量退出，為此，調節過程中要密切注意汽包水位情況，特別是煤質較差，燃燒不穩情況時視情況及時果斷投油。靈活性調整汽泵運行方式，負荷300MW以下時開啟一臺汽泵再循環，負荷降至280MW時及時退出一臺汽泵運行，防止因流量低觸及保護邏輯，導致小機跳閘，造成汽包水位異常波動。在負荷低于300MW時可將主給水閥進行手動節流或根據負荷及給水流量情況將給水切至旁路運行，以保證減溫水壓力及流量充足夠用；另外，原來協調邏輯中的負荷低于200MW協調退出至爐主控已不合適30%負荷深度調峰要求，經分析論證并經總工批準后修改為負荷低于160MW，協調退出至爐主控。低負荷工況下的穩定燃燒對汽包爐的水位影響較大，因此，在加強汽包水位調整的同時，要密切關注鍋爐燃燒、爐膛壓力及火檢情況。

4.低負荷節能分析

低負荷工況下，除了安全性、環保性要認真對待外，機組經濟性也應重視起來。充分優化調整運行方式，合理配風，保證合理氧量曲線，降低風機電耗；保障過、再熱汽溫及壁溫在正常范圍內，減少減溫水用量，提高鍋爐燃燒及汽輪機做功效率。保持磨煤機出口分離器合理開度，在保障安全穩燃情況下兼顧降低磨煤機單耗；根據機組背壓情況靈活性調整空冷風機運行臺數，電除塵退出部分電場運行或及時切至低負荷模式運行，脫硫根據出口硫情況靈活性啟停部分漿液循環泵，干排渣執行低負荷節能措施等；將節能工作做實做細，將180MW深度調峰工況當做低負荷典型工況來對標，客觀平衡安全和經濟的杠桿，認真調整如廠用電率、供電煤耗等小指標。

5.低負荷工況下防凍防腐

針對北方地區冬季環境溫度等工況，要充分考慮機組防凍情況，特別是低負荷下空冷凝汽器防凍。嚴格按照相關規程、技術措施要求，根據溫度及背壓調整空冷風機運行臺數及頻率，避免過冷卻及結凍現象。防止空預器冷段低溫腐蝕，及時投入暖風器運行，當抽汽溫度不能滿足要求時及時切至輔汽，保障空預器冷段綜合溫度148℃即可。

6.其他方面的一些保障安全注意事項

低負荷下空預器及時投入連續吹灰，防止煙道尾部再燃燒等；運行調整方面合理組織配風，火焰中心調整，避免受熱面超溫；同時機組響應負荷指令在快速上升或下降時要做好汽輪機振動監測等，保障機組旁路可靠備用，在單臺機組運行時更要做好防止滅火停機后軸封供汽失去的事故預想，切實保障機組安全可靠運行。

三、參與深度調峰對機組帶來的潛在不利影響

1.頻繁參與電網調峰對機組的可靠性要求較高，深度調峰對機組安全性、經濟性方面產生了負面影響，引起了廠用電率偏高、供電煤耗上升等不利影響。因此，切實加強設備缺陷治理等工作，保障全年機組負荷率及多帶經濟負荷來稀釋因此造成的不利影響；深度調峰對機組及輔助設備的壽命造成的不利影響也不容忽視，容易引起汽輪機熱沖擊、低周疲勞損傷，造成金屬壽命損耗加快，一般認為汽輪機服役年限時30年，長期多次頻繁參與深度調峰，會加速轉子壽命損耗，降低機組實際的可運行年限[2]。

2.低負荷下的安全穩定對燃燒控制要求增大，因斷煤投油帶來的油耗可能增加；低負荷下運行磨煤機臺數相對偏多（一般為3-4臺），從該廠180MW深調實際運行數據來看追求穩定燃燒一般情況下氧量比較充分（表1），易造成脫硝入口NOx偏高，引起噴氨量增大，造成環保運行投資加大且由于在較低溫度下煙氣中三氧化硫與氨氣結合成的硫酸氫銨或硫酸銨附著在催化劑表面，使催化劑反應性能下降，且極易加劇空預器腐蝕、積灰、堵塞，進而引起了新的問題，例如大負荷來臨時的機組出力受限等。因此對空預器要“逢停必沖”，同時要保障在線水沖洗的可靠性及效果，現階段，該廠也嘗試利用硫酸氫氨在線熱分解試驗來減緩空預器的堵塞情況，效果還需要進一步評估。

3.采取靈活性運行方式對機組參與深度調峰必不可少，例如低負荷下對汽泵運行方式的調整，在深度調峰穩定運行階段，需要將一臺給水泵退出運行，并開啟再循環閥，此方法雖然能有效提高深度調峰時的穩定性，但會導致機組經濟性下降，且容易引起再循環閥芯密封面被沖刷損壞；如若停運，可能導致停運泵出現轉子熱彎曲現象發生，需保障停運后的盤車連續運行及下次啟動前的充分預暖。頻繁操作主給水門進行節流在造成經濟性下降的同時，也帶來了主給水門沖刷及銅套脫落等潛在安全風險，需在機組大小修時認真檢查相關設備，進一步分析所產生影響。

4.低負荷下過、再熱汽溫等參數較難達設計值，除了降低了機組效率，也可能引起末級葉片的回流沖蝕。為了穩定燃燒，運行氧量偏大，風機電耗過大，經濟性較差，還要防止風機出現搶風。亞臨界機組與超臨界等機組相比，雖然亞臨界機組參與深度調峰時在極低負荷下運行時的經濟性指標降低相對較小，但供電煤耗和廠用電率等一些控制指標還是相比50%-100%額定負荷運行時的偏高很多[3]（表2）。另外，深調旁路煙氣擋板設置導致機組正常工況下的排煙溫度所有提高，要優化旁路煙氣通道漏風，投資升級空預器蓄熱元件，以滿足換熱效果，降低因排煙熱損失造成的機組煤耗上升，經濟性下降。

5.在充分保障安全不打折扣的前提下，深度調峰引起的頻繁操作對設備可靠性及在崗運行人員的素質、技術水平有了新的要求。要進一步加強設備可靠性管理，提高運行人員培訓等日常工作。

結語

600MW亞臨界燃煤機組通過設備改造和設備運行靈活性調整，能實現30%-100%額定負荷下的穩定深度調峰，在180MW負荷期間各項參數運行正常，煙塵、二氧化硫、氮氧化物等指標均達到超低排放標準。深度調峰過程中的鍋爐穩燃和汽包水位監督是重點問題，要防范鍋爐滅火，機組非停；利用煙氣旁路滿足脫硝入口煙氣溫度是超低排放的關鍵點，避免引起環保事件；深調帶來的機組指標下降對深入開展節能降耗工作有了新的挑戰，需要進一步深挖潛力；此外，圍繞機組壽命檢測和管理有了新的工作。但隨著機組深調試驗及驗收工作的順利完成，被認定為可再生能源機組，能進一步提高機組的在網運行水平和企業的綜合競爭力。同時按照“誰調峰、誰受益”的原則，下一步將根據調峰次數和深度爭取到高于省內火電平均利用小時的發電計劃，并獲得相應電量、電價等補貼，為企業提質增效、逐力趕超贏得先機。

參考文獻

[1]山西能源監管辦.山西電力風火深度調峰市場操作細則[M].2018.

[2]吳瑞康，樓可煒，丁陽俊.燃煤機組深度調峰對汽輪機組的影響[J].汽機監督，2017.9.25.

[3]Jeff Shan，深度調峰美國電廠運行經驗和超低負荷穩燃低氮燃燒技術[J].清潔高效燃煤發電技術中心，2018.02.01.

作者簡介：馮明豪（1985-7）男，漢族，陜西西安人，大學本科，工程師，從事火電廠集控運行工作。