1000MW超超臨界火電機(jī)組深度調(diào)峰研究

劉大帥 劉敬尊

【摘 要】隨著國(guó)家越來越重視可再生能源的開發(fā)與利用，特別是風(fēng)電、水電的飛速發(fā)展，電網(wǎng)負(fù)荷結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的變化，電網(wǎng)在運(yùn)行中負(fù)荷差明顯增大。這就導(dǎo)致大型火力發(fā)電機(jī)組的深度調(diào)峰次數(shù)越來越多，調(diào)峰壓力越來越大。火電企業(yè)為了在競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的發(fā)電市場(chǎng)獲取更多市場(chǎng)份額，必須滿足電網(wǎng)規(guī)定的深度調(diào)峰要求，提高機(jī)組的調(diào)峰能力，滿足電網(wǎng)安全調(diào)度要求與正常運(yùn)行的能力。本文從實(shí)際出發(fā)，針對(duì)百萬超超臨界火力發(fā)電機(jī)組的深度調(diào)峰問題，進(jìn)行了深入的分析研究，并給出了簡(jiǎn)要的解決方案，為同類型機(jī)組的深度調(diào)峰工作提供了一定的借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】1000MW;超超臨界;深度調(diào)峰

中圖分類號(hào)： TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）25-0058-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.25.027

0 引言

伴隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力行業(yè)也經(jīng)歷了十多年的高速發(fā)展，全國(guó)裝機(jī)容量不斷增大，截至到2016年底，全國(guó)全口徑發(fā)電裝機(jī)容量容量達(dá)到189967億千瓦時(shí)，其中，水電發(fā)電裝機(jī)容量35226億千瓦時(shí)、同比增長(zhǎng)2.5%;火電發(fā)電裝機(jī)容量114367億千瓦時(shí)、同比增長(zhǎng)3.0%;核電發(fā)電裝機(jī)容量4466億千瓦時(shí)、同比增長(zhǎng)24.7%;風(fēng)電發(fā)電裝機(jī)容量18426億千瓦時(shí)、同比增長(zhǎng)12.4%;太陽能發(fā)電裝機(jī)容量17463億千瓦時(shí)、同比增長(zhǎng)33.9%。但近幾年隨著清潔能源水電、風(fēng)電等的大力發(fā)展，以及特高壓長(zhǎng)距離、跨區(qū)域輸送電設(shè)備的相繼投產(chǎn)，火力發(fā)電機(jī)組等效利用小時(shí)數(shù)不斷下降。為進(jìn)一步提高火力發(fā)電機(jī)組利用小時(shí)數(shù)，避免在電網(wǎng)低負(fù)荷工況下機(jī)組調(diào)停，同時(shí)分擔(dān)電網(wǎng)調(diào)峰的壓力，需要進(jìn)一步研究機(jī)組低負(fù)荷工況的運(yùn)行方式，不斷提高火力發(fā)電機(jī)組的靈活性。1000MW超超臨界火電基座作為電網(wǎng)調(diào)峰的主力，在日常符合調(diào)整過程中經(jīng)歷的調(diào)差考核頻次和時(shí)間都在不斷地增加。現(xiàn)隨著電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)整的進(jìn)一步要求，機(jī)組在調(diào)峰過程中的深度需要進(jìn)一步挖掘。

1 設(shè)備概況

華電萊州發(fā)電有限公司一期工程兩臺(tái)百萬燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組，電力通過500kV輸電線路送入光州變電站。主要設(shè)備為：鍋爐由東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司制造，汽輪機(jī)由東方汽輪機(jī)廠制造，發(fā)電機(jī)由東方電機(jī)股份有限公司制造。

鍋爐本體為東方電氣集團(tuán)生產(chǎn)的超超臨界直流鍋爐，采用一次中間再熱、單爐膛、對(duì)沖燃燒設(shè)計(jì)、Π型結(jié)構(gòu)燃煤鍋爐。設(shè)計(jì)煤種為神華煤，校核煤種為大同優(yōu)混。鍋爐采用微油點(diǎn)火，燃油采用輕質(zhì)柴油。兩臺(tái)機(jī)組同步建設(shè)SCR脫硝裝置。

2 深度調(diào)峰過程中的安全性分析

影響機(jī)組深度調(diào)峰的因素主要是燃料特性和鍋爐燃燒穩(wěn)定性。

2.1 鍋爐穩(wěn)燃

著火穩(wěn)然性指標(biāo)用燃料著火穩(wěn)定性指數(shù)Rw來表示，可按照下式來表示：

RW=560/Ti+650/Ttmax+0.27Wtmax

式中，Ti為著火溫度，單位為℃;T1max為最大失重速度時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度，單位為℃;W1max為最大失重速度，單位為mg/min。Rw判別界限如表1所示。

（1）煤質(zhì)對(duì)著火的影響。煤的著火主要是揮發(fā)份析出引燃固定碳，所以在同樣煤炭粒徑的情況下，揮發(fā)份越高的煤越容易著火。

（2）煤粉粒徑對(duì)著火的影響。隨著煤粉粒徑的減小，煤的平均表面活化能隨著顆粒平均粒徑的減小而增大，著火更加容易。

（3）煤粉濃度對(duì)著火的影響。根據(jù)燃燒機(jī)理，當(dāng)煤粉濃度較低時(shí)，顆粒升溫速度很慢，煤粉可用于析出揮發(fā)份的時(shí)間較長(zhǎng)，但是熱解產(chǎn)生的揮發(fā)份少，不足以引起整個(gè)煤粉氣流均相著火，所以著火指數(shù)降低;當(dāng)煤粉濃度很高時(shí)，整個(gè)氣流中揮發(fā)份濃度增加較快，濃度的增加使得升溫速度明顯減慢，揮發(fā)份的濃度效應(yīng)不足以抵消升溫速度的降低，也就使得著火變得困難。

2.1.1 鍋爐燃燒調(diào)整

（1）鍋爐運(yùn)行時(shí)應(yīng)了解燃料特性，根據(jù)燃料特性及運(yùn)行時(shí)調(diào)整燃燒，保證燃燒器的配風(fēng)比率、風(fēng)速、風(fēng)溫等符合設(shè)計(jì)要求，保持鍋爐排煙溫度和煙氣中的氧量在規(guī)定的范圍內(nèi)。

（2）調(diào)整制粉系統(tǒng)磨煤機(jī)的運(yùn)行數(shù)量，維持四臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行。底層磨非對(duì)沖燃燒時(shí)，調(diào)整前墻與后墻底層運(yùn)行磨的#1、8外二次風(fēng)門開度為50%，提高燃燒穩(wěn)定性。

（3）降低一次風(fēng)風(fēng)速，可以使煤粉氣流的著火熱減少，有利于穩(wěn)定燃燒。

（4）維持合理爐膛風(fēng)量。風(fēng)量過低會(huì)導(dǎo)致燃燒不充分，而且會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)失速;風(fēng)量過大會(huì)降低爐膛溫度使得燃燒不穩(wěn)定。

（5）加強(qiáng)制粉系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)，保證合理的磨煤機(jī)出口溫度、煤粉細(xì)度等。

（6）保證再熱器穩(wěn)定運(yùn)行，開大煙氣擋板，保證煙氣加熱和再熱器溫度。

（7）避免集中燃用高硫煤，燃煤硫分較高時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制氨逃逸率，適當(dāng)提高排煙溫度，保證環(huán)保指標(biāo)正常。

（8）采用微油槍助燃。鍋爐運(yùn)行中，爐前燃油系統(tǒng)應(yīng)處于備用狀態(tài)。由于東方鍋爐集團(tuán)1000MW超超臨界鍋爐采用了螺旋管圈水冷壁，因此鍋爐有良好的負(fù)荷適應(yīng)性，即使在30%負(fù)荷時(shí)，水冷壁質(zhì)量流速仍然高于膜態(tài)沸騰的界限流速，能保持一定的壁溫裕度，因此水冷壁的安全不用擔(dān)心。

2.2 風(fēng)機(jī)失速

由風(fēng)機(jī)特性曲線可知，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷較低時(shí)，風(fēng)機(jī)流量和壓頭較低，風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度也較低，風(fēng)機(jī)容易陷入失速區(qū)。同時(shí)，較低的風(fēng)量情況下，一旦風(fēng)機(jī)發(fā)生RB，則容易導(dǎo)致鍋爐總風(fēng)量低MFT。為了避免這種情況的出現(xiàn)，也為了滿足風(fēng)箱差壓及投入機(jī)組協(xié)調(diào)的需要，要對(duì)動(dòng)葉的開度設(shè)定下限，同時(shí)對(duì)氧量自動(dòng)進(jìn)行閉鎖限制。另外也有機(jī)組，低負(fù)荷時(shí)停運(yùn)單側(cè)風(fēng)組，但這更多的是從節(jié)能的角度出發(fā)。

2.3 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)卡澀

由于機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行，很多調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)都處于下限運(yùn)行。由于長(zhǎng)期不動(dòng)作，易出現(xiàn)卡澀。因此，在升負(fù)荷過程中務(wù)必要對(duì)風(fēng)機(jī)動(dòng)葉、除氧器上水調(diào)門、帶保護(hù)的閉冷水系統(tǒng)等重要調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行檢查。

2.4 鍋爐排煙溫度低

機(jī)組低負(fù)荷時(shí)，鍋爐排煙溫度較低，不能滿足SCR化學(xué)反應(yīng)溫度。因此，適當(dāng)增加燃盡風(fēng)開度，控制脫硝SCR入口溫度不低于305℃。脫硝系統(tǒng)維持正常運(yùn)行，必須確保排放指標(biāo)隨時(shí)在控、滿足環(huán)保要求。

（1）可以通過調(diào)整吹灰方式、改變制粉系統(tǒng)組合方式、增加尾部煙氣氧量，提高主再熱氣溫等方式。

（2）做好脫硝參數(shù)監(jiān)視和異常分析。每天記錄和分析同負(fù)荷下氨逃逸、氨耗量、脫硝效率、催化劑阻力等指標(biāo)，出現(xiàn)異常變化時(shí)，及時(shí)查明原因，采取針對(duì)性措施。

3 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

隨著火力發(fā)電機(jī)組地位的轉(zhuǎn)變，經(jīng)常性深度調(diào)峰成為了常態(tài)，為了減少運(yùn)行人員的操作量和防止發(fā)生人為誤操作，要降低協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)投入的下限至30%負(fù)荷。

3.1 給水控制

根據(jù)調(diào)度命令，機(jī)組負(fù)荷500MW左右，防止給流量波動(dòng)造成汽泵最小流量閥突開，解除汽泵最小流量閥自動(dòng)同時(shí)手動(dòng)開啟20%開度，使其流量固定。出現(xiàn)一臺(tái)小機(jī)最小流量閥無法開啟時(shí)，通過開大調(diào)整另一臺(tái)小機(jī)最小流量閥，緩慢調(diào)整給水量穩(wěn)定，確保汽泵入口流量大于600t/h，小機(jī)轉(zhuǎn)速在3000r/min以上，完成機(jī)組負(fù)荷調(diào)峰任務(wù)。

3.2 負(fù)荷速率

在機(jī)組低負(fù)荷階段，建議降低機(jī)組負(fù)荷升降速率，原因如下：

（1）由于低負(fù)荷時(shí)機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)較低，對(duì)金屬受熱面、汽輪機(jī)厚壁部件冷卻作用比較強(qiáng)烈，為防止應(yīng)力過大而影響金屬壽命或造成汽輪機(jī)振動(dòng)偏大，在低負(fù)荷階段應(yīng)該降低機(jī)組負(fù)荷變化速率。

（2）低負(fù)荷時(shí)，機(jī)組質(zhì)量流量較小，在同樣調(diào)整策略下，主、再熱汽溫、汽壓波動(dòng)較大，這就要求一方面提高協(xié)調(diào)控制的精度，另一方面也要適當(dāng)降低負(fù)荷升降的速率。同時(shí)，為了防止煙溫變化過快，導(dǎo)致空預(yù)器扇形板變形卡澀，應(yīng)該對(duì)空預(yù)器扇形板的下探頻次引入負(fù)荷修正，保證低負(fù)荷工況下及時(shí)調(diào)整扇形板位置。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)束語

本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)參考同類型電廠相關(guān)調(diào)峰技術(shù)措施，從鍋爐穩(wěn)燃、深度調(diào)峰的安全性、協(xié)調(diào)控制優(yōu)化等方面，對(duì)百萬超超臨界機(jī)組深度調(diào)峰中遇到的困難進(jìn)行了深入的分析，并給出了簡(jiǎn)要的解決方案，為中國(guó)火電項(xiàng)目深度調(diào)峰提供了一定的借鑒。

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