供熱機組汽機鍋爐異步負荷深度調峰系統探討

王國成

摘要：熱電聯產供熱機組汽機鍋爐異步負荷深度調峰系統可以提高供熱機組參與電網深度調峰能力及增加機組供熱能力，同時也能實現機組全負荷脫硝。本文擬對該系統進行分析說明，為同類型供熱機組提供參考。

Abstract： The steam-turbine and boiler asynchronous working condition deeping-peak-shaving system of combined heat and power plant can enhance the capability of power plant join in the power grid deeping-peak-shaving and increase the capability of power plant supply more steam. It also can realize all working condition SCR. The article analyzes this system to provide reference for similar heating unit.

關鍵詞：汽機鍋爐異步負荷;深度調峰;系統;全負荷脫硝

Key words： steam-turbine and boiler asynchronous working condition;deeping-peak-shaving;system;all working condition SCR

中圖分類號：TM621? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）35-0212-02

1? 背景技術

按照國家發改委、國家能源局《電力發展“十三五”規劃（2016-2020年）》的精神要求，要求全面推動煤電機組靈活性改造，實施煤電機組調峰能力提升工程。通過進行靈活性技術實施，提高火力發電機組的深度調峰能力。

2? 供熱機組深度調峰現存問題

根據汽輪機與鍋爐相匹配原則，汽輪機負荷降低時，鍋爐負荷也隨之降低;依據汽輪機本身特性，汽輪機最低安全運行負荷可以降至20%額定負荷左右。但受鍋爐最低穩燃負荷要求的限制（一般為30%額定負荷），汽輪機最低運行負荷一般為30%額定負荷。當汽輪機參與電網深度調峰時，汽輪機負荷只能降到30%額定負荷，無法降到20%額定負荷左右，從而制約了發電機組深度調峰能力。同時，對于熱電聯產供熱機組，根據供熱機組汽輪機的特性，隨著汽輪機負荷下降，汽輪機的抽汽供熱能力也隨之降低。當熱電聯產供熱機組參與電網深度調峰進行降低負荷運行時，必將導致汽輪機抽汽供熱能力相應下降。近年來，隨著國內局部地區電力市場和供熱市場供需矛盾的顯現，特別是供熱機組在區域裝機容量占比高的地區（如中國東北等地區），在供暖期電網需求少供熱需求大的情況下，導致電網深度調峰能力不足和汽輪機抽汽供熱能力下降。

目前，我國火力發電廠鍋爐設備一般先通過低氮燃燒技術減少NOx的生成量，再通過脫硝工藝（主要采用SCR技術）脫除NOx，從而降低鍋爐NOx排放量。催化劑是SCR脫硝系統的核心部件，其性能對脫硝效果有直接影響。而鍋爐煙氣溫度對反應速度和催化劑的反應活性及壽命有決定作用，是影響SCR脫硝效率的重要因素之一。常用的SCR催化劑為中溫催化劑，正常活性溫度區間一般為310℃～420℃之間，催化劑活性物的活性最高，催化還原反應效率最高。但常規鍋爐設計中，會存在如下問題：在機組負荷較高時，脫硝裝置進口煙溫正好在催化劑正常運行范圍;而在機組負荷較低時，脫硝裝置進口煙氣溫度較低，低于催化劑的正常使用溫度。若在低負荷時將脫硝裝置進口的設計煙溫提高到滿足催化劑的要求，則在高負荷時煙溫會更高，引起排煙溫度高，鍋爐效率低，煤耗量大。因此，一般情況下都按在高負荷時滿足較低的排煙溫度來進行設計，這將致使電廠在低負荷時只能將脫硝裝置解列運行。具體如圖1所示。

一般來說，脫硝催化劑廠家都有催化劑最低連續運行溫度，超過溫度范圍催化劑將不能發揮應有的作用。但我國絕大多數燃煤供熱機組都參與電網調度，在實際運行過程中，尤其是非用電高峰時，機組常常不能滿負荷運行，甚至運行于50%以下的負荷區間。在中、低負荷下的SCR反應器入口煙溫經常會低于SCR催化劑的正?；钚詼囟葏^間，SCR脫硝系統裝置無法正常運轉，無法保證鍋爐NOx排放量達到環保排放要求。同時，隨著風電、光電等清潔能源的大規模并網，其隨機性和間歇性帶來的電網安全風險將會大幅度增加，嚴重影響局部電網的穩定性。為了滿足電網現實需求，火力發電機組應逐步具有運行靈活性、深度調峰、快速爬坡和快速啟停功能，這也對鍋爐設備全負荷脫硝提出了更新、更高的要求。

3? 汽機鍋爐異步負荷深度調峰系統技術方案

本文提供的深度調峰系統目的是為了解決上述現有國內局部地區供熱機組參與電網深度調峰能力不足、汽輪機抽汽供熱能力下降及低負荷SCR脫硝系統裝置無法正常運轉的問題。供熱機組汽機鍋爐異步負荷深度調峰系統通過采用汽輪機運行負荷低于鍋爐運行負荷的方法來降低供熱機組的發電量，提高供熱機組參與電網深度調峰能力，同時將鍋爐運行多出的熱量通過加熱部分中壓給水的方式，將部分中壓給水加熱成過熱蒸汽對外供熱，提高供熱機組的供熱能力，再通過調節對外供蒸汽流量確保SCR反應器入口煙溫在SCR催化劑最佳反應溫度區間。

供熱機組汽機鍋爐異步負荷深度調峰系統包括供熱蒸汽發生系統、過熱器再熱器防干燒系統（詳見圖2）。

供熱蒸汽發生系統中從給水前置泵5與給水泵6之間的中壓給水管道23上引出一路供水管道25并在管道上設置流量調節閥32;供水管道25將部分中壓給水輸送至空氣預熱器17前煙道22內的一級煙氣過熱器17進行加熱變成過熱蒸汽，經蒸汽管道26將過熱蒸汽輸送至布置在省煤器10入口前鍋爐尾部豎直煙道21內的二級煙氣過熱器11，提高蒸汽的過熱度后通過過熱蒸汽管道27輸送至熱用戶20，完成采用部分中壓給水生成供熱蒸汽的供熱蒸汽發生系統流程。

同時，通過調整流量調節閥32來控制吸收鍋爐煙道內煙氣熱量來控制進入脫硝裝置16入口煙氣溫度使SCR催化劑處于最佳反應溫度區間，確保鍋爐能夠在全負荷工況下均能滿足最佳脫硫效果。

過熱器再熱器防干燒系統中在汽輪機高壓缸2一段抽汽管道28上增設流量調節閥33，在汽輪機高壓缸2再熱冷段管道29上引出的二段抽汽管道30上增設流量調節閥34，同時在汽輪機中壓缸3三段抽汽管道31上也增設流量調節閥35，通過控制經過上述三個流量調節閥的蒸汽流量，降低高壓給水管道24內依次經過3號高壓加熱器7、2號高壓加熱器8和1號高壓加熱器9并進入省煤器10的高壓給水溫度，防止低溫過熱器13和高溫過熱器15干燒;通過控制二段抽汽管道30上增設的流量調節閥34來調整進入2號高壓加熱器8的蒸汽流量，提高高壓缸2再熱冷段管道29內的蒸汽流量，達到防止低溫再熱器12和高溫再熱器14干燒的目的。

4? 供熱機組汽機鍋爐異步負荷深度調峰系統有益效果

①采用汽輪機運行負荷低于鍋爐運行負荷的方法來降低供熱機組的發電量，同時汽輪機最低負荷可降到20%額定負荷左右，提高供熱機組參與電網深度調峰能力;②采用將鍋爐運行多出的熱量加熱部分中壓給水的方式，將部分中壓給水加熱成過熱蒸汽對外供熱，提高供熱機組的供熱能力;③使脫硝裝置入口煙氣溫度在SCR催化劑最佳反應溫度區間，確保鍋爐能夠在全負荷工況下均能滿足最佳脫硝效果。

參考文獻：

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