300MW亞臨界燃煤機(jī)組非助燃最低穩(wěn)燃負(fù)荷試驗(yàn)研究

張鵬威 何建樂(lè)

摘要：通過(guò)非助燃最低穩(wěn)燃負(fù)荷試驗(yàn)，可以摸清機(jī)組最大調(diào)峰潛力，對(duì)于機(jī)組后續(xù)的深度調(diào)峰改造具有重要的指導(dǎo)意義。試驗(yàn)結(jié)果表明，新疆某電廠300MW亞臨界燃煤機(jī)組最低穩(wěn)燃負(fù)荷可降至80MW（約24.2%BMCR），遠(yuǎn)低于鍋爐設(shè)計(jì)的最低穩(wěn)燃負(fù)荷116MW（約35%BMCR）。但低負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中也出現(xiàn)了SCR入口煙溫均低于脫硝催化劑的許用溫度下限（320℃）、爐內(nèi)溫度較低等影響機(jī)組安全運(yùn)行問(wèn)題。對(duì)于同類型機(jī)組試驗(yàn)及技術(shù)改造都具有重要的參考意義。

關(guān)鍵詞：深度調(diào)峰;非助燃最低穩(wěn)燃負(fù)荷試驗(yàn);安全運(yùn)行

中圖分類號(hào)：X38 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2020）03-0-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.03.070

Experimental research on the non fuel oil auxiliary minimum stable combustion load of 300MW subcritical coal-fired power plant

Zhang Pengwei，He Jianle

（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou Zhejiang 310030，China）

Abstract：The maximum peak shaving potential of the power plant can be verified， through the test of the non fuel oil auxiliary minimum steady combustion load. which is important to guide the power plants for the subsequent deep peak shaving transformation.The test results show that the minimum stable combustion load of a 300MW subcritical coal-fired power plant in Xinjiang can be reduced to 80MW （about 24.2% BMCR）， which is much lower than the designed the minimum stable combustion load of 116MW （about 35% BMCR） for the boiler. However， there are some problems affecting safety during low load operation， such as the SCR gas flue inlet temperature was lower than the design lower allowable temperature limit of the denitration catalyst （320 ℃）， and the temperature in the furnace was low， which affected the power plant's safety operation. It has important reference significance for the test and technical transformation of similar power plants.

Key words：Deep peak regulation;Non fuel oil auxiliary minimum steady combustion load test;Safe operation

近年來(lái)，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，清潔能源越來(lái)越受青睞[1]，根據(jù)國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)：“2018年，全國(guó)并網(wǎng)風(fēng)電新投產(chǎn)2100萬(wàn)千瓦，較上年增長(zhǎng)20.3%;太陽(yáng)能發(fā)電新投產(chǎn)4473萬(wàn)千瓦，較上年減少16.2%。”按照國(guó)家發(fā)改委和國(guó)家能源局印發(fā)的《能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略（2016-2030）》要求：“截止2050年，非化石能源消費(fèi)占比超過(guò)一半。”火電機(jī)組尤其是煤電機(jī)組在未來(lái)持續(xù)低負(fù)荷運(yùn)行或者深度調(diào)峰將成為常態(tài)。

另外，清潔能源受季節(jié)、天氣等因素影響表現(xiàn)出較大的隨機(jī)性、間歇性，增加了電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)差壓力[2]。受外送通道容量限制影響，在新疆、甘肅、內(nèi)蒙古等清潔能源富集地區(qū)，出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象[3]。為提高清潔能源消納比例，緩解電力供應(yīng)壓力，適應(yīng)未來(lái)火電機(jī)組調(diào)控的新常態(tài)，火電機(jī)組深度調(diào)峰改造就顯得尤為重要[4]。

本文以新疆某電廠300MW亞臨界燃煤機(jī)組為例，系統(tǒng)的介紹了非助燃最低穩(wěn)燃負(fù)荷試驗(yàn)的全流程，分析了機(jī)組低負(fù)荷穩(wěn)燃能力以及各主要運(yùn)行參數(shù)變化情況，對(duì)火電機(jī)組后續(xù)的深度調(diào)峰改造具有重要的指導(dǎo)意義。

1 總體情況介紹

1.1 機(jī)組概況

該機(jī)組為300MW亞臨界一次中間再熱燃煤凝汽式機(jī)組，四角切圓燃燒方式，自然循環(huán)汽包爐，單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)除渣露天п型布置，全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)的燃煤鍋爐。本鍋爐設(shè)計(jì)最低穩(wěn)燃負(fù)荷為BMCR工況下的35%，對(duì)應(yīng)的蒸汽流量約為360t/h，對(duì)應(yīng)的電負(fù)荷在120MW左右，保持3臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行。其主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

1.2 煤質(zhì)分析

試驗(yàn)前需確定試驗(yàn)煤種，并對(duì)試驗(yàn)煤質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)，以便更好的分析煤質(zhì)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程的影響。該機(jī)組之前大量燃用低熔點(diǎn)高堿金屬含量的準(zhǔn)東煤，導(dǎo)致機(jī)組結(jié)焦嚴(yán)重，試驗(yàn)過(guò)程中摻入高灰分高灰熔點(diǎn)低堿金屬含量的煤質(zhì)（電廠常用煤種之一）沖刷受熱面，有助于清潔受熱面，緩解受熱面結(jié)焦情況，減輕低負(fù)荷掉焦對(duì)爐內(nèi)燃燒造成較大擾動(dòng);并建議電廠以此煤種為低負(fù)荷燃燒常用煤種，其煤質(zhì)元素分析檢驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)值對(duì)比情況見(jiàn)表2。

由表2煤質(zhì)分析結(jié)果來(lái)看，（1）試驗(yàn)煤質(zhì)熱值較設(shè)計(jì)煤質(zhì)偏低：這使得低負(fù)荷工況的燃料投入量增加，較高的燃料量可以保證三臺(tái)磨煤機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，提高火焰在爐內(nèi)的充滿度，維持爐內(nèi)良好的溫度場(chǎng)，減輕爐膛頂部掉焦?fàn)顩r，便于低負(fù)荷穩(wěn)燃;（2）試驗(yàn)煤質(zhì)和設(shè)計(jì)煤質(zhì)揮發(fā)分含量都在37%以上，這有利于煤粉快速著火燃燒，同時(shí)較高的揮發(fā)分含量也使得焦炭孔隙率增大，燃燒過(guò)程中與空氣的接觸面積相應(yīng)增大，便于煤粉的燃盡。

2 試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)儀器及測(cè)點(diǎn)布置方法

試驗(yàn)過(guò)程中主要對(duì)脫硝入口煙氣溫度以及NOx濃度及爐內(nèi)溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，溫度場(chǎng)測(cè)量采用紅外測(cè)溫儀（Raytek）通過(guò)觀火孔對(duì)不同高度的溫度場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，脫硝入口溫度以及NOx濃度測(cè)量如圖1所示。

圖1 網(wǎng)格法煙氣成分分析、煙氣溫度測(cè)量示意圖

試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)分布在脫硝入口兩側(cè)煙道，采用網(wǎng)格法進(jìn)行布置，單側(cè)煙道取5個(gè)測(cè)孔、每個(gè)測(cè)孔取3個(gè)深度進(jìn)行逐點(diǎn)測(cè)量，單側(cè)煙道共設(shè)置5x3=15個(gè)測(cè)點(diǎn)。

脫硝入口煙氣溫度測(cè)量時(shí)，將熱電偶與煙氣采樣槍組合成一體，與煙氣成分測(cè)量同步進(jìn)行，熱電偶通過(guò)補(bǔ)償導(dǎo)線連接至數(shù)字溫度計(jì)。

脫硝入口NOx濃度測(cè)量時(shí)，煙氣取樣槍在同一測(cè)量孔內(nèi)，依據(jù)網(wǎng)格劃分原則依次保持在不同深度（由里及外），在每一深度上停留時(shí)間滿足煙氣置換要求，測(cè)量系統(tǒng)同步測(cè)量，并在各深度逐點(diǎn)記錄煙氣分析儀讀數(shù)。每個(gè)取樣孔測(cè)量完成后，采樣槍換至下一測(cè)孔測(cè)量。

2.2 試驗(yàn)流程

2.2.1 試驗(yàn)前準(zhǔn)備

對(duì)機(jī)組主要運(yùn)行參數(shù)包括煤粉細(xì)度、一次風(fēng)速、爐內(nèi)燃燒、煙氣流場(chǎng)分布情況進(jìn)行摸底檢測(cè)。綜合考慮機(jī)組運(yùn)行可靠性和試驗(yàn)煤質(zhì)情況，本次試驗(yàn)采用B、C和D三臺(tái)磨投運(yùn)方式，煤粉細(xì)度R90控制在20%～30%左右，單臺(tái)磨各粉管一次風(fēng)速偏差控制在10%以內(nèi)。另外火焰溫度中心不能出現(xiàn)嚴(yán)重偏離、脫硝入口兩側(cè)煙道煙氣溫度及成份分布不能偏差較大。對(duì)偏離合理范圍較大的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，使機(jī)組保持良好的運(yùn)行狀態(tài)。

2.2.2 非助燃最低穩(wěn)燃負(fù)荷試驗(yàn)

首先對(duì)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢查和試驗(yàn)，包括等離子點(diǎn)火裝置和油槍試投是否正常、火焰探頭觀測(cè)是否準(zhǔn)確，燃燒器擺動(dòng)是否靈活、二次風(fēng)門開(kāi)度調(diào)節(jié)是否靈活等，正式試驗(yàn)開(kāi)始前完成鍋爐及空預(yù)器全面吹灰一次。

第一階段：鍋爐由正常運(yùn)行負(fù)荷按滑壓方式逐步降至130MW，在130MW負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行 1h，記錄各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)。

第二階段：鍋爐由130MW工況每次緩慢降低負(fù)荷10MW后，穩(wěn)定運(yùn)行0.5h，如有必要再緩慢降低負(fù)荷至可穩(wěn)定燃燒負(fù)荷，穩(wěn)定運(yùn)行2h，記錄最低負(fù)荷時(shí)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)。

第三階段：當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)：煤火檢信號(hào)強(qiáng)弱變化明顯，從就地看火孔觀察，爐膛火焰應(yīng)穩(wěn)定明亮，煤粉噴口著火點(diǎn)適宜，爐膛出口煙溫基本穩(wěn)定不再降低時(shí)。則認(rèn)為達(dá)到低負(fù)荷穩(wěn)燃狀態(tài)，保持此狀態(tài)運(yùn)行2h以上，試驗(yàn)結(jié)束。

3 結(jié)果分析

試驗(yàn)期間負(fù)荷從130MW逐漸下降至120MW、110MW、100MW、90MW和80MW，爐內(nèi)燃燒強(qiáng)度逐漸降低，主要參數(shù)滑壓運(yùn)行，爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定。130MW工況時(shí)，SCR進(jìn)口煙溫（兩側(cè)均低于SCR催化劑許用溫度下限320℃）已經(jīng)不能夠滿足脫硝系統(tǒng)運(yùn)行要求，但為了摸清機(jī)組真實(shí)低負(fù)荷穩(wěn)燃能力，經(jīng)與電廠協(xié)商試驗(yàn)繼續(xù)進(jìn)行。80MW負(fù)荷下鍋爐燃燒穩(wěn)定，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，各輔機(jī)運(yùn)行正常，繼續(xù)降負(fù)荷時(shí)爐內(nèi)燃燒出現(xiàn)不穩(wěn)定跡象。試驗(yàn)機(jī)組最低穩(wěn)燃負(fù)荷為80MW（約24.2%BMCR）。

從120MW負(fù)荷開(kāi)始SCR入口氧量為6.59%，入口NOX含量超過(guò)了SCR入口設(shè)計(jì)上限（550mg/Nm3），兩側(cè)均達(dá)到650mg/Nm3以上，隨著負(fù)荷的降低，運(yùn)行氧量進(jìn)一步增加，到80MW負(fù)荷時(shí)，運(yùn)行氧量達(dá)到9.3%左右，兩側(cè)NOX含量高達(dá)800mg/Nm3左右，因?yàn)槎物L(fēng)箱差壓原因，無(wú)法通過(guò)減小二次風(fēng)箱壓力降低運(yùn)行氧量，對(duì)鍋爐燃燒的穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性、燃燒器的低氮特性有一定影響;從90MW負(fù)荷開(kāi)始，汽泵入口壓力低報(bào)警（1.43MPa左右），到80MW負(fù)荷時(shí)，汽泵入口壓力達(dá)到1.3MPa左右（設(shè)備保護(hù)值為1.2MPa），繼續(xù)降低負(fù)荷，投入電泵運(yùn)行，試驗(yàn)期間各個(gè)工況的主要參數(shù)情況見(jiàn)下表。

試驗(yàn)期間對(duì)各負(fù)荷工況下SCR入口煙溫進(jìn)行了測(cè)量，由表4可知，130MW工況下，甲側(cè)最低煙溫已達(dá)到311.5℃，乙側(cè)最低煙溫為317.5℃，各負(fù)荷工況下SCR入口煙溫均未達(dá)到SCR催化劑許用溫度下限（320℃），建議進(jìn)行寬負(fù)荷脫硝改造，以便保證機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)脫硝設(shè)備的安全性和可靠性，同時(shí)降低尾部設(shè)備低溫腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 溫度場(chǎng)變化情況

由于機(jī)組墻面上只有大屏處有4個(gè)觀火孔，數(shù)量較少，經(jīng)與電廠協(xié)商，豎直拆除前墻中間位置一排爐膛短吹作為試驗(yàn)觀火孔使用，便于簡(jiǎn)單了解各負(fù)荷工況下?tīng)t內(nèi)燃燒情況。具體見(jiàn)圖2-4。

由于機(jī)組墻面上觀火孔較少，不能很好的檢測(cè)其實(shí)際燃燒溫度場(chǎng)，從圖中數(shù)據(jù)可以簡(jiǎn)單看出，80MW負(fù)荷工況下，40m爐溫已降到1000℃以下，爐內(nèi)整體溫度水平較低，基本能滿足煤粉的著火燃盡需求，機(jī)組燃燒穩(wěn)定，各輔機(jī)運(yùn)行正常。隨著負(fù)荷繼續(xù)降低，C、D磨火檢閃爍，爐膛火焰發(fā)暗，爐內(nèi)燃燒出現(xiàn)不穩(wěn)定跡象。建議后續(xù)可選用低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)如富氧燃燒進(jìn)行改造[5]，提高爐內(nèi)溫度和燃燒穩(wěn)定性，同時(shí)對(duì)后續(xù)SCR入口煙溫的提升也有一定作用。

4 結(jié)論

本文通過(guò)靈活性改造摸底試驗(yàn)，摸清了機(jī)組的最低穩(wěn)燃負(fù)荷可達(dá)到80MW水平。在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)低負(fù)荷下，SCR入口煙溫均低于脫硝催化劑的許用溫度下限、爐內(nèi)溫度較低等問(wèn)題。并建議機(jī)組后續(xù)可以采用寬負(fù)荷脫硝以及富氧燃燒技術(shù)進(jìn)行改造，提升機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

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收稿日期：2020-01-08

作者簡(jiǎn)介：張鵬威（1986-），男，漢族，工學(xué)碩士，工程師，研究方向?yàn)槿济弘娬惧仩t的節(jié)能及環(huán)保技術(shù)。