350MW超臨界直流鍋爐深度調峰實驗研究分析

王國龍

（甘肅電投武威熱電有限責任公司，甘肅 武威 733000）

深度調峰機組負荷降低50%以下成為新形勢和新常規，機組運行的安全性在各個系統都面臨著新的考驗，鍋爐爐膛溫度下降燃燒受到威脅，給水流量降低水動力工況受到考驗，負荷低給水流量調整難度大易導致保護動作；超臨界直流爐，負荷降低面臨著干、濕態轉換的風險；低負荷情況下，環保壓力巨大，SCR保證高效運行備受考驗。機組為350MW超臨界直流鍋爐采用東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司生產的DG1151.1/25.4-Ⅱ4鍋爐，超臨界、變參數、變工況運行的直流爐、單爐膛，一次中間再熱，采用雙進雙出鋼球磨正壓直吹式制粉系統，前后墻對沖燃燒。為保證實驗的順利進行，影響鍋爐安全運行各系統制定關鍵的措施。為確保試驗結果和分析的準確性，試驗在50%～34.2%BRL負荷區間進行,根據調度規則1、2、2.5MW/mim三個不同速率進行變工況試驗，各項數據選取不同負荷速率下相同負荷停留30min的平均值，作為試驗采集數據。

1 關鍵系統措施

1．1 制粉系統煤質及調整要求

（1）考慮煤質揮發分、發熱量對鍋爐燃燒穩定性起到決定性作用。深度調峰試驗期間，入爐煤Vadf≮27.5%，Qnet,ar≮18.4MJ/kg。煤粉細度設計R90為16.8%～18.6%，試驗前煤粉細度在合格范圍內。

50%～34.2%階段為確保燃燒穩定性，要求投入下層燃燒器，120MW負荷時保持A、B磨煤機運行，A層前、后墻燃燒器投入，B層后墻燃燒器投入，B磨煤機雙進單出方式運行。

（2）對于雙進雙出鋼球磨煤機，為防止粉管堵塞，磨煤機要求最低通風量及協調數據采集方便，由原來的三個投自動改為任意兩個容量風擋板投自動，以滿足低負荷CCS投入要求和燃燒控制靈活性,且容量風擋板自動下限開度調整至6%。

（3）在低負荷容量風擋板控制裕度不能滿足鍋爐燃燒調整的需求時，可以通過降低磨煤機混合風壓的方式進行調整，最低不得低于5.0KPa。但需要通過旁路風門保持風粉管道風速在18～21m/s，且分離器出口風粉溫度維持60～65℃。

（4）機組負荷開始從175MW降低過程中在未達到140MW時至少退出B1、B4兩個煤粉燃燒器；在140～120MW降低時退出B2、B3兩個燃燒器；機組負荷升高時在140MW前投入B2、B3兩個燃燒器；在達到175MW時，投入B層前墻另外兩個燃燒器；投、退燃燒器時注意一次風壓的調整，投入時磨內風壓降低，退出時磨內風壓升高，因此，要投粉管提高一次風壓，退出粉管降低對應磨一次風壓，以便燃燒和參數穩定。

（5）在負荷降低和退出燃燒器過程中，因爐膛溫度降低，有掉焦且火檢波動立即在正常模式下投入等離子運行。待燃燒、爐膛壓力、就地觀察鍋爐無掉焦風險后退出等離子運行。

1．2 SCR 系統

本鍋爐后豎井為前后煙井結構，后煙井布置1組低過，低過下部布置2組省煤器，前煙井布置3組低溫再熱器，低過側（省煤器側）煙氣通流量大，SCR入口溫度煙溫會大幅度降低，原因為省煤器側水溫低于低再側，因此，省煤器側煙溫降低且煙氣量增加會降低SCR入口煙氣溫度。基于此原理，SCR側煙氣溫度降低采取關回省煤器側煙氣擋板，開大低再側煙氣擋板，提高SCR入口溫度，通過采取此種方式，本鍋爐在滑參數停爐過程中可以保證在80MW以上負荷SCR穩定運行。省煤器側煙氣擋板關至20%以下時，為防止后豎井積灰導致煙氣擋板卡澀，必須每2h快速開啟至60%以上再關至原位，鍋爐負荷越低，煤粉燃盡率降低，深度調峰及試驗期間，嚴格防止鍋爐后豎井及尾部煙道、空預器、電除塵發生二次燃燒事故。

1．3 汽水系統運行

機組負荷在120～175MW，保證鍋爐在干態運行，鍋爐主、再熱蒸汽溫度盡最大可能控制在額定值，通過水煤比、過熱度、減溫水控制主再熱蒸汽溫度在額定，若因煤質變化導致主、再熱蒸汽溫度達不到額定時，可以隨著機組負荷下降逐漸降低參數，溫降速率≯2℃/min。低再側煙氣擋板開大，致使再熱汽溫調節困難，再熱蒸汽溫度控制由事故減溫水調節，主蒸汽溫度由水煤比作為調節手段，低再出口壁溫超限時可以關小低再側煙氣擋板，進行靈活調整；機組降負荷時提前對煙氣擋板進行控制，省煤器側煙氣擋板關小，低再側煙氣擋板必須開大，兩側綜合開度≮90%。機組120MW低負荷運行時，給水流量在350t/h左右，為防止給水流量低保護動作，給水泵最小流量再循環閥定值進行優化設定值在450t/h，再循環調門開始開啟；邏輯增加閉鎖功能給水流量320t/h時小機閉鎖給水繼續減少。

1．4 風煙系統

負荷120MW時，鍋爐總風量不得低于500t/h，防止單列風機跳閘后機組送風量低低（＜320t/h)保護動作，維持省煤器出口氧量維持在5.0%～6.0%。120MW負荷時，熱一次風母管壓力設定值不允許低于6.5kPa，若一次風機出現搶風時，增開C磨通風，增加通風量保證一次風壓穩定，避免低負荷燃燒不穩。

2 試驗結果及分析

2．1 風煙系統試驗數據及分析（如表1）

爐膛B層溫度自175～120MW由1340℃降低至1220℃，溫降明顯，隨著負荷降低，水、煤匹配燃燒核心區進入煤粉量減少，燃燒率逐步減弱，爐膛核心區域溫度降低。爐膛溫度降低，煤粉燃盡率變差，燃盡率在120MW深度調峰期間飛灰、爐渣含碳均升高，飛灰含碳3.25%；試驗期間R90 20%，煤粉細度合格，飛灰含碳升高。觀察各燃燒器火檢模擬量強度，未發生火檢波動的情況，爐膛負壓穩定，火焰金黃色，火焰湍動、脈動良好，各粉管之間火焰相互的支持作用良好。

2．2 制粉系統試驗數據及分析（如表2）

為保證制粉系統調整的裕度及升降負荷和燃燒的安全性，制粉系統140～120MW范圍內保持A磨全磨運行、B磨半磨運行，磨入口混合風壓最低降至5.87KPa，保持磨出口一次風速在21～23m/s,粉管無堵塞；磨煤機容量風擋板下限由8%釋放至6%，B磨退出前墻粉管，保證升降負荷的靈活性和速度，從試驗過程中可知，可以保證AGC的響應速率。SCR系統在175MW時入口溫度315℃，在深度調峰期間開大再熱側煙氣擋板，關小過熱側煙氣擋板，降低省煤器對煙氣的吸熱量，保證SCR入口煙氣溫度在140～120MW負荷范圍內＞285℃，試驗期間采取此種措施使得SCR入口煙溫在深調試驗期間＞307℃，完全可以保證脫硝催化劑效率，氨逃逸率未出現上漲情況，SCR和空預器的安全運行，空預器低溫腐蝕、銨鹽凝結的風險降低。

2．3 介質溫度、壁溫試驗數據分析

考慮直流爐升降負荷速率響應速率、水煤匹配和過熱度、主蒸汽溫度、壓力綜合參與協調的調整，煤量變化導致給水調整波動幅度較大，通過試驗觀察進行協調數據調整，邏輯閉鎖給水流量進一步降低，閉鎖在320t/h；汽泵再循環自動設置在450t/h，隨著負荷降低自動跟蹤逐步增開，給水流量降低較平緩，有效避免了試驗及機組正常運行中的非停事件。汽水系統受熱面試驗數據如表3。

通過試驗數據得出，能夠在120MW時維持主、再熱蒸汽溫度在額定，175～120MW降負荷時屏過壁溫隨著負荷降低給水溫度、水冷壁出口工質溫度逐漸降低，螺旋水冷壁、垂直水冷壁金屬壁溫隨負荷降低逐漸降低，其他部位金屬溫度與正常汽溫調節過程中溫度變化一致；高過、高再壁溫隨著負荷降低微微升高，主要原因為燃燒調整過程中為維持蒸汽溫度額定，而煙氣量少提高煙氣溫度所致。壓力變化速率：壓力變化速率均一致，按照2.5MW/min升降負荷速率計算，175～120MW范圍負荷下降時間22min，即主蒸汽壓降速率0.12MPa/min，小于175～350MW范圍內平均升降壓速率0.28MPa/min。175～120MW負荷階段各受熱面壁溫變化趨勢一致，各受熱面管壁壁溫無偏高現象，各負荷段壁溫偏差率與鍋爐正常運行溫度偏差一致，水動力工況安全影響。

表1 風煙系統試驗數據

表2 爐制粉系統試驗數據

表3 汽水系統受熱面試驗數據

3 結語

試驗表明，通過合理的配煤方式，煤質指標、煤粉細度等滿足要求，鍋爐各負荷段爐膛溫穩、火檢均能穩定，鍋爐出力降低至34.28%BRL工況時，不投穩燃裝置燃燒安全。試驗表明，通過煙氣擋板控制煙溫可以保證SCR入口煙氣溫度在307℃以上，滿足運行要求，機組環保數據不超標、SCR不需進行改造。深度調峰負荷變動，鍋爐水動力工況安全，各受熱面溫變速率平緩穩定，鍋爐可保持干態、額定溫度運行。驗證了制定的控制、調整措施可靠性，各系統運行可滿足長期安全運行，避免深度調峰造成機組非停。