基于靈活性改造的600 MW 超臨界燃煤機(jī)組深度調(diào)峰技術(shù)分析

畢曉祥

（國家電投集團(tuán)東北電力有限公司本溪熱電分公司，遼寧 本溪117000）

1 600 MW 超臨界燃煤機(jī)組簡介

電廠一期引進(jìn)2×600 MW 燃煤火力汽輪發(fā)電機(jī)組，鍋爐為東方鍋爐廠引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的超臨界參數(shù)與變壓運(yùn)行鍋爐，結(jié)構(gòu)為單爐膛、一次中間再熱以及前后墻對沖燃燒方式。機(jī)組的額定功率為660 MW，發(fā)電機(jī)額定容量為733.3 MVA，額定功率因數(shù)0.9，連續(xù)最大輸出功率為700 MW。該機(jī)組具有理想的性能優(yōu)勢，能滿足電廠的日常運(yùn)行生產(chǎn)要求。

2 600 MW 超臨界燃煤機(jī)組深度調(diào)峰需要面臨的問題

2.1 運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)

若機(jī)組長期處于低負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)，且各段抽汽壓力低，使各個(gè)相鄰段蒸汽壓力差逐漸降低，致使高壓與低壓加熱器之間的疏水壓力差下降，這一情況所引發(fā)的直接后果是輸水動力不足[1]。假設(shè)上級加熱器的水位低，會導(dǎo)致疏水調(diào)閥開度逐漸下降，雖然可以滿足水位要求，但是疏水調(diào)閥開度下降又會造成加熱器水位上升，進(jìn)而加大了調(diào)度，最終形成了一個(gè)循環(huán)。在這個(gè)過程中疏水調(diào)閥的調(diào)節(jié)過程是緩慢的，期間可能無法適應(yīng)水位快速變化的要求，最終出現(xiàn)疏水不穩(wěn)等情況，造成加熱器內(nèi)的水位波動，引發(fā)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 經(jīng)濟(jì)效益

對于發(fā)電企業(yè)而言，影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵指標(biāo)是汽輪機(jī)的熱耗以及鍋爐運(yùn)行效率等，在正常設(shè)備運(yùn)行環(huán)境下，當(dāng)鍋爐的負(fù)荷約為75%時(shí)，整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行效率最理想[2]。但是在深度調(diào)峰技術(shù)的影響下，設(shè)備的運(yùn)行效率會進(jìn)一步下降。造成這一情況的主要原因?yàn)殄仩t內(nèi)的溫度降低，受燃燒不充分影響，機(jī)組會出現(xiàn)嚴(yán)重的熱量損失。而相對應(yīng)的，隨著負(fù)荷下降，汽輪機(jī)所產(chǎn)生的熱耗也會逐漸增加，導(dǎo)致循環(huán)效率不高。由此可以認(rèn)為，受深度調(diào)峰技術(shù)的影響，電廠會出現(xiàn)資源浪費(fèi)的問題，影響了最終經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 環(huán)境保護(hù)

近些年環(huán)境保護(hù)已經(jīng)成為社會各方關(guān)注的重點(diǎn)問題，而發(fā)電廠應(yīng)該在環(huán)境保護(hù)中發(fā)揮自己的作用。現(xiàn)階段中國的電廠都配備了脫硫設(shè)施，并且積極開展鍋爐尾部受熱面改造的工作，這種情況在一定程度上減少了氮氧化物以及二氧化硫的排放量。而深度調(diào)峰技術(shù)會導(dǎo)致機(jī)組的負(fù)荷下降，導(dǎo)致污染氣體的濃度略有上升，但是整體上符合國家的排放標(biāo)準(zhǔn)。也有研究認(rèn)為，雖然深度調(diào)峰技術(shù)對環(huán)境的影響不明顯，但還是需要預(yù)防各類潛在環(huán)境問題的發(fā)生[3]。

3 基于靈活性改造的深度調(diào)峰技術(shù)研究

3.1 基本改造原則

針對600 MW 超臨界機(jī)組進(jìn)行分析后，考慮發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行對相關(guān)參數(shù)提出了詳細(xì)的技術(shù)要求。本文案例中所介紹的鍋爐帶有脫硝裝置，并通過平行擋板來調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)了固態(tài)排渣與通風(fēng)的同步進(jìn)行。在改造期間，設(shè)計(jì)中所使用的燃燒物為山西潞安貧煤與晉城無煙煤，結(jié)合相關(guān)實(shí)驗(yàn)，計(jì)算出煤的發(fā)熱量達(dá)到22 600 kJ/kg 的情況下，實(shí)際燃料消耗物為238.1 t/h。

靈活性改造時(shí)所設(shè)計(jì)的調(diào)溫方式為：過熱氣溫調(diào)節(jié)中間點(diǎn)溫度，一級、二級減溫水配合調(diào)整，在熱汽溫通道，用放置在尾部煙道的調(diào)溫?zé)煔鈸醢鍋碚{(diào)整問題。在鍋爐運(yùn)行期間，通過帶基本負(fù)荷并參與調(diào)峰方式，并結(jié)合發(fā)電廠的具體運(yùn)行要求來優(yōu)化制粉系統(tǒng)。該系統(tǒng)整體性能滿意，滿足設(shè)備的運(yùn)行要求。

3.2 具體措施

3．2．1 煙風(fēng)系統(tǒng)

深度調(diào)峰前，檢查鍋爐形態(tài)，在確認(rèn)“鍋爐風(fēng)量小于等于25%，負(fù)荷大于30%，三取二”的動作保護(hù)退出；在機(jī)組負(fù)荷下降至300 MW 情況下，可以退出機(jī)組的CCS（協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)），并實(shí)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)與一次風(fēng)機(jī)聯(lián)調(diào)；當(dāng)引風(fēng)機(jī)頻率下降至30 Hz 后，不需要再次調(diào)整引風(fēng)機(jī)；而隨著機(jī)組負(fù)荷進(jìn)一步下降，當(dāng)?shù)椭?00 MW 情況下，1 號爐的送風(fēng)機(jī)動葉最低下降至8%，維持送風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口風(fēng)壓控制在1.2～1.3 kPa，期間可以適當(dāng)降低停運(yùn)磨對應(yīng)的二次風(fēng)門開度，確保投運(yùn)磨層二次風(fēng)箱在壓力在0.35 kPa 以上運(yùn)行；在條件允許的情況下，需要進(jìn)一步調(diào)整引送風(fēng)機(jī)以及一次風(fēng)機(jī)，需要同時(shí)控制2 臺風(fēng)機(jī)均勻的出力，這樣能夠避免風(fēng)機(jī)出現(xiàn)喘振以及失速等問題，通過監(jiān)測風(fēng)機(jī)的軸承溫度變化以及振動情況，避免風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生。

而在實(shí)際上，當(dāng)機(jī)組的負(fù)荷下降至250 MW 左右時(shí)，工作人員需要根據(jù)安全運(yùn)行要求來監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行情況，依靠機(jī)組自身的空預(yù)器密封間隙來調(diào)整設(shè)備，確保空預(yù)器能夠與設(shè)備正常配合，在掌握數(shù)據(jù)變化的基礎(chǔ)上，針對電流異常以及電流擺動等采取應(yīng)對措施，并適當(dāng)調(diào)整空預(yù)器位置。

運(yùn)用了YOLO模型中的回歸思想進(jìn)行目標(biāo)區(qū)域的獲取，將人臉檢測問題轉(zhuǎn)化為單個(gè)回歸問題，并將改進(jìn)后YOLO模型用于ATM機(jī)上的目標(biāo)人臉區(qū)域定位，大大提升了檢測的速率。改進(jìn)的YOLO模型訓(xùn)練步驟主要如下：

3．2．2 制粉系統(tǒng)

在深度調(diào)峰期間，制粉系統(tǒng)防爆以及防燒粉管、燃燒器等都容易出現(xiàn)安全問題，因此需要工作人員密切觀察鍋爐內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)，包括爐膛負(fù)壓、著火情況等，將爐膛負(fù)壓波動控制在±100 Pa 水平下，若發(fā)現(xiàn)火焰出現(xiàn)閃爍等情況可以考慮投油助燃。同時(shí)為了避免調(diào)門波動而造成燃燒調(diào)節(jié)的大幅度波動，可以通過滑壓方法將負(fù)荷維持在滿意水平下，一般燃燒調(diào)節(jié)幅度不應(yīng)過大，盡量緩慢降低。

而考慮到煤種的特殊性，機(jī)組的運(yùn)行負(fù)荷未達(dá)180 MW情況下維持在100～250 t/h，此時(shí)為了確保燃燒穩(wěn)定性，可以考慮適當(dāng)降低下層磨處理情況，其中2 臺磨的出力應(yīng)大于40 t/h，中層磨維持在較低水平下處理，在3 臺磨的聯(lián)合配合下，保證磨粉管一次風(fēng)速不超過30 m/s。

3．2．3 給水系統(tǒng)

給水系統(tǒng)需要密切監(jiān)測汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)與水調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，嚴(yán)禁出現(xiàn)氣溫驟降以及超溫、缺水等問題；期間根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，在負(fù)荷下降至300 MW 時(shí)，機(jī)組的運(yùn)動負(fù)荷會隨著運(yùn)行狀態(tài)變化，在經(jīng)歷主、再熱汽溫變化后，繼續(xù)觀察機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)；而當(dāng)負(fù)荷下降至180 MW 情況下，可以將主、再熱氣溫控制在550 ℃情況就可以基本滿足機(jī)組運(yùn)行要求。若發(fā)現(xiàn)降低負(fù)荷難等問題，可以適當(dāng)改善機(jī)組的真空水平，這樣能夠強(qiáng)化耗氣量水平。而當(dāng)機(jī)組負(fù)荷下降至180 MW 之后，361 閥開啟的開啟容易受到分離器出口壓力以及主汽壓力的邏輯閉鎖限制，并且由于低負(fù)荷環(huán)境下會影響給水，導(dǎo)致鍋爐水罐壓力變化而出現(xiàn)斷水等情況。一般情況下，在改善主給水旁門路后，逐漸調(diào)整主給水電動門，電動門維持15%的開度即可，將給水量控制在500～600 t/h。

而當(dāng)2 臺小機(jī)轉(zhuǎn)速約為3 000 r/min，在氣泵再循環(huán)門全部打開的情況下，主給水旁門路關(guān)閉至35%以下依然無法保證過熱度的情況下，通過開啟高低壓旁路將壓力控制在8 MPa 左右，這樣不僅能夠滿足361 閥的開啟條件，也能維持理想的給水量，確保鍋爐在濕態(tài)環(huán)境下運(yùn)行。

3.3 注意事項(xiàng)

向調(diào)度申請之后，在機(jī)組深度調(diào)峰期間，將機(jī)組設(shè)備減負(fù)荷至280 MW 時(shí)，可解電平自動控制、協(xié)調(diào)控制后，將鍋爐從主控手動轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)備主動自動化控制模式（機(jī)跟隨方法），期間通過手動的方法逐步減少煤炭用量，并繼續(xù)降低負(fù)荷至240 MW；采用電平自動控制降低負(fù)荷時(shí)，減負(fù)荷率在直接下降至4 MW/min 以下水平后緩慢進(jìn)行。機(jī)組在進(jìn)行加負(fù)荷與減負(fù)荷的相關(guān)操作時(shí)，應(yīng)該關(guān)注蒸汽過熱度以及主汽壓力的變化，在發(fā)現(xiàn)過熱度降低的情況下，進(jìn)一步調(diào)整中間點(diǎn)溫度燃料，通過補(bǔ)償以及暫時(shí)停止減荷載等手段進(jìn)行處理，確保過熱度大于等于2 ℃；此外，將主汽壓力與給水壓力的差值控制在一定水平內(nèi)，保障鍋爐的上水情況滿意。

當(dāng)褐煤磨煤機(jī)保持低負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)下，減少運(yùn)行期間的冷一次風(fēng)量，確保風(fēng)量在分離器出口的溫度維持在40～45 ℃水平，通過降低通風(fēng)量的方法，且二次風(fēng)門時(shí)刻處于關(guān)閉狀態(tài)。保證備用磨煤機(jī)能夠隨時(shí)在準(zhǔn)備的情況下啟用，若發(fā)生磨跳閘故障的情況，隨時(shí)準(zhǔn)備啟用備用設(shè)備。當(dāng)負(fù)荷下降至300 MW 以后，需要進(jìn)一步觀察氣泵的流量變化，而考慮到給煤量減少的情況，依然需要將水煤比控制在理想水平下。

4 效果評價(jià)

該電廠機(jī)組做深調(diào)負(fù)荷試驗(yàn)后，機(jī)前壓力為15.6 MPa，燃煤量為160 t，給水量維持在660 t。通過試驗(yàn)，機(jī)組的運(yùn)行安全性得到保證，負(fù)荷下降至240 MW 之后，機(jī)前壓力維持在14.5 MPa，水煤比控制在3.7，汽溫的各個(gè)環(huán)節(jié)保持額定，并且隨著多次操作，機(jī)組的運(yùn)行安全得到保障，多次配合最終順利完成調(diào)峰任務(wù)，取得了預(yù)期效果。

5 結(jié)束語

本文介紹的靈活性改造600 MW 超臨界燃煤機(jī)組深度調(diào)峰技術(shù)具有可行性，相關(guān)技術(shù)安全、有效，因此值得進(jìn)一步推廣。