某300MW機組深度調峰性能分析研究

林良瀚

（國能神福（龍巖）發電有限公司，福建 龍巖 366100）

近幾年可再生能源裝機容量快速增長，棄風、棄光問題愈演愈烈，為解決日益嚴重的棄風（光、水）問題，提高新能源的消納能力，提高我國清潔能源的利用率，減小清潔能源在并網供電過程中對局部電網產生沖擊的可能性，保證電網的安全穩定運行，亟需提高火電機組的運行靈活性，提升和擴展電力系統的調峰能力。國家能源局連續召開會議和發文，對開展火電靈活性改造提出明確要求，要求燃煤機組開展靈活性改造，并進一步增加負荷響應速率，使機組具備深度調峰能力。但由于改造技術路線和補償機制等原因。“十三五”期間，計劃實施的2.2億kW燃煤機組的靈活性改造僅僅完成1/4，因此探索結合企業實際情況掌握機組性能狀態，完善技術路線，持續推進靈活性改造成為現實需要。以某300MW機組為例，通過低負荷穩燃與機、爐、熱控設備適應性試驗，分析了機組鍋爐低負荷下受熱面金屬壁溫、SCR入口煙溫、風機/磨煤機/凝結水泵/給水泵/循環水泵等輔機運行狀況，研究了機組在現有設備和煤質下的低負荷穩燃能力，和限制機組低負荷穩定運行的瓶頸，為靈活性改造提供數據支撐。

1 機組概況及主要設計參數

某300MW機組鍋爐由上海鍋爐廠制造，型號為SG-1065/17.5-M890，鍋爐型式為亞臨界、П型布置、自然循環、單爐膛、一次中間再熱、全鋼架懸吊結構、擺動燃燒器、四角切圓燃燒、平衡通風、固態排渣燃煤汽包爐。鍋爐設計煤種和校核煤種均為府谷馮家塔煤礦煙煤，煤質參數如表1所示。制粉系統采用正壓直吹式，鍋爐配備5臺ZGM95G型中速磨煤機，點火、助燃采用等離子點火器。除灰系統設置兩臺雙室四電場靜電除塵器及濕式電除塵裝置，采用濃相正壓氣力除灰，除渣系統采用單側水浸式刮板撈渣機配渣倉方式除渣。每臺爐配一臺撈渣機，渣水采用閉式循環系統。鍋爐采用兩臺容克式三分倉回轉式空氣預熱器，兩臺雙級動葉可調軸流式引風機，兩臺動葉可調軸流式送風機，二臺離心式一次風機。脫硝系統采用選擇性催化還原法全煙氣脫硝工藝。鍋爐配備5臺ZGM95G型中速磨煤機，磨煤機主要參數如表1所示。

表1 鍋爐設計煤種與校核煤種煤質參數

鍋爐配備5臺ZGM95G型中速磨煤機，磨煤機主要參數如表2所示。

表2 磨煤機主要參數

汽輪機由上海汽輪機廠制造，型號為N300—16.7/538/538，汽輪機為亞臨界、單軸、中間再熱、雙缸雙排汽、空冷凝汽式汽輪機。高中壓部分采用合缸反流結構，低壓部分采用雙流反向結構。

2 試驗及分析

2.1 試驗依據及主要內容

試驗主要參照《電站鍋爐性能試驗規程》（GB10184-2015）、《電站磨煤機及制粉系統性能試驗》（DL/T467-2004）和該廠主輔機運行規程和相關操作管理要求等進行。試驗主要儀器有：煙氣分析儀testo 350pro、煙氣前置處理箱PPS 6/3、熱電偶K型鎧裝、煙氣混合器Φ150-12、數字式溫度表TES-1306、干濕球溫度計、飛灰取樣器FHQYQ、光學高溫儀IS8 Plus等。試驗主要內容包括：低負荷穩燃試驗、鍋爐污染物排放濃度測試、鍋爐助燃設備投切試驗、低負荷鍋爐主要輔機適應性試驗、汽輪發電機組軸系振動試驗等。

2.2 低負荷穩燃試驗

在ABC、AB和CDE三種磨組合方式下，機組由高負荷逐漸降低至目標負荷，遵循從高到低、循序漸進的方式進行，當負荷減至50%以下時，減負荷速率一般應控制在1～3MW/min之間，試驗中減負荷的速率主要根據燃燒強度變化及燃燒穩定性的情況而定，并注意保持適當的一次風量、二次風量和氧量；減煤的同時，應適當調整該磨的一次風量，以保證較合理的一次風速、煤粉濃度、磨出口溫度；同時，適當的減少二次風量，維持合理的運行氧量。試驗期間，試驗人員應加強就地看火，運行人員加強對火檢信號及爐膛負壓、一次風量、二次風量、氧量、煙溫以及受熱面壁溫等參數的監視，如有大幅異常波動或受熱面超溫時應暫時停止減負荷，并可適當增加負荷待燃燒調整穩定后，再繼續進行降負荷試驗。

在試驗中，機組負荷降至118～120MW，分別進行投運ABC磨、AB磨、CDE磨試驗，各穩定運行2h左右，期間現場看火，燃燒較為穩定，火焰較為明亮，沒有閃火現象發生，表盤火焰電視和火檢均在正常范圍內波動，爐膛溫度均在1360～1420℃之間，主要運行參數見表3。除主蒸汽溫度略偏高外，鍋爐各個受熱面壁溫均在允許范圍內。試驗表明鍋爐在上述三種磨煤機投運方式下，機組均具有純凝工況120MW負荷的不助燃穩燃能力（見表3）。

表3 鍋爐低負荷穩燃試驗主要運行參數

2.3 鍋爐污染物排放濃度測試

在低負荷穩燃試驗期間，機組負荷穩定在40%MW，對SCR入口NOx、CO濃度以及空預器出口NOx、CO等參數進行測量，并記錄機組煙囪出口NOx、粉塵和SO2濃度。該項試驗在投運ABC磨、BC磨、CDE磨時進行，具體數據如下。

ABC磨運行，A/B側SCR入口實測氧量為6.18/6.67%，A/B側SCR入口實測NOx濃度為409.4/407.2mg/m3，A/B側SCR入口實測溫度為292.7/287.0℃；煙囪處NOx濃度為29.45mg/m3，SO2濃度為18.8mg/m3，粉塵濃度為5.31mg/m3。

AB磨運行，A/B側SCR入口實測氧量為6.32/6.46%，A/B側SCR入口實測NOx濃度為308.5/293.9mg/m3，A/B側SCR入口實測溫度為293.5/289.7℃；煙囪處NOx濃度為20.39mg/m3，SO2濃度為21.79mg/m3，粉塵濃度為3.21mg/m3。

CDE磨運行，A/B側SCR入口實測氧量為6.59/6.12%，A/B側SCR入口實測NOx濃度為473.3/476.7mg/m3，A/B側SCR入口實測溫度為296.9/291.5℃；煙囪處NOx濃度為25.73mg/m3，SO2濃度為16.25mg/m3，粉塵濃度為3.60mg/m3。

在40%負荷工況，三種磨組合方式下入口溫度能夠滿足SCR入口溫度要求。主要污染物排放均符合要求。

2.4 鍋爐助燃設備投切試驗

鍋爐最低穩燃負荷確定后，維持機組負荷穩定，對爐膛溫度進行測量，并記錄表盤主要運行參數，如爐膛負壓、汽溫及壁溫參數；記錄完成后，投入A層等離子設備，帶設備運行正常后，再次對爐膛溫度進行測量，并記錄表盤主要運行參數；等離子設備投入試驗完成后，按照對角一次停運的方式逐步退出等離子，每停運1臺等離子設備需間隔5～10min，停運期間試驗人員需對爐膛燃燒狀況和爐膛溫度進行觀察和測量，出現燃燒不穩的情況時，及時投入已停運的等離子助燃設備，并逐步升高負荷；助燃設備全部推出后，再次對爐膛溫度進行測量，并記錄表盤主要運行參數。

2.5 汽輪發電機組軸系振動試驗

低負荷穩燃試驗期間，觀測汽輪機組軸系振動，判斷低負荷時軸系振動是否滿足機組設計要求。試驗結果如表4。

表4 低負荷穩燃試驗期間汽輪機軸系振動結果

根據運行規程，汽輪機1#、2#軸承轉子振動報警值為150μm，3#、4#、5#、6#、7#軸 承 轉 子 振 動 報 警 值 為127μm。從試驗結果來看，1號機組負荷為40%負荷時，汽輪機組軸系振動數值均在合理范圍內，汽輪機組運行穩定。

2.6 熱工自動與保護適應性自評價

機組負荷從50%MW降至40%過程中，協調全程投入，負荷變化速率均能按照2MW/min進行，機組的所有保護設置與50%以上時一致，保護全部投入；降負荷過程中，負荷降至40%左右時，主蒸汽流量低于400t/h，給水切手動，其他已投入的自動正常運行。

負荷變化速率能按照2MW/min進行，機組的所有保護設置與50%以上時一致，保護全部投入；降負荷過程中，負荷降至40%MW左右時，主蒸汽流量低于400t/h，給水切手動，其他已投入的自動正常運行。建議對滑壓曲線、壓力變化速率以及加減煤的速率進行優化，以適應AGC所要求的負荷變化速率；同時對磨煤機風量、脫硝系統噴氨以及汽溫調節等均在手動方式，建議進行相應的優化或改造，提高深度調峰方式下的安全穩定運行能力。

3 結語

本機組分別投運ABC、AB和CDE磨煤機時，均具有純凝工況低負荷的不助燃穩燃能力；鍋爐各受熱面壁溫均在允許范圍內。三種磨組合方式下入口溫度能夠滿足SCR入口溫度要求。低負荷穩燃試驗期間，各污染物達標排放；汽輪發電機組軸系振動數值均在運行范圍內，汽輪發電機組運行穩定，基本能滿足40%深度調峰要求。

試驗中主蒸汽略偏高，不利降負荷，需要對滑壓曲線、壓力變化速率以及加減煤的速率進行優化，以適應AGC所要求的負荷變化速率。磨煤機風量、脫硝系統噴氨以及汽溫調節等均在手動方式，建議進行相應的優化或改造，提高深度調峰方式下的安全穩定運行能力。