超臨界600MW機組深度調(diào)峰安全技術探索與實踐

許群，閻德志，許鈺青

（1.國家能源集團荊門發(fā)電有限公司，湖北 荊門 448000；2.國網(wǎng)湖北省電力有限公司檢修公司，湖北 武漢 430050）

0 引言

國內(nèi)2000年前后投產(chǎn)機組均不適應50%以內(nèi)負荷深度調(diào)峰的需要，一方面改造投入資金巨大，另一方面大量新問題需解決。針對某電廠2×600MW未經(jīng)過任何調(diào)峰靈活性技術改造超臨界直流機組，深度調(diào)峰至40%負荷的安全運行技術探討。

1 機組參與深度調(diào)峰是國家生態(tài)文明層面建設需要

我國力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和，事關中華民族永續(xù)發(fā)展和構建人類命運共同體。電網(wǎng)新能源裝機呈爆發(fā)式增長，電網(wǎng)將面臨消納和深度調(diào)峰兩大難題。2018年6月國家發(fā)改委、國家能源局印發(fā)《關于提升電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的指導意見》，要求加快電源側調(diào)節(jié)能力的提升，2020年9月華中監(jiān)管局修改版的“兩個細則”實施。

2 機組調(diào)峰運行現(xiàn)狀

該廠2×600MW機組系東鍋、東汽、東電配套產(chǎn)品，設計最低安全穩(wěn)定負荷為300MW，即50%的額定負荷。機組投產(chǎn)運行15年未進行過深度調(diào)峰方面技術改造。電網(wǎng)公司要求各企業(yè)充分挖掘設備潛力，從正常運行負荷范圍50%～100%，擴展到40%～100%及以內(nèi)。

圖1 2020 年該廠機組深度調(diào)峰統(tǒng)計

2020年度，該廠2×600MW機組，參與深度調(diào)峰118臺次，累計深度調(diào)峰運行361.5小時，累計深度調(diào)峰電量835.5萬KWh,深度調(diào)峰期間最低運行負荷250.3MW。

3 機組參與深度調(diào)峰運行安全性與經(jīng)濟分析

3.1 機組安全性分析

深度調(diào)峰時，短時間內(nèi)鍋爐熱容量大幅減少，進入鍋爐的空氣V（氧量）需按協(xié)調(diào)系統(tǒng)參數(shù)同步大幅降低，由圖2對比分析，深度調(diào)峰低負荷減至40%時，風量過小，鍋爐六大風機工作點，可能處于不穩(wěn)工作區(qū)，A、B側風機存在搶風，甚至發(fā)生風機喘振情況[1]。

圖2 機組由600MW 減負荷到300WM 引風機風壓、風速及鍋爐總風量變化曲線

低負荷運行時，直流鍋爐熱容量小，干態(tài)與濕態(tài)之間頻繁轉(zhuǎn)換（過熱度），一旦值班員疏忽或調(diào)整不及時，中間儲水罐滿水，危及汽輪機安全。

低負荷時，鍋爐熱容量減小，導致煙氣溫度低，空預器存在低溫腐蝕風險、換熱面引起積灰堵塞，差壓增大[2]。

低負荷時，由于鍋爐風量小，風速低，導致水平煙道短時間內(nèi)積灰快速增加，風煙系統(tǒng)阻力增大。

3.2 脫硝SCR系統(tǒng)安全性分析

深度調(diào)峰實際運行曲線分析，低負荷時，鍋爐熱容量減小，排煙溫度低，偏離脫硝催化劑工作溫度區(qū)間（該廠催化劑設計工作溫度320～460℃），特別是當入口煙氣溫度低于300℃時，富裕的氨氣與水份、三氧化硫反應生成硫酸氫氨，導致催化劑表面及構件腐蝕與粘結，SCR區(qū)域差壓增大[3]。低負荷時，由于爐膛最低風量限制，鍋爐富氧燃燒、SCR入口氮氧化物增大，噴氨量增大，氨逃逸率增大，生成的NH4HSO4在催化劑上粘結，導致催化劑活性能力下降。

3.3 “四管”系統(tǒng)的安全性分析

低負荷時，鍋爐產(chǎn)汽量小，屏過和高過區(qū)域易超溫，一、二級減溫水噴量加大，噴水后溫度急劇下降，金屬應力突變，高過區(qū)域易出現(xiàn)爆管現(xiàn)象。受熱面局部區(qū)域冷卻可能不足，偏差增大，水冷壁溫波動大，減溫水量大，存在霧化效果不好，產(chǎn)生水塞現(xiàn)象，導致爆管發(fā)生。深度調(diào)峰鍋爐燃燒偏離正常運行工況，鍋爐內(nèi)熱容量發(fā)生大幅波動，溫度會出現(xiàn)驟然變化，幅度同時加大，易導致氧化皮脫落，四管局部超溫存在爆管風險。

3.4 深度調(diào)峰電廠側機組經(jīng)濟性分析

（1）2020年版華中電網(wǎng)煤電機組深度調(diào)峰補償標準[4]。

運行調(diào)峰補償費用：

式中W運行調(diào)峰為運行調(diào)峰深度貢獻電量，C調(diào)峰為調(diào)峰電量補償價格。運行調(diào)峰深度貢獻電量：

式中Pmin為機組基本調(diào)峰能力確定的機組最小技術出力，P實際為機組實際出力。調(diào)峰電量補償價格：

機組運行經(jīng)濟性較差，尤其在低負荷運行經(jīng)濟性下降明顯，主要原因是汽輪機通流部分效率低、實際運行工況嚴重偏離機組經(jīng)濟工況點。經(jīng)測算參與深度調(diào)峰期間，補償費用是不足以抵消深度調(diào)峰期間，機組能耗水平增大的消耗，華中區(qū)域火電廠參與深度調(diào)峰的積極性不高。

4 開展挖掘機組調(diào)峰潛力

4.1 運行人員精細化調(diào)整

（1）深度調(diào)峰運行期間鍋爐穩(wěn)定燃燒，對煤質(zhì)依賴程度急劇增加，必須改變傳統(tǒng)粗獷式配煤摻燒模式，保障底層磨煤為設計煤種，且不得發(fā)生斷煤情況，增加鍋爐燃燒穩(wěn)定，滿足精細化調(diào)整的基礎條件。（2）純凝式機組，盡可能增加深度調(diào)峰機組對外供汽量，間接提高機組最小出力到安全穩(wěn)定熱負荷區(qū)間運行。（3）深度調(diào)峰到50%以內(nèi)負荷時，由于鍋爐風量小，機組負荷升降速度必須降低至1～2MW/min，甚至更低，防止波動引起參數(shù)紊亂。（4）精細化調(diào)整磨煤機配風，提高磨煤機混合出口溫度，改善鍋爐穩(wěn)定燃燒的基礎條件。（5）調(diào)峰到50%以內(nèi)負荷時，鍋爐熱容量快速減少，空預器膨脹隨之減小，防止動靜摩擦，導致空預器電機電流大幅波動，甚至跳閘。（6）吹灰器投入頻次優(yōu)化，加大低負荷時，空預器冷端、SCR區(qū)域吹灰，防止換熱面積灰。（7）深度調(diào)峰前必須進行鍋爐等離子助燃系統(tǒng)投入試驗，提高等離子投入時的可靠性。

4.2 組織開展探索性試驗工作

（1）開展鍋爐六大風機低負荷安全運行工況試驗，保證鍋爐正常穩(wěn)定的汽壓、汽溫，減少過熱器、再熱器汽溫偏差及減溫水流量等，以提高整個機組的熱效率。（2）通過燃燒優(yōu)化調(diào)整盡量減少各種熱損失，提高鍋爐熱效率[5]。定期開展磨煤機一次風粉管調(diào)平工作，保證煤粉細度達標，增強鍋爐低負荷下穩(wěn)定燃燒能力。定期對鍋爐氧量表校驗，防止缺氧或富氧燃燒，導致鍋爐還原性腐蝕或入口NOX過大。（3）風煙調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制邏輯優(yōu)化，盡可能覆蓋40%～100%負荷區(qū)間。（4）機組深度調(diào)峰期結束后，應制度化進行空預器冷端、熱端、水冷壁、屏過區(qū)域、SCR區(qū)域加強吹灰，盡可能清除低負荷運行期間積灰、粘結。

5 結語

通過精細化調(diào)整，充分挖掘機組調(diào)峰潛力，從50%～100%的調(diào)峰能力，擴展到40%～100%的調(diào)峰能力。但無論從經(jīng)濟性還是安全性考慮，在取得調(diào)度部門許可的前提下，機組盡可能不參與低于50%負荷的深度調(diào)峰運行，更不宜長時間運行。低于40%負荷以內(nèi)運行，機組的安全性無法得到保障，氮氧化物達標排放無保障。現(xiàn)有設備狀態(tài)下，應杜絕進入40%負荷以內(nèi)區(qū)間調(diào)峰運行。落實碳達峰、碳中和目標，強化可再生能源電力消納責任權重引導機制，大容量火電機組必須進行30%負荷深度調(diào)峰靈活性技術改造。