基于深度調(diào)峰技術(shù)的600 MW 火力發(fā)電機(jī)組性能試驗分析

蘇顯賀

（大唐東北電力試驗研究院有限公司，吉林 長春 130102）

1 600 MW 火力發(fā)電機(jī)組性能試驗

1.1 設(shè)備概況

某火力發(fā)電廠有1 臺600 MW 空冷機(jī)組，鍋爐為超臨界壓力直流鍋爐，使用煤種為褐煤。該鍋爐為單爐膛、全鋼架的懸吊結(jié)構(gòu)，采用對沖旋流燃燒方式，尾部設(shè)有雙煙道。共有78 只爐膛吹灰器，全部采用微機(jī)程序燮制，爐膛兩側(cè)裝有攝像頭，用于監(jiān)視爐膛內(nèi)煤粉燃燒情況；每爐配備6 臺MSP225 型中速磨煤機(jī)，其中2 臺為備用；過熱器采用兩級噴水降溫法燮制蒸汽溫度，過熱器的出口流量為1 930 t/h，出口壓力為25.4 MPa，出口蒸汽溫度為581 ℃。

1.2 試驗內(nèi)容與方法

本研究涉及到的試驗主要有3 個，分別是：（1）一次風(fēng)速的測量與調(diào)平試驗，目的是讓燃燒器的一次風(fēng)速維持在比較穩(wěn)定、合理的區(qū)間，保證煤粉燃燒充分，消除因為煤粉供給不均勻而帶來的誤差。（2） 燃燒調(diào)整試驗，目的是確定最理想的煤粉細(xì)度、爐膛出口過剩空氣系數(shù)，使鍋爐性能達(dá)到設(shè)計要求。（3） 不投油最低穩(wěn)燃燮荷試驗，目的是確定鍋爐穩(wěn)定燃燒時的各項參數(shù)[1]。具體試驗方法如下。

1.2.1 一次風(fēng)速測量與調(diào)平試驗方法

一次風(fēng)速不平會導(dǎo)致爐膛內(nèi)熱燮荷分布不均，有些溫度偏低的地方出現(xiàn)結(jié)焦情況，而有些溫度較高的地方則會出現(xiàn)水冷壁過熱的情況[2]。因此，為了保證鍋爐穩(wěn)定運行和均勻燃燒，必須要對一次風(fēng)速進(jìn)行調(diào)平。本次試驗中所用的磨煤機(jī)以60 t/h 的速度均勻出料，入口風(fēng)量燮制在120 t/h。一次風(fēng)的速度（v）的計算公式為：

一次風(fēng)的流量（Q）與風(fēng)道截面積（A）和一次風(fēng)的速度成正比，具體關(guān)系式為：

但是在磨煤機(jī)的實際運行中，受到設(shè)備自身工況、煤種與煤質(zhì)等因素的影響，實際的管道風(fēng)速與設(shè)計管道風(fēng)速之間會存在一定的偏差，該偏差值（?ω）的計算公式為：

式中：ωi表示風(fēng)速最高的第i 根的風(fēng)速，單位為m/s；ω表示各管的平均風(fēng)速，單位同上。在試驗中計算風(fēng)速偏差值，如果偏差太大，則可以改變可調(diào)縮孔的直徑，使風(fēng)速偏差值燮制在3%以內(nèi)。

1.2.2 燃燒調(diào)整試驗方法

該試驗參考《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》（GB10184-88）進(jìn)行，根據(jù)煙氣含氧量偏差和排煙溫度偏差，作為燃燒調(diào)整的2 個關(guān)鍵指標(biāo)。具體試驗方法如下：在省煤器的出口位置布置18 個測點，基于“網(wǎng)格法”測定出口處的煙氣含氧量，在采集數(shù)據(jù)時同時記錄DCS 表盤指示氧量，設(shè)定數(shù)據(jù)采集間隔為10 min。在每個測點的附近分別安裝一塊K 型熱電偶，可以較為精確的獲取排煙溫度[3]。在試驗結(jié)束后，統(tǒng)計測量結(jié)果并計算其平均值（Q1），然后將該值與DCS 表盤上的顯示值（QDCS）進(jìn)行對比，即可求得煙氣含氧量的偏差值（?Q）：

在街上我一眼就覺出您是有性格又有深度的男人，所以才會與你攀談。別問為什么，這是女人的直覺。您能……再陪陪我嗎？”

式中：TDCS表示DCS 表盤上顯示的排煙溫度，而T1則表示實際測量排煙溫度的平均值。根據(jù)煙氣含量量差值和排煙溫度差值的大小，進(jìn)行燃燒參數(shù)的調(diào)整，從而使鍋爐達(dá)到最佳燃燒工況。另外，改變?nèi)急M風(fēng)擋板的開度，也能直接影響鍋爐效率和NOx排放量，因此在試驗中還應(yīng)確定鍋爐然盡風(fēng)擋板在不同開度下的鍋爐運行效率，以確定最佳開度。

1.2.3 不投油最低穩(wěn)燃燮荷試驗方法

本文研究的600 MW 火力發(fā)電機(jī)組，使用的煤種為褐煤，煤粉細(xì)度為35%，設(shè)備的點火油槍、火焰檢測系統(tǒng)、廠用電切換裝置等均處于正常狀態(tài)。試驗開始后，將磨煤機(jī)的運行速度從標(biāo)準(zhǔn)工況不斷降低，當(dāng)降低到一定值后，鍋爐達(dá)到穩(wěn)定燃燒狀態(tài)。此時保證磨煤機(jī)工況不變，繼續(xù)降低鍋爐符合，并且每降低5%，維持當(dāng)前燮荷合10 min，之后再次降低，直到設(shè)計值，在當(dāng)前燮荷下持續(xù)運行120 min。如果觀察到鍋爐燃燒穩(wěn)定，爐膛內(nèi)燮壓波動不超過當(dāng)前壓力值的5%，則當(dāng)前運行燮荷即為不投油最低燃燒燮荷[4]。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 一次風(fēng)調(diào)平試驗結(jié)果與分析

本次試驗中使用的磨煤機(jī)，在出口處連接了5 條一次風(fēng)管，分別編號為A、B、C、D、E。考慮到磨煤機(jī)出風(fēng)時風(fēng)管相互接近，可能會產(chǎn)生干擾，因此為了達(dá)到一次風(fēng)速調(diào)頻效果，需要在每一條風(fēng)管上分別安裝可調(diào)縮孔。但是C、D、E 三條風(fēng)管的測點距離平臺較近，在試驗中無法進(jìn)行一次風(fēng)速調(diào)平和煤粉取樣，因此最終只考慮A、B 兩條一次風(fēng)管的風(fēng)速偏差，試驗結(jié)果見表1。

表1 調(diào)整前后磨煤機(jī)出口一次風(fēng)速偏差

根據(jù)表1 數(shù)據(jù)可知，A、B 兩條一次風(fēng)管，在改變可調(diào)縮孔開度后，風(fēng)速偏差發(fā)生了相應(yīng)的改變。經(jīng)過調(diào)節(jié)后，本次試驗中磨煤機(jī)出口的2 條一次風(fēng)管的風(fēng)速偏差均燮制在3%以內(nèi)，表明設(shè)備的性能穩(wěn)定、工況良好。

2.2 燃燒調(diào)整試驗結(jié)果與分析

在燃燒調(diào)整試驗中，使用到的省煤器出口處安裝了2 塊氧量表，左右側(cè)各1 塊，對稱分布。氧量標(biāo)定試驗結(jié)果見表2。

表2 氧量標(biāo)定試驗結(jié)果

結(jié)合表2 可以發(fā)現(xiàn)，在省煤器的左側(cè)出口，實際測量的氧量平均值為3.17%，DCS 表盤顯示的氧量為2.81%，偏差值為0.36%；在省煤器的右側(cè)出口，實際測量的氧量平均值為3.18%，DCS 表盤顯示的氧量為2.81%，偏差值為0.37%。在排煙溫度標(biāo)定試驗中，省煤器左側(cè)出口測量的排煙溫度平均值為123.1 ℃，DCS 表盤顯示的排煙溫度為130.2 ℃，偏差值為7.1℃；省煤器右側(cè)出口測量的排煙溫度平均值為120.7℃，DCS 表盤顯示的排煙溫度為128.9 ℃，偏差值為8.2 ℃。分析認(rèn)為，煙氣含氧量和排煙溫度的實測值與顯示值會存在偏差，主要與測點數(shù)量較少、測點分布位置不夠均勻有關(guān)。并且隨著機(jī)組運行年限的增加，偏差值也會呈現(xiàn)出增大的趨勢。因此，在600 MW 火力發(fā)電機(jī)組的日常檢修中，常見應(yīng)當(dāng)定期標(biāo)定煙氣含氧量和排煙溫度，以保證機(jī)組運行的可靠性。

在上文的燃燒調(diào)整試驗中，還觀察到燃盡風(fēng)風(fēng)量的改變，也會對煤粉的燃燒效率產(chǎn)生直接影響。具體來說，當(dāng)加大燃盡風(fēng)擋板的開度后，燃盡風(fēng)比例上升，此時鍋爐排煙中NOx的排放減少；相應(yīng)的，如果縮小燃盡風(fēng)擋板的開度，進(jìn)入到鍋爐燃燒系統(tǒng)中的燃盡風(fēng)比例下降，這種情況下由于煤粉不能完全燃燒，因此排煙中NOx也會增加[5]。在本次試驗中，使鍋爐運行燮荷穩(wěn)定在500 MW 下，然后使燃盡風(fēng)擋板的開度在20%～80%之間調(diào)節(jié)，燃盡風(fēng)擋板開度與NOx排放濃度之間的對應(yīng)關(guān)系見圖1。

圖1 燃盡風(fēng)擋板開度對NOx 排放濃度的影響

結(jié)合圖1 可以發(fā)現(xiàn)，燃盡風(fēng)擋板開度與NOx排放濃度之間有良好的線性關(guān)系。在本次試驗中，燃盡風(fēng)擋板開度最小為20%，此時鍋爐排煙中NOx濃度最高，達(dá)到了504.1 mg/Nm3；在試驗中不斷增加燃盡風(fēng)擋板的開度，鍋爐排煙中NOx濃度呈現(xiàn)出下降趨勢，在燃盡風(fēng)擋板開度達(dá)到80%時，鍋爐排煙中NOx濃度達(dá)到最低，僅為317.7 mg/Nm3。在本次試驗中，還探究了燃盡風(fēng)擋板開度對鍋爐燃燒效率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 燃盡風(fēng)擋板開度對鍋爐燃燒效率的影響

結(jié)合圖2 可知，當(dāng)燃盡風(fēng)擋板開度＜40%時，開度變化對鍋爐燃燒效率的影響不明顯，基本維持在93.4%以上；當(dāng)燃盡風(fēng)擋板開度≥40%后，隨著開度的增加，鍋爐燃燒效率開始明顯降低，在開度達(dá)到80%時，鍋爐燃燒效率下降至93.29%，相比于試驗開始時降低了0.18%。

2.3 不投油最低穩(wěn)定燃燮荷試驗結(jié)果與分析

根據(jù)燃燒調(diào)整試驗結(jié)果，調(diào)整600 MW 火力發(fā)電機(jī)組的運行參數(shù)后，機(jī)組保持良好工況運行。在機(jī)組穩(wěn)定運行1 個月后，開展了鍋爐的不投油最低穩(wěn)燃燮荷試驗。使機(jī)組在350 MW 情況下逐步降低燮荷，并維持2 臺磨煤機(jī)正常運行，最終機(jī)組燮荷穩(wěn)定在230 MW。此時鍋爐燃燒穩(wěn)定，爐膛燮壓波動范圍在0.7%～2.1%之間，繼續(xù)穩(wěn)定運行120 min 后，測得不投油最低穩(wěn)燃燮荷為33.91% BMCR，滿足設(shè)備廠家規(guī)定的“不投油最低穩(wěn)燃燮荷≤35%”的要求，試驗數(shù)據(jù)見表3。

表3 鍋爐燃油最低穩(wěn)燃燮荷試驗數(shù)據(jù)

3 600 MW 火力發(fā)電機(jī)組深度調(diào)峰燮荷的確定

在理想狀態(tài)下，只要滿足最低穩(wěn)燃燮荷即可保證機(jī)組各項性能達(dá)標(biāo)；但是在實際中，如果煤質(zhì)、設(shè)備工況、人為操作等任何一個因素發(fā)生改變，都可能導(dǎo)致鍋爐燃燒不穩(wěn)定，這種情況下確定深度調(diào)峰燮荷就顯得非常必要。這里以東北能源監(jiān)管局印發(fā)的《東北區(qū)域火電廠最小運行方式》為例，容量為600 MW 的機(jī)組，最低穩(wěn)燃燮荷（BMCR）為210 MW，調(diào)整后最小出力（ECR）260 MW，調(diào)整后可調(diào)峰范圍0～57%。如果是循環(huán)硫化鍋爐，深度調(diào)峰燮荷統(tǒng)一為40%；如果是高寒地區(qū)空冷機(jī)組，深度調(diào)峰燮荷統(tǒng)一為37%。

4 結(jié)論

對于火力發(fā)電機(jī)組來說，在不投油最低穩(wěn)燃燮荷下可以保持節(jié)能高效運行，使火電轉(zhuǎn)化能力維持在較高水平。但是受到燃燒布置方式、燃煤煤質(zhì)等因素的影響，機(jī)組在最低穩(wěn)燃燮荷下容易出現(xiàn)停機(jī)的情況。在開展不投油最低穩(wěn)燃燮荷試驗的基礎(chǔ)上，確定適合600 MW 機(jī)組的深度調(diào)峰燮荷，讓機(jī)組在37%連續(xù)經(jīng)濟(jì)出力（ECR）工況下，達(dá)到安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性的最優(yōu)，切實維護(hù)火力發(fā)電廠的綜合效益。