國能神華九江百萬機組寬負荷優化調整試驗與分析

國能神華九江發電有限責任公司 劉玉超 李文建 西安熱工研究院有限公司 呂春陽 王祝成

1 研究背景

為提高電網對清潔能源的消納能力，對燃煤發電機組深度調峰性能提出了更高的要求，特別是現已投產或在建的大型鍋爐機組要求具有短時間深度調峰的能力，并在鍋爐機組安全運行的情況下（燃燒工況相對穩定、汽溫、汽壓波動在合理范圍內等）探索鍋爐機組的低負荷穩燃瓶頸[1]，為機組今后的安全、經濟運行和參與電網調峰提供技術依據，神華九江電廠特委托西安熱工研究院有限公司開展煤電機組寬負荷高效技術研究。

2 設備概況

神華九江電廠裝設兩臺2×1052MW超超臨界燃煤發電機組，鍋爐為超超臨界參數、變壓運行直流爐、前后墻對沖燃燒方式、固態排渣、一次中間再熱、平衡通風、露天布置、全鋼構架、全懸吊Π型結構。鍋爐設有帶循環泵的內置式啟動系統，鍋爐設計參數如表1所示。

表1 鍋爐主要熱力設計參數

3 調整方法

鍋爐寬負荷燃燒調整主要包括以下方面：磨煤機進出口一次風速大小、偏差調整；煤粉細度調整；配風方式調整；燃燒器旋流強度調整；運行氧量調整；磨煤機投運方式調整；投運下層燃料、下擺燃燒器噴嘴[2]。

以上調整手段都應基于主輔機及其環保設備在低負荷穩燃期間安全、穩定運行的情況進行的，并根據實際條件尋求合適的調整手段。

4 制粉系統優化調整試驗

1號鍋爐配備6套MPS-HP-II型系列中速磨煤機制粉系統，每臺磨煤機出口4根母管在爐前分成8根支管對應一層8只燃燒器。

為保持機組燃燒穩定以及獲得低負荷穩燃條件下合適的主、再熱汽溫，結合電廠習慣運行方式，低負荷穩燃試驗過程中保留相鄰的中層（B、E磨）和下層（C、F磨）中3臺磨煤機運行，以集中爐膛熱負荷保證鍋爐的穩定燃燒。為了掌握中、下層4臺磨煤機各個管道的流速偏差、煤粉量偏差和煤粉細度情況，特進行制粉系統摸底試驗。由于B磨煤機和E磨煤機出口支管上無試驗測點，現場測試工作選擇在母管上進行；C磨煤機和F磨煤機出口支管上布置有試驗測點，現場測試工作選擇在支管上進行。其中磨入口一次風量熱態摸底測試試驗結果如表2所示，磨出口粉管煤粉細度試驗結果如表3所示，磨出口一次風速偏差和粉量偏差如圖1～圖4所示。

表2 磨煤機入口一次風量熱態摸底試驗結果

表3 磨煤機出口粉管煤粉細度試驗結果

圖1 B、E磨粉管風速偏差圖

圖2 C、F磨粉管風速偏差圖

圖3 B、E磨粉管粉量偏差圖

圖4 C、F磨粉管粉量偏差圖

從1號鍋爐制粉系統摸底試驗結果可以看出：目前熱態下B、C、E、F磨煤機入口一次風量實測與表盤偏差較大，考慮到磨煤機入口管道只有一個測孔，風量測量結果供參考。B、C、E、F磨煤機出口粉管風速偏差滿足要求（不大于10%）。B、E、F煤粉細度R90分別為21.1%、19.2%和22.0%，與鍋爐煤粉細度R90設計值（19.0%）比較接近，符合試驗要求；C磨煤機煤粉細度R90為29.0%，分離器轉速為78.8r/min，考慮到鍋爐低負荷穩燃試驗需要，建議低負荷穩燃試驗時適當提高磨煤機分離器轉速至85.0r/min～90.0r/min。

5 鍋爐燃燒優化調整試驗

5.1 低負荷穩燃試驗結果分析

為全面了解鍋爐在低負荷運行狀態，鍋爐最低穩燃試驗在340MW負荷工況、習慣磨組合運行方式下進行，試驗期間實際測量了脫硝入口和空預器出口NOx濃度、氧量、CO含量以及溫度等數據，并對灰渣可燃物含量進行化驗，同時采集了鍋爐汽溫、壁溫等數據。穩燃工況（摸底）脫硝入口和空預器出口A、B側煙氣成分、煙溫測量結果分布如圖5～圖8所示，測孔編號順序為由A至B主要試驗參數如表4所示。

圖5 脫硝A側入口煙氣參數測試結果分布圖

圖6 脫硝B側入口煙氣參數測試結果分布圖

圖7 空預器A側出口煙氣參數測試結果分布圖

圖8 空預器B側出口煙氣參數測試結果分布圖

從上述所列最低穩燃試驗結果圖表可以看出：試驗期間脫硝入口煙溫達到項目要求，即大于300℃；NOx達到項目技術要求，即小于300.0mg/m3（6%O2）。脫硝入口氧量場分布比較均勻，溫度場呈現兩邊高、中間低的規律。空預器出口氧量場呈現兩邊高、中間低的規律，溫度場與之相反，這與回轉式空預器自身結構有關。

最低穩燃試驗工況下，修正后的鍋爐熱效率為93.16%，飛灰可燃物含量為0.05%，大渣可燃物含量為0.04%，灰渣可燃物含量控制較好。實測排煙溫度為156.4℃，修正后的排煙溫度為123.5℃。修正前排煙溫度較高，后續可以考慮通過降低運行氧量、提高磨入口風溫等措施來提高鍋爐熱效率[3]。

最低穩燃試驗工況下，各受熱面測點未出現超溫現象，主汽溫度、再熱汽溫兩側偏差也在合理范圍內。

在最低穩燃摸底試驗之后，試驗結果表明鍋爐運行氧量和排煙溫度偏高，直接影響1號機組在在低負荷運行條件下的經濟性。經過與電廠充分討論和協商，確定主要通過降低運行氧量和變換磨組合等措施來試探提高1號機低負荷下鍋爐效率的可能性，1號機組燃燒調整試驗主要結果如表5～表7所示。

表5 低負荷(340MW)穩燃變氧量試驗結果

表6 低負荷(340MW)穩燃變磨優化組合試驗結果

表7 低負荷(340MW)穩燃變磨優化組合試驗結果

從上述最低穩燃燃燒調整試驗結果可以看出：

試驗期間脫硝入口煙溫達到項目要求，即大于300℃；NOx達到項目技術要求，即小于300.0mg/m3（6%O2）。但變磨組合優化驗證工況（T-04）停運一臺底層磨煤機，造成SCR進口實測NOx較未停運底層磨的優化工況（T-03）提升了約70 mg/m3。

最低穩燃調整試驗工況下，修正后的鍋爐熱效率分別為93.91%、94.10%、94.09%；飛灰可燃物含量分別為0.24%、0.04%、0.03%；大渣可燃物含量分別為0.42%、0.61%、0.20%，灰渣可燃物含量均維持在一個比較低的水平；實測排煙溫度分別為146.4℃、146.7℃、147.7℃，修正后的排煙溫度分別為114.1℃、114.3℃、114.7℃；其中優化工況（T-03）比摸底工況鍋爐熱效率提升了0.94%，變磨組合優化驗證工況（T-04）比摸底工況鍋爐熱效率提升了0.93%；其中優化工況（T-03）修正后的排煙溫度比摸底工況低9.2℃，變磨組合優化驗證工況（T-04）修正后的排煙溫度比摸底工況低8.8℃，排煙溫度的降低以及氧量降低是鍋爐熱效率比摸底工況提升的重要原因。

5.2 鍋爐主要參數記錄與實測對比

試驗期間鍋爐主要運行參數（如工質溫度、壓力、煙溫等）均采用機組配套的數據采集系統自動記錄，每30秒記錄一次。T-01～T-04試驗工況記錄的主要數據的平均值如表8所示，煙氣實測參數與表盤對比如表9所示。

表8-1 鍋爐(340MW)主要運行參數記錄表

項目 單位 T-01 T-02低溫再熱器壁溫最大值 ℃ 577.4 574前墻上部水冷壁出口壁溫取最大值 ℃ 388.6 404包墻壁溫最大值 ℃ 401.4 418.7總給水流量 t/h 961.6 960.6爐膛總風量 t/h 1377.8 1376.8實際總燃料量 t/h 158.4 155.9送風機A入口溫度 ℃ 12.1 5.9送風機B入口溫度 ℃ 11.7 5.8一次風機A出口溫度 ℃ 22.1 15.5一次風機B出口溫度 ℃ 23.8 18.1 1A空預器出口熱一次風溫度 ℃ 320.7 322.5 1B空預器出口熱一次風溫度 ℃ 319.7 320.9 A側熱二次風母管溫度 ℃ 317.6 320.6 B側熱二次風母管溫度 ℃ 317 319.3爐膛右側煙氣溫度 ℃ 560.5 554.3爐膛左側煙氣溫度 ℃ 624.3 602.7 A側省煤器出口煙氣氧含量 % 7.19 6.96 B側省煤器出口煙氣氧含量 % 7.36 7.14脫硝A側入口NOx含量（標干，6%O2） mg/m3 164.3 143.2脫硝B側入口NOx含量（標干，6%O2） mg/m3 159.8 151.2 1A空預器出口煙氣氧含量 % 8.88 8.69 1B空預器出口煙氣氧含量 % 8.9 8.89 1A空預器出口煙氣溫度 ℃ 150.9 147.1 1B空預器出口煙氣溫度 ℃ 152.9 148.5

表8-2 鍋爐(340MW)主要運行參數記錄表

項目 單位 T-03 T-04爐膛總風量 t/h 1316.6 1315實際總燃料量 t/h 156.2 158送風機A入口溫度 ℃ 11.7 10.8送風機B入口溫度 ℃ 11.8 10.3一次風機A出口溫度 ℃ 23.8 22一次風機B出口溫度 ℃ 25.4 22.8 1A空預器出口熱一次風溫度 ℃ 321.1 320 1B空預器出口熱一次風溫度 ℃ 318 317.1 A側熱二次風母管溫度 ℃ 318.6 316.8 B側熱二次風母管溫度 ℃ 315.7 314.7爐膛右側煙氣溫度 ℃ 552 563.2爐膛左側煙氣溫度 ℃ 601.6 593.2 A側省煤器出口煙氣氧含量 % 6.28 6.45 B側省煤器出口煙氣氧含量 % 6.32 6.47脫硝A側入口NOx含量（標干，6%O2） mg/m3 138.2 192.3脫硝B側入口NOx含量（標干，6%O2） mg/m3 149.2 194.1 1A空預器出口煙氣氧含量 % 8.17 8.31 1B空預器出口煙氣氧含量 % 8.3 8.47 1A空預器出口煙氣溫度 ℃ 147.6 146.3 1B空預器出口煙氣溫度 ℃ 146 144.7

表9 煙氣參數表盤與實測對比表

從1號鍋爐試驗測試結果可以看出：過熱汽溫、再熱汽溫達到試驗要求，且兩端偏差較小，各主要受熱面未出現超溫。實測氧量、煙溫與表盤相差不大，而SCR進口NOx實測值比表盤值高約50mg/m3。

5.3 鍋爐輔機運行情況

試驗期間鍋爐三大風機主要參數記錄如表10和表11所示。

表10 三大風機主要參數記錄表

表11 三大風機主要參數記錄表

項目 單位 T-03 T-04送風機機B動葉調節執行器閥位 % 19 19 1A送風機電機電流(163A) A 48.7 47.6 1A送風機電機電流變化量 A 0.1 0.1 1B送風機電機電流(163A) A 47.5 48.6 1B送風機電機電流變化量 A 0.1 0.1引風機A入口壓力 kPa -1.28 -1.3引風機B入口壓力 kPa -1.28 -1.3引風機A動葉執行器閥位 % 35 35引風機B動葉執行器閥位 % 35 35 1A引風機電機電流(524A) A 141.9 141.8 1A引風機電機電流變化量 A 3.5 0.1 1B引風機電機電流(524A) A 143.6 145.3 1B引風機電機電流變化量 A 3.4 0.1

從上表可以看出：鍋爐三大風機在試驗期間運行比較穩定，風機電流變化幅度較小，三大風機在340MW工況運行條件下具備安全、穩定運行能力。

6 結語

通過1號機組深度調峰期間鍋爐低負荷穩燃、運行優化及性能試驗，可以得到如下結論：1號機組在深度調峰期間，鍋爐燃燒穩定，各主要參數運行穩定，主汽溫、再熱汽溫能夠達到設計值。具備在340MW負荷深度調峰下長期運行能力；SCR脫硝裝置入口煙溫基本在320℃～350℃之間，完全滿足高于300℃的煙溫要求；優化后SCR脫硝裝置入口NOx降低約30mg/m3，SCR脫硝裝置入口NOx基本在（180～260）mg/m3之間，完全滿足低于300mg/m3的要求；深度調峰工況下，鍋爐優化調整后，修正后鍋爐效率為94.09%，比摸底工況提高約0.94個百分點，降低供電煤耗約3.27g/kWh。完全滿足機組供電煤耗至少降低2g/kWh的要求。