超臨界大容量火電機組深度調峰對燃煤鍋爐安全穩定的影響

劉建

（云南省能源投資集團有限公司，云南昆明 650103）

0.引言

隨著社會的不斷發展，很多新的科學技術得到應用，促使超臨界大容量發電機組出現在火電廠發電之中，在這些發電機組深度調峰時，整個系統會處于一個低負荷運行狀態，容易對超臨界大容量發電機組經濟性、安全性等產生影響。為此，相關工作人員應盡可能了解深度調峰過程對燃煤鍋爐能夠帶來哪些影響，通過詳細分析，制訂切實可行的應對措施，維護整個發電過程的穩定性。

1.超臨界大容量火電機組深度調峰對燃煤鍋爐安全性的影響

1.1 鍋爐燃燒穩定性

借助于燃煤鍋爐執行發電任務，大多數發電廠會選擇將燃煤鍋爐最小穩定燃燒負荷保持在整體額定負荷的50%上下。但從實際要求中能夠看出，深度調峰需要機組燃燒負荷處于40%BMCR時燃燒工況，部分電廠甚至還要求30%BMCR。從這里也能夠看出，針對于火電機組的深度調峰，燃煤鍋爐的最低運行負荷要比電廠中的最小穩定燃燒負荷低出很多，影響了著火穩定性，一旦燃燒火焰穩定程度降低到某一臨界值，極容易出現滅火情況，不利于后續發電工作順利開展。從其他角度來看，在燃煤鍋爐運行時，所呈現出的穩定性與諸多因素相關，如鍋爐形狀、燃煤品種等。所以說，相關工作人員在執行工作任務時，要時刻確保燃煤鍋爐燃燒處于穩定狀態，并從多角度著手，制訂維護措施。例如，各發電廠可以選擇引進一些低負荷燃燒器，并將其應用到燃煤鍋爐之中，與此同時，控制好燃煤鍋爐內部風量配比，確保能夠穩定燃燒[1]。

1.2 氧化皮加劇生成和剝落

縱觀整個超臨界大容量火電機組深度調峰過程，除了對燃煤鍋爐安全燃燒產生影響外，還會對汽水系統安全性帶來一定威脅。具體深度調峰操作時，電廠燃燒鍋爐中的設備管路外部容易出現高溫氧化情況，出現氧化皮，在經歷一段時間后，氧化皮會逐漸脫落。為了將該類問題徹底避免，保證燃煤鍋爐運行安全，工作人員需做好以下幾方面工作：第一，在實際燃煤鍋爐運行過程中，為了降低受熱面的受熱溫度，可以將燃燒火焰位置適當降低，深度調峰時，維護蒸汽溫度的穩定性，避免由于蒸汽溫度大范圍波動，加速氧化皮的產生和剝落；第二，當深度調峰工作開始后，工作人員應確保燃燒鍋爐水溫變化處于合理范圍內，一旦波動過大，同樣會引發氧化皮問題；第三，為了降低燃煤鍋爐在吹灰時受熱面積過大，讓壁溫保持正常狀態下，人們需要合理選擇燃燒煤的種類，重點關注其灰熔點。在鍋爐吹灰時，管理者應做好提前準備工作，合理控制受熱面溫度，降低氧化皮出現的可能性。

1.3 管壁溫度不均勻與易超溫

執行深度調峰操作時，燃煤鍋爐可能很長一段時間內，均會處于低負荷狀態運行。此時，燃煤鍋爐內部的汽壓同樣不高，水動力受到很大限制，在這些原因的促使之下，燃煤鍋爐水冷壁上容易引發超溫問題，再加上該階段的燃燒鍋爐吹灰次數比平時少很多，無法幫助鍋爐更好地調整燃燒過程，鍋爐壁管受熱不均問題很難避免。為了合理解決該類問題，在鍋爐維修保養時，工作人員應根據鍋爐運行時所呈現出的管壁溫度特點，執行合理的改造節流操作，讓管壁流量始終處于平衡狀態，避免在低負荷運行時出現管壁溫度不合理等問題。實際燃燒鍋爐在工作狀態下，管壁超溫現象大多集中在機組濕態向干態轉變的過程，為了進行針對性改進，相關工作人員首先要做的就是對燃燒工況進行全面調整，避免出現壁溫熱偏差。其次，還要對燃燒鍋爐中的煤、水比例進行合理設定，這也是避免管壁超溫問題的最佳手段之一。

1.4 尾部煙道和尾部受熱面

由于鍋爐長時間在低負荷狀態下運行，內部存在不完全燃燒情況，再加上煙氣流速不高，可燃物飛灰容易累計在對流煙道之中，其中還存在很多過剩氧，很容易引發二次燃燒問題。從低負荷調峰過程中能夠看出負荷變化十分明顯，而且鍋爐排煙溫度以及尾部煙速波動異常明顯，排煙溫度等參數也會跟著下降，加劇了尾部受熱面積灰等問題。與此同時，低負荷運行狀態之下，燃燒鍋爐內部空氣過量系數值也會提升，生成三氧化硫，提升鍋爐內部空間的腐蝕性能力。冬季時，當鍋爐處于低負荷狀態下，由于排煙溫度有限，更容易出現空氣預熱器堵塞等問題，對整個火電機組穩定運行產生影響。

2.超臨界大容量火電機組深度調峰對燃煤鍋爐經濟性的影響

2.1 對鍋爐效率的影響

執行深度調峰操作過程中，燃煤鍋爐低負荷運行時間較長，此時，蒸汽溫度同樣不高，最終導致燃煤鍋爐運行效率大幅下滑。在此種工作狀態之下，鍋爐內部燃煤不能實現充分燃燒，無法為燃煤鍋爐提供充足動力，受此影響，很多煙氣攜帶熱量流出設備之外。除此之外，由于燃煤鍋爐長時間低負荷運行，吹灰作業很難開展，這同樣也會降低鍋爐工作效率。為了避免上述問題，工作人員可以采取以下幾種策略：第一，根據設備的具體運行情況，確保提升機組再熱溫度處于合理狀態之下，讓燃煤鍋爐蒸發量能夠得到提升，以此來緩解燃煤鍋爐低負荷運行壓力；第二，管理者可以根據鍋爐具體運行狀態，保證對磨煤機運轉方式有一個合理設定，為后續工作開展創造有利條件；第三，為了更好地維護燃煤鍋爐燃燒穩定性，人們可以根據鍋爐運行特點對各個階段加入的燃煤品種進行適當調整，在保證其充分燃燒同時消除各種因素的影響[2]。

2.2 對輔機的影響

在執行超臨界到容量機組深度調峰過程中，整個發電廠的發電系統均處于低負荷工作狀態，此時，輔機的運行也會出現低效率情況，與正常工況之間存在明顯偏差，長此以往，不僅工作效率大幅下滑，還會增加燃煤消耗量。為此，在實際低負荷狀態之下，輔機運行的經濟性不高，再加上鍋爐燃燒不充分，煙氣中夾雜大量燃燒介質，增加了空氣預熱器被腐蝕、堵塞等風險概率，讓鍋爐很難處于穩定運行狀態。為了盡可能避免燃煤鍋爐出現上述問題，保證輔機的運行質量和效果，在具體深度調峰操作時，應結合輔機運行維護策略，讓輔機始終處于正常運行狀態之下，為相關企業減少不必要的經濟損失。

2.3 主汽溫、再熱汽溫降低

當鍋爐負荷持續降低之后，主汽溫、再熱汽溫同樣也會出現下降情況，無法滿足初期設計值要求，影響了燃煤鍋爐運行的經濟性。該過程中，如果能夠應用變壓運行手段，雖然能夠在較大負荷范圍內維護汽溫穩定，但在深度調峰工作正式開展后，負荷會逐步降低，當降低到一定數值之后，汽溫仍舊會隨著負荷的下降而下降，對整個發電系統帶來不利影響。為了避免該類問題出現，相關工作人員首先要做的就是提升過剩空氣系數。其次，在系統中加入上位燃燒器，并保證其運行穩定性。再次，控制好煤粉細度，避免出現煤粉細度過大問題。最后，適當提升對外供熱量，維護系統內部的熱平衡。

3.超臨界大容量火電機組深度調峰對燃煤鍋爐環保性的影響

3.1 對除塵與脫硝的影響

深度調峰操作過程中，燃煤鍋爐所處的低負荷運行狀態時間較長，此時，煙氣排放量大幅下降，伴隨著煙氣溫度的下降，除塵器工作效率提升幅度明顯，此時，如果煙氣溫度打不到合理狀態，便會影響除塵器工作，嚴重時還會導致故障問題出現。為了避免上述情況，工作人員需采取以下措施：第一，盡可能提升燃煤鍋爐內部溫度，避免溫度過低引發的各種問題；第二，對鍋爐內部設備進行合理改造，引進更加先進的裝置，避免煙道進口位置的煙氣溫度變化幅度過大；第三，受煙氣溫度降低的影響，脫硝系統中的催化器工作效率大幅下降，有時還會因為化學反應產物影響而生效，引發催化器擁堵問題，改變原有的風煙系統阻力。所以說，為了確保低負荷狀態下系統的穩定運轉，工作人員應保證煙氣溫度始終處于合理狀態之下，避免脫硝系統出現變化[3]。

3.2 脫硫影響

由于燃煤鍋爐長期處在低負荷運行狀態，很多燃料無法充分燃燒，正因如此，該階段會出現很多硫化物。很多發電廠為了安全度過該階段會選擇投油穩燃措施，雖然可以提升鍋爐的燃燒效率，但極有可能引發脫硫漿液中毒問題，對整個脫硫系統產生影響。因此，相關工作人員在具體脫硫漿液以及脫硫石膏分析中，應盡可能提升重視程度，避免對其他工作產生影響。一般情況下，工作人員可以應用以下措施，例如，保證燃燒鍋爐的燃燒條件，盡可能避免無油燃燒情況出現，保證整個鍋爐系統的持續穩定。

4.針對深度調峰的運行措施

為了讓機組在深度調峰過程中依舊處于穩定運行狀態，發電企業和相關工作人員可以從以下幾方面著手：

4.1 鍋爐側運行措施

首先，當相關工作人員收到調度深度調峰預告時，應在第一時間內通知燃料運行，明確深度調峰時間段，并在中下層磨煤機中加入合理的煤種，控制好煤的品質，對于灰煤點以及揮發份控制，同樣需要滿足相關要求，確保鍋爐燃燒穩定性；其次，提升油槍的可靠性。當油槍處于最低穩燃負荷以下，工作人員應做好煤火檢查等工作，一旦發現主汽溫等參數出現異常應在第一時間內進行修復，在保證穩定燃燒的同時，盡可能讓燃油供油壓力處于最低狀態，避免出現太多浪費情況；最后，在深度調峰過程中，要保證脫硝入口煙氣溫度穩定，以空氣系數監測為基礎，對二次風旋流強度進行充分控制，讓SCR入口溫度處于正常范圍內。另外，在低負荷運行狀態之下，催化劑無法發揮出全部作用，此時，人們需要對氨的逃逸率進行監測，避免出現堵塞等問題。

4.2 汽機側運行措施

如果機組負荷處于330MW以下，工作人員在監督過程中，可以強化對汽泵再循環調閥動作的關注度，定期降低打開查看，了解給水流量的具體情況，如果出現波動較大情況，工作人員應對其進行及時調整，避免更多意外情況發生。當機組低負荷運行時間較長，還要注重小機進汽調門開度監測，維護小機轉速處于合理狀態。除了上述內容之外，工作人員還要重點關注輔汽聯箱壓力情況，并保證溫度正常。為了保證該效果，值班人員應做好除氧器、凝汽器等裝置的水位監視工作，及時了解汽輪機軸承振動、軸向位移等參數。還要根據低壓脹差變化情況，調整好低壓軸封溫度，避免對整個發電系統帶來新的問題。另外，深度調峰時，還要做好四軸壓力以及進汽閥開度調整，如果開度偏大，應及時將小機用汽改換到輔汽供汽狀態[4]。

4.3 電氣側運行措施

首先，機組在深度調峰操作過程中，值班人員應做好AVC監視工作，尤其是對于發電功率低于240MW的發電機，其AVC裝置應保證閉鎖調節功能始終處于可靠狀態，勵磁調節器的運行方式為自動“恒壓”。當負荷處于最低狀態時，電壓會超過曲線上限，此時，AVC需要立即停止工作，并根據實際情況做好發電機勵磁調整。當發電機處于進相運行狀態時，為了保證電壓數值處于合理范圍，工作人員應時刻了解電機電流情況，避免出現電機電流過大，影響相關設備的正常工作。如果發電機進相運行時間較長，甚至超過6h，工作人員應及時向上級部門匯報。其次，當發電機工作頻率處于50Hz狀態時，實際偏差范圍應處于±0.1Hz內。對于機組所呈現出的有功出力，同樣也要滿足負荷調度曲線以及調度命令要求。

5.結論

實際深度調峰工作執行時，火電廠中的燃煤鍋爐運行負荷較低，此種情況下進行超臨界大容量發電機組深度調峰，管理者要充分了解發電系統的具體情況，明確燃煤鍋爐最大承受力。之后，工作人員可以根據具體情況制訂行之有效的應對措施，在確保機組安全運行同時讓深度調峰需求得到滿足。