W火焰鍋爐機組深度調峰影響及優化措施研究

劉功明，王海濤

（1.五凌電力貴州黔東電力有限公司，貴州 鎮遠 557702；2.湖南省水電智慧化工程技術研究中心，湖南 長沙 410004）

黔東電廠裝機容量為2×600 MW亞臨界火電機組，鍋爐是亞臨界“W”型火焰汽包爐。因近4年來頻繁參與深度調峰，且調峰深度逐漸增大、時間延長，對設備安全性、經濟性的一些影響已經凸顯。

1 深度調峰對火電機組在安全方面的影響

1.1 鍋爐燃燒穩定性的影響

燃用設計煤種時，黔東電廠鍋爐設計最低不投油穩燃負荷大于40%BMCR，隨著熱負荷繼續下降，爐膛容積熱負荷隨之降低，造成爐膛溫度也快速下降，而爐內煤粉的著火主要靠卷吸爐內高溫煙氣獲得著火熱，當爐內煙氣溫度降低至一定值時，不能滿足煤粉氣流所需的著火熱，此時若不采取穩燃措施,必將造成煤粉著火燃燒惡化，甚至鍋爐滅火。

2013年1號爐A修時為防止爐內嚴重結焦除去約278 m2的未燃帶，爐膛溫度水平進一步下降，目前黔東電廠最低深度調峰負荷為170 MW（27%BMCR），遠低于最低不投油穩燃負荷，給鍋爐燃燒穩定帶來很大的威脅。

1.2 爐水循環穩定性

水冷壁在四面墻各回路的流量分配上，前后墻與左、右側墻的流量流速因設備本身原因存在一定的差距。爐內燃燒工況正常并較為穩定時，水冷壁上升管不會發生停滯現象，但當爐內熱負荷低，熱偏差較大時，部分水冷壁熱負荷有可能降到額定熱負荷的20%以下，受熱較弱的管段會發生循環停滯現象，引起上升管發生超溫蠕變，造成設備損壞。

1.3 熱負荷大幅度波動時，金屬部件熱應力的影響

隨著機組啟停和調峰頻繁深度加大，機組負荷變化過程中，鍋爐各部金屬部件溫度變化速度不一致，汽包、各聯箱等厚壁部件溫度變化慢，而各受熱面及連接管壁薄溫度變化快，如機組大幅度快速降負荷時，管子收縮快于厚壁聯箱，將在聯箱與管子的焊座上產生極大的拉應力，當結束調峰大幅度增加機組負荷時，管子膨脹快于聯箱，將在焊座上產生極大的壓應力，隨著調峰頻繁及深度加大，這種交變的熱應力可能造成金屬疲勞而損壞。

1.4 汽溫偏離設計值較大

深度調峰期間，由于爐內燃燒弱容積熱負荷低，受熱面吸收輻射熱份額降低，造成輻射式和半輻射式受熱面吸熱明顯減少，引起高溫過熱器出口汽溫下降，而主汽溫度的下降又會影響再熱汽溫進一步下降，造成主、再熱蒸汽溫度嚴重偏離正常值，鍋爐深度調峰至170 MW時，高過出口汽溫度甚至會降低至500℃，較額定值低41℃，汽溫的變化也會造成汽輪機金屬部件產生較大應力。

1.5 屏過受熱面管壁金屬溫度的影響

隨著機組負荷降低，各受熱面蒸汽流量減少，對管壁的冷卻能力減弱，尤其是W火焰鍋爐，停運的制粉系統對應火嘴上部屏過熱負荷低，而運行制粉系統對應火嘴上部屏過熱負荷高，帶來很大的熱偏差，因蒸汽流量小，此時減溫水的控制極其困難，甚至出現部分熱負荷低的屏過壁溫與蒸汽飽和溫度一致，而熱負荷高的屏過管壁已接近超溫。

1.6 汽包水位調整的影響

因W火焰鍋爐寬帶大，汽包長，汽包相對水容積小，汽包兩側水位計對爐內燃燒工況變化十分敏感。深度調峰期間，爐內燃燒穩定性差，抗干擾能力弱，當出現一定的擾動（斷煤、切換火嘴、調整容量風、吹掃粉管）時，可能會出現鍋爐兩側燃燒時強時弱，造成汽包水位忽高忽低，而深度調峰期間四抽及冷再壓力低，給水泵汽源不穩，一旦汽包水位出現大幅度波動，可能造成給水泵汽輪機汽門全開仍無法滿足給水控制要求，造成汽包水位事故。

1.7 對脫硝及空預器的影響

隨著機組負荷的下降，SCR入口煙溫可能低于320℃，造成催化劑效率極低，氨逃逸增大，空預器出口排煙溫度下降至105℃以下造成低溫腐蝕和銨鹽堵塞。

2 深度調峰對火電機組在經濟性方面的影響

深度調峰期間，鍋爐排煙損失份額由6.4%增大至7.0%，散熱損失份額由0.26%上升至0.66%，氣體未完全燃燒熱損失和機械不完全燃燒熱損失隨之有所降低，但遠不足以彌補排煙損失和散熱損失的增加，機組負荷由420 MW降至180 MW時，鍋爐效率下降約0.7%左右,影響煤耗升高約2.1 g/kW·h。

深度調峰期間，機組負荷和蒸汽參數低，通流部分蒸汽流量小，嚴重偏離設計工況，汽輪機絕對效率下降明顯，根據凝汽式一次中間再熱汽輪機熱耗計算，汽輪機180 MW時熱耗較正常負荷時高約850 kJ/kW·h，影響煤耗升高約31.8 g/kW·h。

深度調峰期間，雖然輔機隨負荷下降運行電流減小，也停運了部分輔機，但由于機組負荷低，必須運行輔機仍較多，廠用電率上升約5.3%,影響煤耗升高約16.2 g/kW·h。

綜合上述對煤耗的影響，機組負荷由420 MW降至180 MW時，機組煤耗上升約50.1 g/kW·h。火電機組頻繁大幅度深度調峰在安全和經濟性方面有很大的影響，若不采取措施進行優化，對火電廠的生產經營和發展帶來巨大的壓力。

3 W火焰鍋爐機組深度調峰優化措施

3.1 調峰前做好準備工作

（1）根據SCR入口煙溫及機組計劃負荷情況，提前確定鍋爐吹灰方式，機組負荷300 MW時，脫硝入口煙溫在330℃～350℃之間。

（2）制粉系統定檢及計劃性檢修工作應提前1 d安排，在非調峰期間完成計劃檢修及試運，確保計劃參與調峰的制粉系統無缺陷運行。

（3）中班至少對B/E磨對應的原煤倉（單邊，非低卡煤側）進行降倉，若調峰負荷低于220 MW則增加1個煤倉（單邊，非低卡煤側），晚班21：00（根據計劃負荷及負荷預測計劃調峰3 h前）檢查對應原煤倉位在褲衩下4 m，否則增大該側給煤機煤量盡快降倉，到位后通知燃運提前加高揮發粉煙煤（視調峰時長，按25 t/h進行計算），確保調峰期間高揮發粉煙煤可用夠用。

（4）檢查火檢及火焰電視的運行情況，發現故障或結焦聯系檢修處理，確保火檢正常。

3.2 深度調峰期間鍋爐穩燃措施

深度調峰期間鍋爐燃燒穩定，各部熱負荷均勻，基本能保證爐水循環及汽包水位穩定、屏過受熱面管壁金屬在正常范圍，而保證爐內燃燒穩定的關鍵在于強化煤粉氣流的著火過程。深度調峰過程中，爐膛容積熱負荷基本固定，要想煤粉快速著火，就要設法降低煤粉氣流的著火熱，影響煤粉氣流著火熱的主要因素有：煤中的揮發粉、灰粉、水份、煤粉細度、一次風溫、風量和風速。

煤的揮發粉是判別煤粉著火特性的主要指標，揮發粉高分煤，著火溫度低，所需著火熱少，火焰傳播速度快，燃燒速度也快；灰粉在燃燒過程中不僅不能放熱而且會吸熱，使爐膛溫度下降，煤粉氣流著火推遲；水份多的煤著火熱需要的就多；煤粉越細，進行燃燒反應的面積就越大，加熱升溫快，單位時間內煤粉吸熱量越多，著火越快，并且煤粉越細，燃燒越完全；提高一次風溫可減少煤粉氣流的著火熱，從而加快著火；一次風量越大所需著火熱越多，但過小會使煤粉氣流著火初期缺氧限制燃燒的發展；一次風速過高，流經著火區的容積流量大，煤粉氣流著火熱增加，著火推遲，一次風速過低時旋流燃燒器對高溫煙氣的卷吸能力減弱。通過合理的燃燒器結構設計及組織燃燒器投運組合，組織好爐內高溫煙氣的合理流動，使更多的高溫煙氣回流到煤粉氣流著火區，增大煤粉氣流與高溫煙氣的接觸周界，以增強煤粉氣流與高溫煙氣之間的對流換熱，是改善煤粉氣流著火的重要措施。

具體措施主要有以下幾個方面：

（1）入爐煤質：入爐煤揮發粉≥20%、水份≤10%、熱值18.0 MJ/kg～22.0 MJ/kg，灰粉≤35%。

（2）煤粉細度：R90≤5%，磨煤機分離器上擋板開度約20%。

（3）粉管風速：一次風壓5.5 kPa～7 kPa，粉管風速18 m/s～22 m/s，分離器壓力2.8 kPa～4 kPa。

（4）煤粉濃度：乏氣擋板開度≥50%，磨煤機料位≥400 Pa。

（5）爐膛溫度：爐膛溫度≥1 150℃，爐膛出口溫度≥720℃且左右側偏差≤40℃。

（6）總風量及二次風配風：爐膛出口氧量按低限控制，但總風量應大于等于30%，保持A、C、SOFA二次風擋板全關，F擋板開度10%～20%之間，爐膛與二次風箱壓差0.4 kPa～0.5 kPa之間，B/E擋板暫保持50%開度。

（7）制粉系統及燃燒器組合運行方式：若制粉系統無檢修工作，機組負荷≥170 MW時暫時保持4套制粉系統運行，保留A/B/D/E或B/C/E/F制粉系統運行，有利于火嘴組合，非必要時投運燃燒器之間最多切除3支燃燒器。

（8）發現鍋爐燃燒不穩果斷投油穩燃。

3.3 深度調峰期間具體實施步驟

（1）機組降至300 MW，汽壓按滑壓合格曲線低限控制，現場檢查燃燒情況及爐膛測溫≥1 200℃，退出AGC后設置降負荷速率3 MW/min～5 MW/min開始降低機組負荷。

（2）通知燃運將燃油壓力提高至0.6 MPa～0.7 MPa，確保投油后穩燃效果。

（3）采用4臺磨煤機運行方式，盡量保持B/E制粉系統運行，每套制粉系統投運燃燒器數量≥4個，制粉系統分離器上擋板開度調整至20%，乏氣擋板開度≥50%。

（4）鍋爐氧量控制在3.0%～4.5%范圍內，在脫硝入口煙溫能滿足的情況下，盡量控制3.0%～3.8%，氧量過高，易造成鍋爐滅火（油槍出力較低，穩燃效果相對較差）。

（5）二次風箱差壓控制在0.4 kPa～0.5 kPa。燃燒較好區域風量可適當增大，燃燒較差區域風量可適當減少。燃燒器相對集中的區域F風開度應適當增大，單獨燃燒器區域F風應適當減小（最小不開度不應＜10%）。

（6）SCR入口煙溫低于330℃，停運省煤器聲波吹灰。

（7）爐膛壓力設定值由-55 Pa改為-22 Pa，減少爐底漏風。

（8）機組負荷低于300 MW，并繼續向目標負荷下降過程中，操作要緩慢，操作幅度要小，發現煤粉燃燒器火檢強度減弱、工業電視火焰強度變差及爐膛負壓波動大，要立即投油（先投入燃燒較差側，后投其它區域），確保燃燒穩定。

（9）負荷降至300 MW以下，投入空預器連續吹灰。

（10）停運燃燒器前，應考慮燃燒器的分布情況、該燃燒器所處區域熱負荷強度，確保燃燒器停運后不會影響燃燒穩定；否則，該區域應先投油，后停運燃燒器。

（11）負荷降至260 MW，盡量保持爐膛熱負荷均勻（工業電視亮度基本一致，爐膛出口溫度平衡，汽包水位無明顯偏差，火檢正常），投運燃燒器相對固定。

（12）切除6支燃燒器后，盡量通過關小容量風擋板、降低一次風壓的方法逐步降低機組負荷，容量風操作幅度每次不應＞5%，一次風壓下降每次不應＞0.2 kPa，且不允許連續操作，保證分離器壓力≥2.8 kPa，粉管風速≥18 m/s。

（13）密切監視爐膛出口溫度及燃燒器火檢強度，確保爐膛出口溫度不低于720℃，火檢強度良好，否則應停止降低熱負荷，查明原因調整至720℃以上后方可繼續降低熱負荷。

（14）負荷下降過程中，準備好運行燃燒器的油槍，隨時準備投入。

（15）接近目標負荷時，暫停減燃料，待負荷到位后再進行微調，負荷到位后檢查鍋爐燃燒穩定，安排巡檢對爐膛進行測溫，并做好深度調峰各參數統計。

4 W火焰鍋爐深度調峰優化措施取得的成果

深度調峰措施的優化研究是一個不斷總結提高的過程，自2018年以來機組調峰能力不斷增強，由最初的46%額定負荷降至28%，穩燃油耗逐年下降，由0.3 t/萬kW·h降至0.008 t/萬kW·h，運行參數基本穩定，設備安全可靠，未發生過設備損壞及鍋爐滅火等異常事件。

5 結束語

W火焰鍋爐本身具有較好的穩燃特性，但仍需采取有效的措施確保深度調峰期間安全穩定，在提高經濟性能方面采取的措施有限，因為火電機組深度調峰本身就是犧牲部分經濟性為新能源讓出通道。本文提出的優化措施，能在確保安全穩定的前提下最大程度的提升機組調峰能力，降低穩燃油耗，促進新能源電能消納，具有良好的社會效益。