火力发电机组深度调峰研究

火力发电机组深度调峰研究

周歆雄

中电（普安）发电有限责任公司 贵州黔西南 561503

摘要：受到负荷功率需求低、外送能力弱、电网调节能力有限等因素影响，可再生能源发电的弃风、弃光现象严重。为了提高新能源的消纳能力，应对负荷出现的峰谷差，火电机组深度调峰势在必。

关键词：火力发电机组；深度调峰；应用

前言

随着国内大型火电机组日趋增多，电网负荷日益饱和，电网的容量和峰谷比不断增大，迫切要求大型火电机组参与电网调峰运行。

1影响机组深度调峰的主要因素

火力发电机组在深度调峰时的最低负荷往往取决于锅炉最低稳燃负荷。而锅炉最低稳燃负荷又受多种因素影响制约。

1.1制粉系统的影响

锅炉安全稳定运行与制粉系统的正常运行息息相关，低负荷时，制粉系统对机组的影响更大。在制粉系统中，当煤质变化、设备缺陷、煤质严重偏离设计值时，会导致制粉系统的磨损、振动、燃烧稳定性变差，设备故障或出力受限、受热面积灰、结渣、磨损甚至灭火事件的发生。在低负荷时容易出现水煤比变化，主再热汽温大幅波动、水冷壁甚至出现超温。

1.2低负荷下燃烧的稳定性影响

深度调峰的主要矛盾是低负荷时能保持稳定燃烧，保证锅炉安全稳定运行。当锅炉在低负荷运行时，由于送入炉内的燃料量减少，一次风和二次风随之减少，热风温度下降。炉内的含氧量相对较多，加上汽化潜热增加，炉内的热负荷和炉膛温度较低，燃烧稳定性随负荷降低变差，容易引起灭火。因此，低负荷通常采用稳燃措施来稳定燃烧。普安电厂炉型采用W火焰炉，在机组负荷300MW下燃烧稳定，不需采用投油稳燃的方式。

1.3热负荷分布不均匀对受热面的影响

机组深度调峰，长期处于低负荷，锅炉火焰在炉内充满程度较差，导致炉膛热负荷分布不均匀。水冷壁等受热面出现汽水流量分配不均，热偏差过大，可能出现水循环停滞等现象。锅炉水动力特性差，炉内空气动力场分布不均匀，水冷壁冷却效果差，甚至超温爆管。

1.4汽轮机末级叶片的安全性影响

机组在低负荷运行时，尤其刚从高负荷降至低负荷时，热负荷流失快，再热汽温最低达540℃，恢复至设计580℃需要较长时间。加上低负荷汽轮机蒸汽流量较低，汽轮机最后几级叶片蒸汽湿度增加，造成汽轮机轴向推力增大，甚至末级叶片断裂损坏。长时间低负荷运行还造成蒸汽做功能力下降，汽轮机汽耗增加，热力循环下降。

1.5低温腐蚀影响

在低负荷时，烟气本身温度较低，且空预器烟气通道截面小阻力大，极易产生堵灰、结渣。当空预器积灰结渣加剧时，腐蚀和积灰的速度必然加快，传热减弱，受热面壁温降低。一旦空预器受腐蚀泄漏发生漏风，使烟温进一步降低，加速了腐蚀和堵灰过程，形成恶性循环。严重时造成烟气通道堵塞、引风机阻力增大、锅炉正压燃烧、降低锅炉出力甚至被迫停炉的事故。

2深度调峰期间问题分析及对应策略

在深度调峰过程中，因机组负荷降至264～284MW之间，机组负荷很低，在降负荷及负荷稳定期间衍生出多个问题，这些问题不解决将严重威胁机组安全稳定运行。

2.1机组深度调峰期间主要问题

（1）机组深度调峰期间给水流量偏低，因锅炉炉膛宽度较大，管束较多，质量分配不均，水冷壁壁温局部偏高。（2）机组深度调峰期间，为保证煤粉浓度，仅维持３套制粉系统运行，锅炉燃烧极不稳定，个别磨煤机火检闪烁。（3）因在深度调峰过程中需要按照调度要求时间降负荷，在降负荷过程中因机组负荷下降速度较快，加之机组负荷低，主蒸汽温度、再热蒸汽温度扰动较大，两侧主蒸汽温度存在较大的偏差。（4）目前普安电厂未进行脱硝深度调峰改造，在深度降负荷过程中，随着负荷的降低脱硝入口烟温随之降低，催化剂反应效率下降，加之在低负荷情况下脱硝入口NOX偏高，造成喷氨量增大，该厂为水解尿素制氨，当喷氨量增大时，氨气空气混合物温度降低，因氨气空气混合物含有水蒸气，当凝结的水蒸气与稀释风中的灰尘混合时，导致脱硝系统喷氨格栅堵塞严重。（5）在深度调峰期间保证机组的安全稳定运行至关重要，但在保证机组安全的同时仍需要尽量保持机组经济运行，这是机组运行的更高要求。以上问题不解决将严重影响深度调峰期间机组的安全稳定经济运行。因普安电厂2台66万机组为新投产机组，深度调峰无现有经验可循，经过不断摸索，针对以上问题，重点分析，不断积累经验，逐一找到了解决方案。

2.2水冷壁壁温分析

深度调峰期间基本采用ABE制粉系统，火焰中心相对集中，靠近炉膛中部热负荷集中，造成该区域水冷壁明显偏高（最高520℃左右），前墙及后墙同一面墙管子最高壁温与最低壁温之间温差较大，但相邻管子之间壁温偏差并不大，水冷壁壁温呈现明显中间高两边低的情况。因水冷壁中间壁温较高，热应力较大，应利用停机机会检查水冷壁受热面情况特别是中间部分管束。

2.3低负荷稳燃情况

在深度调峰过程中锅炉整体燃烧较为平稳，炉膛负压晃动幅度较小，但因机组负荷偏低，运行磨煤机个别火检晃动。原因分析如下：

（1）机组负荷偏低，为保证必要的煤粉浓度，仅维持3套制粉系统运行，锅炉热负荷偏低，导致煤粉燃烧效果变差，火检晃动。因炉膛采用W火焰前后对冲燃烧方式，磨煤机布置4个出口粉管，各粉管煤粉浓度偏低，加之各粉管可调缩孔长时间运行，煤粉分配的均匀性较差，导致磨煤机个别火检晃动。

（2）因磨煤机火检开关量由两部分组成即火检强度及火检频率。当火检探头实测火检强度大于火检强度设置门槛值、实测火检频率大于火检频率设置门槛值时才判断有火。普安电厂1号机组、2号机组磨煤机火检判断有火的门槛值设置较高，导致无法生成火检开关量。针对以上原因，普安电厂通过以下运行调整，解决了深度调峰锅炉稳燃问题。（1）在机组300MW负荷时保留4套制粉系统运行，防止在继续降负荷过程中因制粉系统运行套数过多造成各台磨煤机煤粉浓度过低影响火检。在向264MW降负荷过程中，适当降低变负荷速率，防止煤量过调。（2）各运行磨煤机维持较高的磨煤机出口温度，冷风调门温度设定135℃。根据给煤量适当降低一次风量，提高煤粉浓度；调整磨煤机旋转分离器转速至10°-20°，适当降低煤粉细度。（3）机组负荷下降过程中，根据各台制粉系统出力及时停运相应制粉系统，负荷降至300MW时，优先保持ABE或BEF制粉系统运行，使火焰集中。（4）环境温度较低时，适当开大送风机热风再循环，提高二次风温，强化锅炉燃烧。经过调整以后锅炉燃烧情况得到明显改观，各磨煤机火检在深度调峰期间较为稳定，整个炉膛燃烧状况良好，火焰电视呈明亮状态。

结束语

机组深度调峰同时带来机组各项经济指标下降，低负荷燃烧工况差，调整难度大，送、引风机工况扰动时易抢风等影响。可见，随着调峰深度的增加，机组安全性大大降低。如何在电网调峰过程中确保机组长周期安全稳定运行，仍有较大的探讨和提高空间。

参考文献:

[1]秦小阳.600MW超临界火电机组不投油深度调峰技术分析应用［J］.发电技术，2015（05）：36-39.

[2]齐建军，廉俊芳，赵志宏.600MW火电机组深度调峰能力探讨与经济安全性分析［J］.内蒙古电力技术，2013（04）：51-53.