浅析600MW亚临界燃煤机组深度调峰运行

摘 要：因国家政策及现阶段电力市场需求导向，各火力发电机组特别是大容量机组参与深度调峰已显常态并成为未来发展趋势，本文针对某厂600MW亚临界燃的煤机组30%额定容量下深度调峰运行情况进行分析总结，就大容量机组参与深度调峰的运行工况特点及注意事项进行了梳理，探讨深度调峰对大容量机组带来的不利影响，以期为同类机组深度调峰改造及运行提供参考和借鉴。

关键词：600MW亚临界 燃煤机组 深度调峰

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2018）05-0-02

按照《国家发改委、国家能源局关于印发<可再生能源调峰机组优先发电实行办法>的通知》（发改运行[2016]1558号）规定，如果一台机组被认定为可再生能源调峰机组，本台机组退出市场电量交易，在后续年份中将获得不低于上年火电平均利用小时的基础电量计划，可避免激烈的市场电量交易竞争，为企业带来可观经济利益[1] 。

为此，我国各地各电力企业及一些相关技术联盟等学术机构积极组织开展深度调峰技术研讨、通过研究设备升级改造、机组灵活性改造，保机组调峰能力能满足电网需求，以便早日享受政策红利。某厂在深入研究其机组调峰能力的基础上，抢抓先机，积极主动联系经信委开展可深度调峰机组认定工作，在2018年初其1号发电机组已被省经信委认定为可再生能源调峰机组。

一、基本概况

该厂汽轮机为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产，型号NZK600-16.7/538/538，型式为亚临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、直接空冷凝汽式；锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司引进美国ABB-CE燃烧工程公司技术设计制造的亚临界、一次中间再热、单炉膛、正压直吹、四角切圆、平衡通风、干排渣、Π型半露天布置、全钢构架、悬吊结构、控制循环汽包锅炉，型号为：HG-2080/17.5-YM9； 采用六台中速辊式磨煤机，型号ZGM113G型。除灰为双室五电场电除尘，脱硫为FDG湿法脱硫，脱硝系统采用选择性催化还原法（SCR）脱硝工艺，以液氨为还原剂。每台锅炉布置两台SCR反应器，催化剂的型式采用蜂窝式，设计为三层。机组超低排放改造时采用了浓淡型低氮燃烧器，深度调峰改造新增旁路烟气通道及挡板，在启停机及深度调峰过程中用以满足脱硝系统需求（图1）：

二、600MW亚临界机组深度调峰运行工况特点及注意事项

1.低负荷燃烧情况

低负荷工况炉膛燃烧的稳定是深调峰成功的先决条件。低负荷由于炉膛温度低，火焰充满度差，调整不当容易造成灭火，且由于各发电企业近年来配煤掺烧力度的加大，不可避免会引起燃烧工况恶化，为此，低负荷下稳燃是首要考虑方面。

该厂利用机组停运时期对原煤仓进行升级改造，采用一种新型的“虾米曲线”式原煤仓，有效的解决了原煤仓此前由于泥煤引起频繁的断煤、蓬煤现象，切实保障了机组深度调峰时磨煤机运行的安全性。通过对浓淡型低氮燃燒器不同负荷工况下稳燃特性试验，掌握不同磨组合方式下的配风调整，开展优化调整试验改善燃烧性能，合理控制氧量及一次风率，促进稳定燃烧。此外，结合配煤掺烧试验，优化燃煤掺配管理，除进行煤场内正常掺配外采取分仓上煤模式，日常运行中或深度调峰前尽量保障底层磨煤质相对较好一些（Vdaf不低于35%，高热值不低于4500kcal/kg优质烟煤），兼顾安全稳定环保要求；在低负荷时将干排渣液压关断门适量关闭，减少炉膛底部漏风，且能减少炉膛内NOx生成；低负荷时及时调整底层磨煤机出口分离器开度，保证合适出粉细度；保障等离子燃烧器及油枪可靠，必要时及时投入稳燃；另外，低负荷工况下，要做好停炉不停机事故预想。

2.低负荷环保运行

低负荷工况保障脱硝出口NOx不超标是必要条件。低负荷工况下，脱硝入口烟气温度需要能确保满足催化剂要求，避免引起环保事件。要考虑控制NOx生成量，保障脱硝入口烟气温度，减少喷氨量，防止氨逃逸，防止因深调造成的空预器加速堵塞。此外，要严密监视辅汽温度，必要时，提高冷再至辅汽压力，避免氨区蒸发器出力不足。

根据脱硝入口烟气温度，优化深调旁路挡板控制逻辑或通过提前开启省煤器旁路烟气挡板，以满足脱硝系统入口烟气温度，维持脱硝系统运行正常。当机组负荷降至330MW时或脱硝入口烟温低于315℃，将深度调峰系统A、B侧旁路烟道关断挡板打开。同时每次以5%的开度逐渐开启旁路烟道调整挡板。操作时注意监视脱硝入口烟温在正常范围（300℃—350℃）。当旁路烟道调节挡板全开后，如脱硝入口烟温低于305℃时，可通过关小省煤器出口烟气挡板，保证脱硝入口温度不低于300℃。期间应加强炉膛负压、空预器电流、引风机电流变化趋势的监视。

3.低负荷汽包水位调整

低负荷工况加强汽包水位监督调整是重点，严防因深度调峰造成的锅炉灭火、机组非停。负荷至180MW工况时，由于主汽流量、给水流量的测量及逻辑设定，要避免协调或三冲量退出，引起汽包水位异常。因此要求热工保障仪表测量准确性，过程中设专人监控调整汽包水位，防止出现因汽包水位异常引起锅炉灭火或机组跳闸。根据该厂机组逻辑设置，蒸汽流量大于550t/h允许投入三冲量，小于540t/h三冲量退出，为此，调节过程中要密切注意汽包水位情况，特别是煤质较差，燃烧不稳情况时视情况及时果断投油。灵活性调整汽泵运行方式，负荷300MW以下时开启一台汽泵再循环，负荷降至280MW时及时退出一台汽泵运行，防止因流量低触及保护逻辑，导致小机跳闸，造成汽包水位异常波动。在负荷低于300MW时可将主给水阀进行手动节流或根据负荷及给水流量情况将给水切至旁路运行，以保证减温水压力及流量充足够用；另外，原来协调逻辑中的负荷低于200MW协调退出至炉主控已不合适30%负荷深度调峰要求，经分析论证并经总工批准后修改为负荷低于160MW，协调退出至炉主控。低负荷工况下的稳定燃烧对汽包炉的水位影响较大，因此，在加强汽包水位调整的同时，要密切关注锅炉燃烧、炉膛压力及火检情况。

4.低负荷节能分析

低负荷工况下，除了安全性、环保性要认真对待外，机组经济性也应重视起来。充分优化调整运行方式，合理配风，保证合理氧量曲线，降低风机电耗；保障过、再热汽温及壁温在正常范围内，减少减温水用量，提高锅炉燃烧及汽轮机做功效率。保持磨煤机出口分离器合理开度，在保障安全稳燃情况下兼顾降低磨煤机单耗；根据机组背压情况灵活性调整空冷风机运行台数，电除尘退出部分电场运行或及时切至低负荷模式运行，脱硫根据出口硫情况灵活性启停部分浆液循环泵，干排渣执行低负荷节能措施等；将节能工作做实做细，将180MW深度调峰工况当做低负荷典型工况来对标，客观平衡安全和经济的杠杆，认真调整如厂用电率、供电煤耗等小指标。

5.低负荷工况下防冻防腐

针对北方地区冬季环境温度等工况，要充分考虑机组防冻情况，特别是低负荷下空冷凝汽器防冻。严格按照相关规程、技术措施要求，根据温度及背压调整空冷风机运行台数及频率，避免过冷却及结冻现象。防止空预器冷段低温腐蚀，及时投入暖风器运行，当抽汽温度不能满足要求时及时切至辅汽，保障空预器冷段综合温度148℃即可。

6.其他方面的一些保障安全注意事项

低负荷下空预器及时投入连续吹灰，防止烟道尾部再燃烧等；运行调整方面合理组织配风，火焰中心调整，避免受热面超温；同时机组响应负荷指令在快速上升或下降时要做好汽轮机振动监测等，保障机组旁路可靠备用，在单台机组运行时更要做好防止灭火停机后轴封供汽失去的事故预想，切实保障机组安全可靠运行。

三、参与深度调峰对机组带来的潜在不利影响

1.频繁参与电网调峰对机组的可靠性要求较高，深度调峰对机组安全性、经济性方面产生了负面影响，引起了厂用电率偏高、供电煤耗上升等不利影响。因此，切实加强设备缺陷治理等工作，保障全年机组负荷率及多带经济负荷来稀释因此造成的不利影响；深度调峰对机组及辅助设备的寿命造成的不利影响也不容忽视，容易引起汽轮机热冲击、低周疲劳损伤，造成金属寿命损耗加快，一般认为汽轮机服役年限时30年，长期多次频繁参与深度调峰，会加速转子寿命损耗，降低机组实际的可运行年限[2]。

2.低负荷下的安全稳定对燃烧控制要求增大，因断煤投油带来的油耗可能增加；低负荷下运行磨煤机台数相对偏多（一般为3-4台），从该厂180MW深调实际运行数据来看追求稳定燃烧一般情况下氧量比较充分（表1），易造成脱硝入口NOx偏高，引起喷氨量增大，造成环保运行投资加大且由于在较低温度下烟气中三氧化硫与氨气结合成的硫酸氢铵或硫酸铵附着在催化剂表面，使催化剂反应性能下降，且极易加剧空预器腐蚀、积灰、堵塞，进而引起了新的问题，例如大负荷来临时的机组出力受限等。因此对空预器要“逢停必冲”，同时要保障在线水冲洗的可靠性及效果，现阶段，该厂也尝试利用硫酸氢氨在线热分解试验来减缓空预器的堵塞情况，效果还需要进一步评估。

3.采取靈活性运行方式对机组参与深度调峰必不可少，例如低负荷下对汽泵运行方式的调整，在深度调峰稳定运行阶段，需要将一台给水泵退出运行，并开启再循环阀，此方法虽然能有效提高深度调峰时的稳定性，但会导致机组经济性下降，且容易引起再循环阀芯密封面被冲刷损坏；如若停运，可能导致停运泵出现转子热弯曲现象发生，需保障停运后的盘车连续运行及下次启动前的充分预暖。频繁操作主给水门进行节流在造成经济性下降的同时，也带来了主给水门冲刷及铜套脱落等潜在安全风险，需在机组大小修时认真检查相关设备，进一步分析所产生影响。

4.低负荷下过、再热汽温等参数较难达设计值，除了降低了机组效率，也可能引起末级叶片的回流冲蚀。为了稳定燃烧，运行氧量偏大，风机电耗过大，经济性较差，还要防止风机出现抢风。亚临界机组与超临界等机组相比，虽然亚临界机组参与深度调峰时在极低负荷下运行时的经济性指标降低相对较小，但供电煤耗和厂用电率等一些控制指标还是相比50%-100%额定负荷运行时的偏高很多[3]（表2）。另外，深调旁路烟气挡板设置导致机组正常工况下的排烟温度所有提高，要优化旁路烟气通道漏风，投资升级空预器蓄热元件，以满足换热效果，降低因排烟热损失造成的机组煤耗上升，经济性下降。

5.在充分保障安全不打折扣的前提下，深度调峰引起的频繁操作对设备可靠性及在岗运行人员的素质、技术水平有了新的要求。要进一步加强设备可靠性管理，提高运行人员培训等日常工作。

结语

600MW亚临界燃煤机组通过设备改造和设备运行灵活性调整，能实现30%-100%额定负荷下的稳定深度调峰，在180MW负荷期间各项参数运行正常，烟尘、二氧化硫、氮氧化物等指标均达到超低排放标准。深度调峰过程中的锅炉稳燃和汽包水位监督是重点问题，要防范锅炉灭火，机组非停；利用烟气旁路满足脱硝入口烟气温度是超低排放的关键点，避免引起环保事件；深调带来的机组指标下降对深入开展节能降耗工作有了新的挑战，需要进一步深挖潜力；此外，围绕机组寿命检测和管理有了新的工作。但随着机组深调试验及验收工作的顺利完成，被认定为可再生能源机组，能进一步提高机组的在网运行水平和企业的综合竞争力。同时按照“谁调峰、谁受益”的原则，下一步将根据调峰次数和深度争取到高于省内火电平均利用小时的发电计划，并获得相应电量、电价等补贴，为企业提质增效、逐力赶超赢得先机。

参考文献

[1]山西能源监管办.山西电力风火深度调峰市场操作细则[M].2018.

[2]吴瑞康，楼可炜，丁阳俊.燃煤机组深度调峰对汽轮机组的影响[J].汽机监督，2017.9.25.

[3]Jeff Shan，深度调峰美国电厂运行经验和超低负荷稳燃低氮燃烧技术[J].清洁高效燃煤发电技术中心，2018.02.01.

作者简介：冯明豪（1985-7）男，汉族，陕西西安人，大学本科，工程师，从事火电厂集控运行工作。