王國(guó)成

摘要：熱電聯(lián)產(chǎn)供熱機(jī)組汽機(jī)鍋爐異步負(fù)荷深度調(diào)峰系統(tǒng)可以提高供熱機(jī)組參與電網(wǎng)深度調(diào)峰能力及增加機(jī)組供熱能力，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)機(jī)組全負(fù)荷脫硝。本文擬對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行分析說(shuō)明，為同類(lèi)型供熱機(jī)組提供參考。

Abstract： The steam-turbine and boiler asynchronous working condition deeping-peak-shaving system of combined heat and power plant can enhance the capability of power plant join in the power grid deeping-peak-shaving and increase the capability of power plant supply more steam. It also can realize all working condition SCR. The article analyzes this system to provide reference for similar heating unit.

關(guān)鍵詞：汽機(jī)鍋爐異步負(fù)荷;深度調(diào)峰;系統(tǒng);全負(fù)荷脫硝

Key words： steam-turbine and boiler asynchronous working condition;deeping-peak-shaving;system;all working condition SCR

中圖分類(lèi)號(hào)：TM621? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）35-0212-02

1? 背景技術(shù)

按照國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃（2016-2020年）》的精神要求，要求全面推動(dòng)煤電機(jī)組靈活性改造，實(shí)施煤電機(jī)組調(diào)峰能力提升工程。通過(guò)進(jìn)行靈活性技術(shù)實(shí)施，提高火力發(fā)電機(jī)組的深度調(diào)峰能力。

2? 供熱機(jī)組深度調(diào)峰現(xiàn)存問(wèn)題

根據(jù)汽輪機(jī)與鍋爐相匹配原則，汽輪機(jī)負(fù)荷降低時(shí)，鍋爐負(fù)荷也隨之降低;依據(jù)汽輪機(jī)本身特性，汽輪機(jī)最低安全運(yùn)行負(fù)荷可以降至20%額定負(fù)荷左右。但受鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷要求的限制（一般為30%額定負(fù)荷），汽輪機(jī)最低運(yùn)行負(fù)荷一般為30%額定負(fù)荷。當(dāng)汽輪機(jī)參與電網(wǎng)深度調(diào)峰時(shí)，汽輪機(jī)負(fù)荷只能降到30%額定負(fù)荷，無(wú)法降到20%額定負(fù)荷左右，從而制約了發(fā)電機(jī)組深度調(diào)峰能力。同時(shí)，對(duì)于熱電聯(lián)產(chǎn)供熱機(jī)組，根據(jù)供熱機(jī)組汽輪機(jī)的特性，隨著汽輪機(jī)負(fù)荷下降，汽輪機(jī)的抽汽供熱能力也隨之降低。當(dāng)熱電聯(lián)產(chǎn)供熱機(jī)組參與電網(wǎng)深度調(diào)峰進(jìn)行降低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，必將導(dǎo)致汽輪機(jī)抽汽供熱能力相應(yīng)下降。近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)局部地區(qū)電力市場(chǎng)和供熱市場(chǎng)供需矛盾的顯現(xiàn)，特別是供熱機(jī)組在區(qū)域裝機(jī)容量占比高的地區(qū)（如中國(guó)東北等地區(qū)），在供暖期電網(wǎng)需求少供熱需求大的情況下，導(dǎo)致電網(wǎng)深度調(diào)峰能力不足和汽輪機(jī)抽汽供熱能力下降。

目前，我國(guó)火力發(fā)電廠(chǎng)鍋爐設(shè)備一般先通過(guò)低氮燃燒技術(shù)減少NOx的生成量，再通過(guò)脫硝工藝（主要采用SCR技術(shù)）脫除NOx，從而降低鍋爐NOx排放量。催化劑是SCR脫硝系統(tǒng)的核心部件，其性能對(duì)脫硝效果有直接影響。而鍋爐煙氣溫度對(duì)反應(yīng)速度和催化劑的反應(yīng)活性及壽命有決定作用，是影響SCR脫硝效率的重要因素之一。常用的SCR催化劑為中溫催化劑，正?；钚詼囟葏^(qū)間一般為310℃～420℃之間，催化劑活性物的活性最高，催化還原反應(yīng)效率最高。但常規(guī)鍋爐設(shè)計(jì)中，會(huì)存在如下問(wèn)題：在機(jī)組負(fù)荷較高時(shí)，脫硝裝置進(jìn)口煙溫正好在催化劑正常運(yùn)行范圍;而在機(jī)組負(fù)荷較低時(shí)，脫硝裝置進(jìn)口煙氣溫度較低，低于催化劑的正常使用溫度。若在低負(fù)荷時(shí)將脫硝裝置進(jìn)口的設(shè)計(jì)煙溫提高到滿(mǎn)足催化劑的要求，則在高負(fù)荷時(shí)煙溫會(huì)更高，引起排煙溫度高，鍋爐效率低，煤耗量大。因此，一般情況下都按在高負(fù)荷時(shí)滿(mǎn)足較低的排煙溫度來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這將致使電廠(chǎng)在低負(fù)荷時(shí)只能將脫硝裝置解列運(yùn)行。具體如圖1所示。

一般來(lái)說(shuō)，脫硝催化劑廠(chǎng)家都有催化劑最低連續(xù)運(yùn)行溫度，超過(guò)溫度范圍催化劑將不能發(fā)揮應(yīng)有的作用。但我國(guó)絕大多數(shù)燃煤供熱機(jī)組都參與電網(wǎng)調(diào)度，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，尤其是非用電高峰時(shí)，機(jī)組常常不能滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，甚至運(yùn)行于50%以下的負(fù)荷區(qū)間。在中、低負(fù)荷下的SCR反應(yīng)器入口煙溫經(jīng)常會(huì)低于SCR催化劑的正?；钚詼囟葏^(qū)間，SCR脫硝系統(tǒng)裝置無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，無(wú)法保證鍋爐NOx排放量達(dá)到環(huán)保排放要求。同時(shí)，隨著風(fēng)電、光電等清潔能源的大規(guī)模并網(wǎng)，其隨機(jī)性和間歇性帶來(lái)的電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)大幅度增加，嚴(yán)重影響局部電網(wǎng)的穩(wěn)定性。為了滿(mǎn)足電網(wǎng)現(xiàn)實(shí)需求，火力發(fā)電機(jī)組應(yīng)逐步具有運(yùn)行靈活性、深度調(diào)峰、快速爬坡和快速啟停功能，這也對(duì)鍋爐設(shè)備全負(fù)荷脫硝提出了更新、更高的要求。

3? 汽機(jī)鍋爐異步負(fù)荷深度調(diào)峰系統(tǒng)技術(shù)方案

本文提供的深度調(diào)峰系統(tǒng)目的是為了解決上述現(xiàn)有國(guó)內(nèi)局部地區(qū)供熱機(jī)組參與電網(wǎng)深度調(diào)峰能力不足、汽輪機(jī)抽汽供熱能力下降及低負(fù)荷SCR脫硝系統(tǒng)裝置無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)的問(wèn)題。供熱機(jī)組汽機(jī)鍋爐異步負(fù)荷深度調(diào)峰系統(tǒng)通過(guò)采用汽輪機(jī)運(yùn)行負(fù)荷低于鍋爐運(yùn)行負(fù)荷的方法來(lái)降低供熱機(jī)組的發(fā)電量，提高供熱機(jī)組參與電網(wǎng)深度調(diào)峰能力，同時(shí)將鍋爐運(yùn)行多出的熱量通過(guò)加熱部分中壓給水的方式，將部分中壓給水加熱成過(guò)熱蒸汽對(duì)外供熱，提高供熱機(jī)組的供熱能力，再通過(guò)調(diào)節(jié)對(duì)外供蒸汽流量確保SCR反應(yīng)器入口煙溫在SCR催化劑最佳反應(yīng)溫度區(qū)間。

供熱機(jī)組汽機(jī)鍋爐異步負(fù)荷深度調(diào)峰系統(tǒng)包括供熱蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、過(guò)熱器再熱器防干燒系統(tǒng)（詳見(jiàn)圖2）。

供熱蒸汽發(fā)生系統(tǒng)中從給水前置泵5與給水泵6之間的中壓給水管道23上引出一路供水管道25并在管道上設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥32;供水管道25將部分中壓給水輸送至空氣預(yù)熱器17前煙道22內(nèi)的一級(jí)煙氣過(guò)熱器17進(jìn)行加熱變成過(guò)熱蒸汽，經(jīng)蒸汽管道26將過(guò)熱蒸汽輸送至布置在省煤器10入口前鍋爐尾部豎直煙道21內(nèi)的二級(jí)煙氣過(guò)熱器11，提高蒸汽的過(guò)熱度后通過(guò)過(guò)熱蒸汽管道27輸送至熱用戶(hù)20，完成采用部分中壓給水生成供熱蒸汽的供熱蒸汽發(fā)生系統(tǒng)流程。

同時(shí)，通過(guò)調(diào)整流量調(diào)節(jié)閥32來(lái)控制吸收鍋爐煙道內(nèi)煙氣熱量來(lái)控制進(jìn)入脫硝裝置16入口煙氣溫度使SCR催化劑處于最佳反應(yīng)溫度區(qū)間，確保鍋爐能夠在全負(fù)荷工況下均能滿(mǎn)足最佳脫硫效果。

過(guò)熱器再熱器防干燒系統(tǒng)中在汽輪機(jī)高壓缸2一段抽汽管道28上增設(shè)流量調(diào)節(jié)閥33，在汽輪機(jī)高壓缸2再熱冷段管道29上引出的二段抽汽管道30上增設(shè)流量調(diào)節(jié)閥34，同時(shí)在汽輪機(jī)中壓缸3三段抽汽管道31上也增設(shè)流量調(diào)節(jié)閥35，通過(guò)控制經(jīng)過(guò)上述三個(gè)流量調(diào)節(jié)閥的蒸汽流量，降低高壓給水管道24內(nèi)依次經(jīng)過(guò)3號(hào)高壓加熱器7、2號(hào)高壓加熱器8和1號(hào)高壓加熱器9并進(jìn)入省煤器10的高壓給水溫度，防止低溫過(guò)熱器13和高溫過(guò)熱器15干燒;通過(guò)控制二段抽汽管道30上增設(shè)的流量調(diào)節(jié)閥34來(lái)調(diào)整進(jìn)入2號(hào)高壓加熱器8的蒸汽流量，提高高壓缸2再熱冷段管道29內(nèi)的蒸汽流量，達(dá)到防止低溫再熱器12和高溫再熱器14干燒的目的。

4? 供熱機(jī)組汽機(jī)鍋爐異步負(fù)荷深度調(diào)峰系統(tǒng)有益效果

①采用汽輪機(jī)運(yùn)行負(fù)荷低于鍋爐運(yùn)行負(fù)荷的方法來(lái)降低供熱機(jī)組的發(fā)電量，同時(shí)汽輪機(jī)最低負(fù)荷可降到20%額定負(fù)荷左右，提高供熱機(jī)組參與電網(wǎng)深度調(diào)峰能力;②采用將鍋爐運(yùn)行多出的熱量加熱部分中壓給水的方式，將部分中壓給水加熱成過(guò)熱蒸汽對(duì)外供熱，提高供熱機(jī)組的供熱能力;③使脫硝裝置入口煙氣溫度在SCR催化劑最佳反應(yīng)溫度區(qū)間，確保鍋爐能夠在全負(fù)荷工況下均能滿(mǎn)足最佳脫硝效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目可行性研究技術(shù)規(guī)定.2001.

[2]沈維道，將智敏，童鈞耕.工程熱力學(xué)[M].

[3]劉景仁.CS1000集散系統(tǒng)在新擴(kuò)建汽機(jī)鍋爐中的應(yīng)用[J].價(jià)值工程，2010，29（04）：78.