張鵬威 何建樂

摘要：通過非助燃最低穩(wěn)燃負荷試驗，可以摸清機組最大調峰潛力，對于機組后續(xù)的深度調峰改造具有重要的指導意義。試驗結果表明，新疆某電廠300MW亞臨界燃煤機組最低穩(wěn)燃負荷可降至80MW（約24.2%BMCR），遠低于鍋爐設計的最低穩(wěn)燃負荷116MW（約35%BMCR）。但低負荷運行過程中也出現(xiàn)了SCR入口煙溫均低于脫硝催化劑的許用溫度下限（320℃）、爐內溫度較低等影響機組安全運行問題。對于同類型機組試驗及技術改造都具有重要的參考意義。

關鍵詞：深度調峰;非助燃最低穩(wěn)燃負荷試驗;安全運行

中圖分類號：X38 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）03-0-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.03.070

Experimental research on the non fuel oil auxiliary minimum stable combustion load of 300MW subcritical coal-fired power plant

Zhang Pengwei，He Jianle

（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou Zhejiang 310030，China）

Abstract：The maximum peak shaving potential of the power plant can be verified， through the test of the non fuel oil auxiliary minimum steady combustion load. which is important to guide the power plants for the subsequent deep peak shaving transformation.The test results show that the minimum stable combustion load of a 300MW subcritical coal-fired power plant in Xinjiang can be reduced to 80MW （about 24.2% BMCR）， which is much lower than the designed the minimum stable combustion load of 116MW （about 35% BMCR） for the boiler. However， there are some problems affecting safety during low load operation， such as the SCR gas flue inlet temperature was lower than the design lower allowable temperature limit of the denitration catalyst （320 ℃）， and the temperature in the furnace was low， which affected the power plant's safety operation. It has important reference significance for the test and technical transformation of similar power plants.

Key words：Deep peak regulation;Non fuel oil auxiliary minimum steady combustion load test;Safe operation

近年來，隨著人們環(huán)保意識的增強，清潔能源越來越受青睞[1]，根據(jù)國家能源局統(tǒng)計：“2018年，全國并網(wǎng)風電新投產(chǎn)2100萬千瓦，較上年增長20.3%;太陽能發(fā)電新投產(chǎn)4473萬千瓦，較上年減少16.2%?！卑凑諊野l(fā)改委和國家能源局印發(fā)的《能源生產(chǎn)和消費革命戰(zhàn)略（2016-2030）》要求：“截止2050年，非化石能源消費占比超過一半。”火電機組尤其是煤電機組在未來持續(xù)低負荷運行或者深度調峰將成為常態(tài)。

另外，清潔能源受季節(jié)、天氣等因素影響表現(xiàn)出較大的隨機性、間歇性，增加了電網(wǎng)調峰、調差壓力[2]。受外送通道容量限制影響，在新疆、甘肅、內蒙古等清潔能源富集地區(qū)，出現(xiàn)了較為嚴重的棄風、棄光現(xiàn)象[3]。為提高清潔能源消納比例，緩解電力供應壓力，適應未來火電機組調控的新常態(tài)，火電機組深度調峰改造就顯得尤為重要[4]。

本文以新疆某電廠300MW亞臨界燃煤機組為例，系統(tǒng)的介紹了非助燃最低穩(wěn)燃負荷試驗的全流程，分析了機組低負荷穩(wěn)燃能力以及各主要運行參數(shù)變化情況，對火電機組后續(xù)的深度調峰改造具有重要的指導意義。

1 總體情況介紹

1.1 機組概況

該機組為300MW亞臨界一次中間再熱燃煤凝汽式機組，四角切圓燃燒方式，自然循環(huán)汽包爐，單爐膛、平衡通風、固態(tài)除渣露天п型布置，全鋼架、全懸吊結構的燃煤鍋爐。本鍋爐設計最低穩(wěn)燃負荷為BMCR工況下的35%，對應的蒸汽流量約為360t/h，對應的電負荷在120MW左右，保持3臺磨煤機運行。其主要設計參數(shù)見表1。

1.2 煤質分析

試驗前需確定試驗煤種，并對試驗煤質進行化驗，以便更好的分析煤質對試驗過程的影響。該機組之前大量燃用低熔點高堿金屬含量的準東煤，導致機組結焦嚴重，試驗過程中摻入高灰分高灰熔點低堿金屬含量的煤質（電廠常用煤種之一）沖刷受熱面，有助于清潔受熱面，緩解受熱面結焦情況，減輕低負荷掉焦對爐內燃燒造成較大擾動;并建議電廠以此煤種為低負荷燃燒常用煤種，其煤質元素分析檢驗結果與設計值對比情況見表2。

由表2煤質分析結果來看，（1）試驗煤質熱值較設計煤質偏低：這使得低負荷工況的燃料投入量增加，較高的燃料量可以保證三臺磨煤機穩(wěn)定運行，提高火焰在爐內的充滿度，維持爐內良好的溫度場，減輕爐膛頂部掉焦狀況，便于低負荷穩(wěn)燃;（2）試驗煤質和設計煤質揮發(fā)分含量都在37%以上，這有利于煤粉快速著火燃燒，同時較高的揮發(fā)分含量也使得焦炭孔隙率增大，燃燒過程中與空氣的接觸面積相應增大，便于煤粉的燃盡。

2 試驗方法

2.1 試驗儀器及測點布置方法

試驗過程中主要對脫硝入口煙氣溫度以及NOx濃度及爐內溫度場數(shù)據(jù)進行采集，溫度場測量采用紅外測溫儀（Raytek）通過觀火孔對不同高度的溫度場進行測量，脫硝入口溫度以及NOx濃度測量如圖1所示。

圖1 網(wǎng)格法煙氣成分分析、煙氣溫度測量示意圖

試驗測點分布在脫硝入口兩側煙道，采用網(wǎng)格法進行布置，單側煙道取5個測孔、每個測孔取3個深度進行逐點測量，單側煙道共設置5x3=15個測點。

脫硝入口煙氣溫度測量時，將熱電偶與煙氣采樣槍組合成一體，與煙氣成分測量同步進行，熱電偶通過補償導線連接至數(shù)字溫度計。

脫硝入口NOx濃度測量時，煙氣取樣槍在同一測量孔內，依據(jù)網(wǎng)格劃分原則依次保持在不同深度（由里及外），在每一深度上停留時間滿足煙氣置換要求，測量系統(tǒng)同步測量，并在各深度逐點記錄煙氣分析儀讀數(shù)。每個取樣孔測量完成后，采樣槍換至下一測孔測量。

2.2 試驗流程

2.2.1 試驗前準備

對機組主要運行參數(shù)包括煤粉細度、一次風速、爐內燃燒、煙氣流場分布情況進行摸底檢測。綜合考慮機組運行可靠性和試驗煤質情況，本次試驗采用B、C和D三臺磨投運方式，煤粉細度R90控制在20%～30%左右，單臺磨各粉管一次風速偏差控制在10%以內。另外火焰溫度中心不能出現(xiàn)嚴重偏離、脫硝入口兩側煙道煙氣溫度及成份分布不能偏差較大。對偏離合理范圍較大的參數(shù)進行優(yōu)化調整，使機組保持良好的運行狀態(tài)。

2.2.2 非助燃最低穩(wěn)燃負荷試驗

首先對各執(zhí)行機構進行檢查和試驗，包括等離子點火裝置和油槍試投是否正常、火焰探頭觀測是否準確，燃燒器擺動是否靈活、二次風門開度調節(jié)是否靈活等，正式試驗開始前完成鍋爐及空預器全面吹灰一次。

第一階段：鍋爐由正常運行負荷按滑壓方式逐步降至130MW，在130MW負荷下穩(wěn)定運行 1h，記錄各項運行參數(shù)。

第二階段：鍋爐由130MW工況每次緩慢降低負荷10MW后，穩(wěn)定運行0.5h，如有必要再緩慢降低負荷至可穩(wěn)定燃燒負荷，穩(wěn)定運行2h，記錄最低負荷時的各項運行參數(shù)。

第三階段：當機組出現(xiàn)：煤火檢信號強弱變化明顯，從就地看火孔觀察，爐膛火焰應穩(wěn)定明亮，煤粉噴口著火點適宜，爐膛出口煙溫基本穩(wěn)定不再降低時。則認為達到低負荷穩(wěn)燃狀態(tài)，保持此狀態(tài)運行2h以上，試驗結束。

3 結果分析

試驗期間負荷從130MW逐漸下降至120MW、110MW、100MW、90MW和80MW，爐內燃燒強度逐漸降低，主要參數(shù)滑壓運行，爐內燃燒穩(wěn)定。130MW工況時，SCR進口煙溫（兩側均低于SCR催化劑許用溫度下限320℃）已經(jīng)不能夠滿足脫硝系統(tǒng)運行要求，但為了摸清機組真實低負荷穩(wěn)燃能力，經(jīng)與電廠協(xié)商試驗繼續(xù)進行。80MW負荷下鍋爐燃燒穩(wěn)定，機組運行穩(wěn)定，各輔機運行正常，繼續(xù)降負荷時爐內燃燒出現(xiàn)不穩(wěn)定跡象。試驗機組最低穩(wěn)燃負荷為80MW（約24.2%BMCR）。

從120MW負荷開始SCR入口氧量為6.59%，入口NOX含量超過了SCR入口設計上限（550mg/Nm3），兩側均達到650mg/Nm3以上，隨著負荷的降低，運行氧量進一步增加，到80MW負荷時，運行氧量達到9.3%左右，兩側NOX含量高達800mg/Nm3左右，因為二次風箱差壓原因，無法通過減小二次風箱壓力降低運行氧量，對鍋爐燃燒的穩(wěn)定性與經(jīng)濟性、燃燒器的低氮特性有一定影響;從90MW負荷開始，汽泵入口壓力低報警（1.43MPa左右），到80MW負荷時，汽泵入口壓力達到1.3MPa左右（設備保護值為1.2MPa），繼續(xù)降低負荷，投入電泵運行，試驗期間各個工況的主要參數(shù)情況見下表。

試驗期間對各負荷工況下SCR入口煙溫進行了測量，由表4可知，130MW工況下，甲側最低煙溫已達到311.5℃，乙側最低煙溫為317.5℃，各負荷工況下SCR入口煙溫均未達到SCR催化劑許用溫度下限（320℃），建議進行寬負荷脫硝改造，以便保證機組低負荷運行時脫硝設備的安全性和可靠性，同時降低尾部設備低溫腐蝕的風險。

3.2 溫度場變化情況

由于機組墻面上只有大屏處有4個觀火孔，數(shù)量較少，經(jīng)與電廠協(xié)商，豎直拆除前墻中間位置一排爐膛短吹作為試驗觀火孔使用，便于簡單了解各負荷工況下爐內燃燒情況。具體見圖2-4。

由于機組墻面上觀火孔較少，不能很好的檢測其實際燃燒溫度場，從圖中數(shù)據(jù)可以簡單看出，80MW負荷工況下，40m爐溫已降到1000℃以下，爐內整體溫度水平較低，基本能滿足煤粉的著火燃盡需求，機組燃燒穩(wěn)定，各輔機運行正常。隨著負荷繼續(xù)降低，C、D磨火檢閃爍，爐膛火焰發(fā)暗，爐內燃燒出現(xiàn)不穩(wěn)定跡象。建議后續(xù)可選用低負荷穩(wěn)燃技術如富氧燃燒進行改造[5]，提高爐內溫度和燃燒穩(wěn)定性，同時對后續(xù)SCR入口煙溫的提升也有一定作用。

4 結論

本文通過靈活性改造摸底試驗，摸清了機組的最低穩(wěn)燃負荷可達到80MW水平。在試驗過程中發(fā)現(xiàn)低負荷下，SCR入口煙溫均低于脫硝催化劑的許用溫度下限、爐內溫度較低等問題。并建議機組后續(xù)可以采用寬負荷脫硝以及富氧燃燒技術進行改造，提升機組低負荷運行的穩(wěn)定性和可靠性。

參考文獻

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[3]周鹿鳴，楊建華，王維洲等.德國《可再生能源法（2017年）》的啟示[J].科技導報，2019，37（21）：7-13.

[4]侯玉婷，李曉博，劉暢，等.火電機組靈活性改造形勢及技術應用[J].熱力發(fā)電，2018，47（5）：8-13.

[5]張廣才，周科，魯芬，等.燃煤機組深度調峰技術探討[J].熱力發(fā)電，2017，46（9）：17-23.

收稿日期：2020-01-08

作者簡介：張鵬威（1986-），男，漢族，工學碩士，工程師，研究方向為燃煤電站鍋爐的節(jié)能及環(huán)保技術。