李國新 聶濤 李燁

摘 要：在新能源大發(fā)展的背景下，傳統(tǒng)火電機組的調(diào)峰調(diào)頻能力是電網(wǎng)安全的重要保障，也是電廠一種新的盈利模式，關(guān)系到電廠的生存和發(fā)展。通過對1 030 MW鍋爐30%穩(wěn)燃試驗過程中鍋爐負(fù)壓、火檢強度、鍋爐受熱面壁溫、脫硝系統(tǒng)和制粉系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的分析，表明該鍋爐在不投油的情況下30%負(fù)荷穩(wěn)燃能力良好，為運行深度調(diào)峰提供參考。

關(guān)鍵詞：鍋爐;穩(wěn)燃試驗;電網(wǎng)安全;深度調(diào)峰

中圖分類號：TM31 ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2021）36-0044-03

Test and Analysis of 1 030 MW Boiler for Deep Peak-shaving and Stable Combustion

LI Guoxin ? ?NIE Tao ? ?LI Ye

（Pingdingshan Power Generation Branch，State Power Investment Group Henan Electric Power Co.，Ltd.， Pingdingshan ?Henan ?467312）

Abstract：Under the background of the development of new energy，the peak-frequency modulation capability of traditional thermal power units is an important guarantee for the safety of power grid，as well as a new profit model for power plants，which is related to the survival and development of power plants.Through the analysis of the negative pressure，flame detection intensity，heating surface temperature，denitration system and pulverizing system related parameters of 1 030 MW boiler in the process of 30% stable combustion test，it is shown that the boiler has good stable combustion ability under 30% load without oil injection，which provides reference for the depth of peak regulation in operation.

Keywords： boiler; stable combustion test; power network safety; depth peak regulation

碳達(dá)峰碳中和任務(wù)目標(biāo)的提出，給光伏風(fēng)電等新能源的發(fā)展提供了良好的契機。在此背景下，各大發(fā)電企業(yè)大力發(fā)展新能源業(yè)務(wù)。根據(jù)國家能源局發(fā)布的2021年1—8月的全國電力工業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至2021年8月底，全國發(fā)電裝機容量同比增長9.5%，其中，風(fēng)電同比增長33.8%，太陽能發(fā)電同比增長24.6%。目前，我國火電裝機容量占比約55%，用于調(diào)峰的油電、氣電比重很小，大批抽水蓄能電站正在建設(shè)中，并網(wǎng)調(diào)峰還需要較長時間。在特高壓大電網(wǎng)框架下，新能源消納成為我國能源發(fā)展過程中的一個關(guān)鍵問題。目前，煤電機組仍是電網(wǎng)調(diào)峰主力機組，是保障電網(wǎng)安全的壓艙石。近年來，少數(shù)機組在設(shè)計建設(shè)時優(yōu)化成為高效寬負(fù)荷機組[1]，但大部分機組是按帶額定負(fù)荷設(shè)計的，研究現(xiàn)有煤電機組的深度調(diào)峰能力成為發(fā)電企業(yè)普遍關(guān)心和高度重視的問題。

1 試驗背景

某電廠#1鍋爐為超臨界變壓直流煤粉爐，鍋爐型號為DG3000/26.15-Ⅱ1，額定主汽壓力為26.15 MPa，主汽溫度為605 ℃。該爐為對沖燃燒方式、風(fēng)冷鋼帶干式除渣、單爐膛、內(nèi)螺紋螺旋管圈水冷壁、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、露天島式布置、全鋼構(gòu)架懸吊Ⅱ型結(jié)構(gòu)。燃用煤種以本地平頂山煙煤為主。配備6臺ZGM133N中速直吹輥盤式磨煤機，5用1備。燃燒器前后墻對沖，6層48只噴口。

2 試驗條件及過程

#1鍋爐30%負(fù)荷深度調(diào)穩(wěn)燃試驗開始前，負(fù)荷調(diào)至50%，協(xié)調(diào)投運，滑壓模式，下層C、F磨和后墻中層E磨運行，注意保持鍋爐在濕態(tài)運行。因為深夜負(fù)荷比較低，試驗從晚高峰后開始。試驗前盡量降低磨煤機一次風(fēng)速，煤粉細(xì)度R90控制在17%左右，維持粉管一次風(fēng)粉流速在20～23 m/s，機組主保護正常投入。確信燃燒穩(wěn)定并具有進一步減負(fù)荷的潛力后，緩慢以1～2 MW/min的速度減負(fù)荷;然后每減額定負(fù)荷的5%左右，穩(wěn)定15 min，試驗過程中密切觀察火檢模擬量波動、爐膛負(fù)壓波動和環(huán)保參數(shù)的變化情況，確保鍋爐主要參數(shù)在合理范圍內(nèi)。當(dāng)確認(rèn)減至目標(biāo)負(fù)荷時，穩(wěn)定運行2 h以上，即可認(rèn)為鍋爐具備在該負(fù)荷下不投油穩(wěn)燃的能力。

降負(fù)荷過程具體如下：機組負(fù)荷降至400 MW，C、E、F磨運行，總煤量195.8 t/h，穩(wěn)定爐膛燃燒15 min;繼續(xù)降負(fù)荷至350 MW，總煤量182.5 t/h，觀察火檢穩(wěn)定，爐膛負(fù)壓波動正常，繼續(xù)降負(fù)荷至300 MW，煤量164.3 t/h，火檢正常，爐膛負(fù)壓波動正常，現(xiàn)場觀火燃燒穩(wěn)定，已經(jīng)達(dá)到30%額定負(fù)荷，穩(wěn)定運行2 h，觀察機組運行現(xiàn)狀;機組負(fù)荷維持300 MW，穩(wěn)定運行時，送風(fēng)機已經(jīng)達(dá)到最低出力，鍋爐氧量為8.9%，無法繼續(xù)降低氧量，因此需要停運一臺送風(fēng)機。根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備情況決定停運B送風(fēng)機，保持A送風(fēng)機單臺運行，同時退出協(xié)調(diào)，繼續(xù)保持負(fù)荷300 MW，穩(wěn)定運行，鍋爐氧量由8.9%降至7.8%，火檢正常，爐膛負(fù)壓波動正常;穩(wěn)定運行保持到試驗結(jié)束。

試驗期間，鍋爐爐膛負(fù)壓基本穩(wěn)定，燃燒器火檢顯示正常，各受熱管壁溫度均無明顯超溫問題，過熱度保持在10 ℃以上，主蒸汽最低保持在542 ℃，再熱汽溫較為平穩(wěn)，穩(wěn)定在562 ℃左右。停止單臺送風(fēng)機后氧量由8.9%降至7.8%。爐膛煙溫?zé)o明顯偏差。

3 試驗過程中鍋爐重要參數(shù)分析

3.1 爐膛負(fù)壓

爐膛負(fù)壓變化能最快地反映爐膛內(nèi)可燃物的燃燒狀況，燃燒狀況惡化時爐膛壓力波動會明顯加劇。在低負(fù)荷試驗期間，#1鍋爐負(fù)壓波動情況如圖1所示。由圖1可知，在整個試驗期間，#1鍋爐爐膛負(fù)壓基本在-100～0 Pa波動，試驗前后及期間波動幅度未有明顯變化，基本穩(wěn)定。停運一臺送風(fēng)機，退出協(xié)調(diào)后，爐膛壓力控制品質(zhì)明顯變差，爐膛負(fù)壓波動加劇，最低到-230 Pa。說明停運送風(fēng)機對爐內(nèi)燃燒擾動較大，要注意小心操作，提前做好穩(wěn)燃預(yù)控措施。

3.2 火檢強度

火檢強度是監(jiān)視燃燒器出口著火、爐內(nèi)燃燒工況穩(wěn)定的重要輔助參數(shù)之一。#1鍋爐試驗期間主要采用C、E、F磨運行，其對應(yīng)燃燒器火檢強度變化如圖2所示。

由圖2可以看到，在整個試驗期間，C、E、F層各燃燒器火焰強度基本維持在60%以上，在試驗最后穩(wěn)定在300 MW負(fù)荷運行，各層火焰強度基本維持正常波動。

3.3 主要受熱面壁溫

鍋爐低負(fù)荷運行過程中，由于受熱面管材內(nèi)部工質(zhì)流量降低、爐內(nèi)燃燒熱偏差等問題，容易出現(xiàn)管壁超溫問題。在降負(fù)荷過程中，監(jiān)視各個受熱面壁溫情況，不同負(fù)荷下各主要受熱面壁溫均未有明顯升高，整個過程未有明顯超溫問題。低溫過熱器出口管壁溫度和低溫再熱器出口管壁溫度略有回升，說明降負(fù)荷過程中爐內(nèi)燃燒狀況良好[2]。有代表性的測點溫度記錄見表1。

3.4 SCR脫硝系統(tǒng)

3.4.1 脫硝入口煙溫。隨著負(fù)荷的降低，SCR脫硝入口煙溫不斷降低，溫度低于285 ℃，脫硝裝置效率會明顯下降。#1鍋爐試驗期間脫硝入口煙溫隨負(fù)荷的變化如圖3所示。

根據(jù)該電廠運行規(guī)程要求，正常運行中需要監(jiān)控并保證SCR入口煙溫在285 ℃以上，保證噴氨正常。由圖3可以看到，整個試驗前后，在350～300 MW負(fù)荷區(qū)間，SCR入口煙溫在310 ℃以上。其中在停運一臺送風(fēng)機后，B側(cè)煙溫有下降趨勢，但是仍然保持在290 ℃以上，基本滿足脫硝正常噴氨需求。

3.4.2 脫硝入口NOx濃度。#1鍋爐試驗期間脫硝入口NOx濃度隨負(fù)荷的變化如圖4所示。

由圖4可以看到，#1鍋爐SCR脫硝入口NOx濃度保持在400 mg/m3左右無明顯變化，表明脫硝系統(tǒng)基本可以滿足機組深度調(diào)峰需求。

3.5 磨煤機

#1鍋爐不同負(fù)荷下磨煤機運行狀態(tài)如圖5和圖6所示。由圖5和圖6可以看到，在#1鍋爐降負(fù)荷過程中，不同負(fù)荷下C、E、F磨煤機出力均不低于40 t/h，均高于磨煤機最小出力;各磨出口溫度基本大于80 ℃。說明制粉系統(tǒng)在低負(fù)荷運行基本正常。

4 結(jié)語

通過現(xiàn)場試驗分析，在降低至300 MW負(fù)荷過程中，#1鍋爐對應(yīng)風(fēng)機、磨煤機、金屬受熱面無超溫現(xiàn)象，爐膛負(fù)壓波動幅度在-100～0 Pa，爐內(nèi)著火燃燒穩(wěn)定，SCR脫硝系統(tǒng)入口煙溫均大于285 ℃。綜合認(rèn)為，在試驗煤種下#1鍋爐具有30%額定負(fù)荷不投油穩(wěn)燃能力。

送風(fēng)機切手動協(xié)調(diào)退出對爐內(nèi)燃燒有一定影響，建議對送風(fēng)機等輔機切換控制邏輯進行優(yōu)化，盡量減少切手動的條件和直接跳閘輔機的可能性，避免輔機跳閘對爐膛內(nèi)燃燒穩(wěn)定性的干擾。

國內(nèi)報道類似鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷可達(dá)25%，不需要進行熱力系統(tǒng)設(shè)備改造[3]。但協(xié)調(diào)退出后負(fù)壓等自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能明顯變差，建議對熱工自動邏輯進行優(yōu)化，保證配風(fēng)、給水、燃料、減溫水、協(xié)調(diào)、一次調(diào)頻等自動在低負(fù)荷深度調(diào)峰條件下具有良好的品質(zhì)。

參考文獻：

[1] 王林，伍剛，張亞夫，等.1 000 MW深度調(diào)峰機組熱力系統(tǒng)優(yōu)化研究[J].發(fā)電技術(shù)，2019（3）：265-269.

[2] 王戰(zhàn)鋒，鞏時尚，秦楠，等.660 MW超超臨界機組低負(fù)荷穩(wěn)燃試驗研究[J].電力勘測設(shè)計，2019（9）：42-47.

[3] 孫海彥，高煒，劉潤華，等.1000 MW超超臨界機組深度調(diào)峰研究與實踐[J].上海電力學(xué)院學(xué)報，2017（6）：559-562.