華潤電力湖北有限公司 徐英倫

1 試驗研究背景

隨著新能源發(fā)電大規(guī)模且快速地增長，燃煤火電機組參與深度調(diào)峰在不久將來會成為新常態(tài)。為滿足電網(wǎng)市場要求，搶占市場先機，爭取在湖北省電力調(diào)峰輔助市場獲取更大的輔助服務(wù)效益。公司超前謀劃，深挖機組調(diào)峰潛能，決定對公司#3機組深度調(diào)峰至300MW 的試驗。

2 機組主機設(shè)備概況介紹

華潤電力湖北有限公司二期#3鍋爐由上海電氣集團股份有限公司生產(chǎn)制造，型號為SG-3103/27.46-M53X 超超臨界參數(shù)、直流爐、單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、雙切圓燃燒方式，π 型鍋爐。共配有6臺磨煤機，從下至上磨煤機編號分別為A、B、C、D、E、F。

汽輪機由上海電氣集團股份有限公司生產(chǎn)制造的型號為TC4F 超超臨界、一次中間再熱、四缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式汽輪機組。銘牌功率1000MW、VWO 工況功率1094.665MW、額定工況參數(shù)（THA 工況）：高壓主汽閥前主蒸汽額定參數(shù)為26.25MPa/600℃、中壓主汽閥前再熱蒸汽參數(shù)為5.0MPa/600。#1、#2、#3高加和#5低加疏水逐級自流，#6低加配有低加疏水泵，將疏水打回至#5低加入口，#7、#8低加疏水直接排入凝汽器[1]。

3 試驗?zāi)康?/h2>

為貫徹落實國家能源局華中監(jiān)管局下發(fā)的《華中區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實施細則》《華中區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理實施細則》（華中監(jiān)能市場〔2020〕153號）、《湖北電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場運營規(guī)則》及其配套文件精神，進一步推進湖北省電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場化，促進清潔能源消納，提升入網(wǎng)發(fā)電機組調(diào)峰能力，決定通過開展機組深度調(diào)峰技術(shù)出力試驗，來確認#3機組能否深度調(diào)峰至300MW 且維持機組各項參數(shù)在正常范圍內(nèi)。

4 試驗內(nèi)容與操作

4.1 調(diào)峰試驗內(nèi)容

為滿足電網(wǎng)調(diào)峰的需求，#3機組在不投油助燃的條件下，將負荷從500MW 在25min 內(nèi)降低至300MW，并在300MW 的工況下穩(wěn)定運行4h。降負荷的過程中機組控制方式全程采用CCS 模式并將鍋爐維持在干態(tài)。

4.2 調(diào)峰試驗前準備工作

4.2.1 鍋爐側(cè)試驗前準備工作

一是為防止鍋爐燃燒不穩(wěn)導(dǎo)致滅火，試投AB、CD 層大油槍，保證AB、CD 層大油槍可靠備用；二是開啟集水箱放水手動門；三是為防止在降負荷過程中鍋爐轉(zhuǎn)濕態(tài)，提前對鍋爐啟動系統(tǒng)暖管、暖泵，在試驗開始前啟動爐水循環(huán)泵運行；四是試驗開始前維持A、B、C、D 磨運行，并保證試驗期間入爐煤的煤種與鍋爐日常燃用煤種一致，煤質(zhì)參數(shù)見表1；五是將空預(yù)器扇形板投入自動跟蹤，保持空預(yù)器連續(xù)吹灰；六是提前利用噴水減溫降低主、再熱汽溫至600℃；七是脫硝、脫硫裝置投入正常。

表1 #3爐實驗期間配煤摻燒煤質(zhì)表

4.2.2 汽機側(cè)實驗前準備工作

一是檢查兩臺小機汽源四抽供給正常，冷再、輔汽兩路備用汽源可靠備用；二是高、低加液位控制投入自動跟蹤；三是檢查主機潤滑油、EH 油系統(tǒng)的油壓、油位正常，備用泵可靠備用；四是給水自動控制投入正常，檢查給水偏置為0t。將A/B 給水泵最小流量再循環(huán)調(diào)門手動開啟至37.8/35.0，防止在降負荷過程中因最小流量再循環(huán)自動開啟造成給水流量大幅度波動。

4.2.3 人員分配

一是監(jiān)盤人員共需3人，1人專門負責(zé)風(fēng)煙系統(tǒng)和制粉系統(tǒng)畫面的調(diào)整與監(jiān)視；1人專門負責(zé)給水系統(tǒng)和鍋爐啟動系統(tǒng)，由于是在CCS 控制方式下降負荷，應(yīng)當(dāng)監(jiān)視和調(diào)整給水流量與當(dāng)前鍋爐燃燒和負荷相匹配；1人專門負責(zé)主再熱汽溫、鍋爐受熱面壁溫、脫硝、高低加、低溫省煤器、暖風(fēng)器等參數(shù)的監(jiān)視和調(diào)整；二是就地共需1人，專門負責(zé)設(shè)備的啟、停就地檢查，以及設(shè)備的巡視。

4.2.4 其他準備工作

一是試驗前，機組持續(xù)運行時間大于72h，且機組負荷在500MW 以上；二是檢查主要設(shè)備無重大缺陷，操作機構(gòu)靈活，主要監(jiān)視儀表準確；三是檢查發(fā)電機組能帶負荷正常運行，鍋爐、汽機、發(fā)電機運行穩(wěn)定，各輔機運行正常并有調(diào)節(jié)裕度；四是機組自動控制、聯(lián)鎖、保護等動作可靠并有效投入；五是對有功功率、無功功率、爐膛壓力、給水流量、減溫水流量、主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、再熱蒸汽壓力、再熱蒸汽溫度、供熱溫度等主要表計進行檢查，相關(guān)表計在有效期內(nèi)。

4.3 調(diào)峰試驗操作

一是保持A1給煤機停運（對應(yīng)低硫穩(wěn)燃煤）和A2給煤機運行，（對應(yīng)低硫無煙煤），值長于2021年9月18日，02：43下令開始試驗，立即停運A2給煤機對A 磨進行抽粉。抽粉約13min 后停運A 制粉系統(tǒng)。這樣能夠保證A 磨內(nèi)均為無煙煤，縮短了停磨時間又降低了該磨停運過程中爆燃和停運后自燃的概率。二是調(diào)整減少一次風(fēng)機和B、C、D 磨煤機的出力盡量使燃燒跟上負荷下降的速度，并監(jiān)視好在CCS 狀態(tài)下給水自動跟蹤調(diào)節(jié)正常。三是負荷從500MW 降至400MW 過程中降負荷速率為15MW/min，從400MW 降至300MW 過程中降負荷速率為8MW/min，控制好降負荷速率以滿足試驗要求。四是在降負荷至400MW 時檢查鍋爐受熱面噴水減溫調(diào)門自動關(guān)閉，在整個降負荷的試驗過程中各主要參數(shù)均較為穩(wěn)定。03：08負荷降至300MW。五是穩(wěn)定負荷在300MW，檢查各項參數(shù)正常，維持該負荷運行4h，試驗至07：08結(jié)束。六是調(diào)峰試驗過程中各主要參數(shù)實時曲線如圖1所示。

圖1 調(diào)峰試驗過程各主要參數(shù)

5 試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

5.1 調(diào)峰試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計

在整個調(diào)峰試驗過程中，主要設(shè)備大部分在自動控制方式下參與調(diào)節(jié)。對于主要設(shè)備控制方式的統(tǒng)計見表2。

表2 調(diào)峰試驗主要設(shè)備控制方式統(tǒng)計表

調(diào)峰試驗降負荷到300MW，且各項參數(shù)已經(jīng)穩(wěn)定情況下，對于各個系統(tǒng)主要參數(shù)統(tǒng)計見表3、表4、表5、表6、表7、表8、表9。

表3 調(diào)峰試驗負荷穩(wěn)定在300MW 機組主要參數(shù)統(tǒng)計表

表4 調(diào)峰試驗負荷穩(wěn)定在300MW 鍋爐側(cè)重要參數(shù)統(tǒng)計表

表5 調(diào)峰試驗負荷穩(wěn)定在300MW 風(fēng)煙系統(tǒng)引、送、一次風(fēng)機主要參數(shù)統(tǒng)計表

表6 調(diào)峰試驗負荷穩(wěn)定在300MW 制粉系統(tǒng)B、C、D 磨主要參數(shù)統(tǒng)計表

表7 調(diào)峰試驗負荷穩(wěn)定在300MW 機側(cè)重要參數(shù)統(tǒng)計表

表8 調(diào)峰試驗負荷穩(wěn)定在300MW 汽機本體參數(shù)統(tǒng)計表

表9 調(diào)峰試驗負荷穩(wěn)定在300MW 其他相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計表

5.2 調(diào)峰試驗數(shù)據(jù)分析

從#3機組開始降負荷到負荷穩(wěn)定在300MW這整個過程中，機組全程采用CCS 控制方式，在300MW 穩(wěn)定后給水流量為1018t/h 左右，這是因為給水流量在給水泵自動調(diào)節(jié)狀態(tài)下，其轉(zhuǎn)速有不低于3100rpm 和給水流量不得小于920t/h 的邏輯限制，而實際所需要的主汽流量為960t/h。給水流量大于主蒸汽流量且過熱度維持在15～20℃，鍋爐為干態(tài)。總的來說，就是進入鍋爐的燃料較多加上給水泵自動狀態(tài)下有轉(zhuǎn)速限制和給水流量最低的限制，為維持鍋爐在干態(tài)且不超溫從而使實際主汽壓力要大于理論主汽壓力約2.5MPa，使#1、#2高調(diào)門關(guān)至20%，同時還使#1、#2中調(diào)門關(guān)至約78%參與了負荷調(diào)節(jié)。

表10 調(diào)峰試驗負荷穩(wěn)定在300MW 其他相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計表

為維持鍋爐燃燒的基本穩(wěn)定，采用停運A 磨，保持6大風(fēng)機和B、C、D 磨運行參數(shù)維持在如表5、表6顯示的參數(shù)下可以保證鍋爐燃燒的穩(wěn)定，降負荷和維持300MW 穩(wěn)定的過程中爐膛負壓始終未有較大幅度波動，火檢畫面及火焰電視顯示的火焰強度也較好。

整個調(diào)峰試驗過程中，A/B 脫硝反應(yīng)器入口溫度最低為321/315℃，能夠滿足脫硝反應(yīng)器投入的條件（290℃＜反應(yīng)器入口溫度＜420℃），噴氨調(diào)門始終保持自動投入，煙囪出口NOx 排放量符合超低排放標準（＜50mg/Nm3）。

整個調(diào)峰試驗過程，從空預(yù)器排煙溫度以及空預(yù)器電流的數(shù)據(jù)可以看出：一是空預(yù)器扇形板自動跟蹤較好，未引起空預(yù)器電流產(chǎn)生波動；二是噴入鍋爐的煤粉燃燒充分，未引起尾部煙道再燃燒。

主蒸汽溫度分支有偏差，主要通過以下方法來進行調(diào)節(jié)：一是調(diào)整B、C、D 磨的出力分配，并在負荷425MW 及時停運A 制粉系統(tǒng)，防止較低負荷時停運制粉系統(tǒng)對其他磨的出力和一次風(fēng)壓造成較大影響；二是由于主汽溫C、D 側(cè)分支溫度偏低，將這兩個分支對應(yīng)的coffa 風(fēng)門關(guān)小，以增強coffa風(fēng)的消旋作用；三是在試驗前通過噴水減溫提前降低主汽溫，盡量消除主汽溫各個分支的偏差，在降負荷后期（400MW 以下）不用減溫水，防止蒸汽帶水和對給水流量造成較大波動。

由于主汽壓力高于理論主汽壓力且汽輪機高調(diào)門已關(guān)閉至20%，導(dǎo)致汽輪機中調(diào)門參與負荷調(diào)節(jié)，中調(diào)門開度基本在78%附近波動。在正常運行中調(diào)門全開在100%，不通過關(guān)小來直接參與負荷調(diào)節(jié)。通過此次試驗驗證了主機EH 油系統(tǒng)以及中調(diào)門能夠滿足深度調(diào)峰的需求。

整個調(diào)峰試驗過程中，汽輪機本體的振動、軸向位移、高壓缸排汽溫度等參數(shù)均未出現(xiàn)異常，且和機組平常運行數(shù)值相比較未有較大區(qū)別。整個調(diào)峰試驗過程中，凝汽器真空先隨負荷下降而變好，負荷穩(wěn)定后真空維持在穩(wěn)定數(shù)值，說明機組的真空系統(tǒng)在機組低負荷時未有漏真空的現(xiàn)象，能夠滿足深度調(diào)峰的需求。

為了滿足凝結(jié)水泵變頻調(diào)節(jié)以及保證凝泵出口凝結(jié)水壓力正常，將除氧器上水調(diào)門1關(guān)至0%、除氧器上水調(diào)門2關(guān)閉至75%，這樣不僅將凝結(jié)水壓力調(diào)節(jié)在1.3MPa，滿足凝結(jié)水用戶需求的同時還使凝泵電流維持在25A 的較低數(shù)值。整個調(diào)峰試驗過程中，高、加液位均投入自動控制，#6低加的低加疏水泵也在正常運行狀態(tài)，從而驗證了降負荷至300MW 和維持300MW 負荷穩(wěn)定運行時，高低加液位和低加疏水泵均能通過自動調(diào)節(jié)來滿足要求。

6 結(jié)論與建議

6.1 結(jié)論

本文對#3機組進行深度調(diào)峰至300MW 的試驗前準備工作、機組人員所負職責(zé)、試驗操作內(nèi)容、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分析做出了較為詳細描述，可以作為以后進行類似調(diào)峰操作的一個參考。通過本文的上述論述能得到如下調(diào)峰試驗結(jié)論。

一是通過本次深度調(diào)峰至300MW 并穩(wěn)定運行4h 的試驗，用實踐證明了公司#3機組能夠在日常燃用煤種、不投油助燃、機組CCS 控制方式、25min內(nèi)將負荷從500MW 降至300MW，且鍋爐始終維持在干態(tài)運行，從而證明了#3機組的調(diào)峰能力。二是試驗驗證了#3機組深度調(diào)峰功率下鍋爐燃燒穩(wěn)定性滿足要求，鍋爐水動力安全性滿足要求，鍋爐受熱面、尾部煙道等溫度滿足要求。三是試驗驗證了#3機組在深度調(diào)峰過程和對應(yīng)負荷下，脫硝環(huán)保設(shè)施能保證一直投入，且環(huán)保參數(shù)維持在正常范圍內(nèi)。四是試驗驗證了，深度調(diào)峰過程和對應(yīng)負荷下汽輪機本體、汽機側(cè)重要設(shè)備能夠滿足深度調(diào)峰的要求。

6.2 建議

一是在深度調(diào)峰時應(yīng)盡量避免中調(diào)門參與調(diào)節(jié)并盡量保證其全開，其目的是防止中調(diào)門參與負荷調(diào)節(jié)關(guān)閉太多后，引起整個機組的軸向推力失衡導(dǎo)致?lián)p壞推力軸承，嚴重的情況下甚至可能使整個軸系、軸承均出現(xiàn)不同程度的損傷。二是在今后負荷長時間在300MW 運行時，為防止一次調(diào)頻動作時中調(diào)門參與負荷調(diào)節(jié)導(dǎo)致主機EH 油壓大幅波動，也應(yīng)當(dāng)保證中調(diào)門在全開狀態(tài)運行，從而避免由于主機EH 油壓波動直接造成汽輪機跳閘事故發(fā)生。#3機在本次試驗中，中調(diào)門在參與一次調(diào)頻的最低開度為36%，對應(yīng)的DEH 流量指令為0.51。目前，汽輪機控制邏輯內(nèi)設(shè)置當(dāng)DEH 流量指令低于0.56時中調(diào)門開始參與調(diào)節(jié)，當(dāng)小于0.16時中調(diào)門全關(guān)。綜上兩點所述，可以采取修改中調(diào)門對應(yīng)全開點的DEH 流量指令，現(xiàn)已將#3機的流量指令從0.56改為0.4，意味著當(dāng)中調(diào)門DEH 流量指令大于0.4時中調(diào)門即可保持全開狀態(tài)運行。三是由于給水泵自動狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速和給水流量均有下限限制，導(dǎo)致主汽流量與給水流量的不匹配，從而引起實際主汽壓力要大幅高于理論主汽壓力。在今后的調(diào)峰過程中，是否修改給水泵最低轉(zhuǎn)速和給水流量下限保護值，這還需要經(jīng)過嚴格的試驗論證，不能憑一次試驗就做出判斷，同時應(yīng)積極與廠家進行商討，是否有相關(guān)類似的修改前例。