一、電力行業(yè)設備管理創(chuàng)新成果概況

由于我國新能源發(fā)電的迅猛發(fā)展，以及煤電產(chǎn)能的過剩，火電機組靈活性改造及深度調(diào)峰優(yōu)化研究勢在必行?！盎诟谎跞紵夹g的火電靈活性調(diào)峰研究與應用”針對超低負荷深度調(diào)峰鍋爐燃燒穩(wěn)定性及脫硝煙氣入口溫度偏低進行試驗研究，通過2019年和2020年在本公司兩臺300MW火電機組的研究和試驗，取得了成功，達到了研究目標。目前，機組可以在超低負荷30%負荷（90MW）下穩(wěn)定運行，滿足了在超低負荷下脫硝催化劑的溫度要求，解決了脫硝在超低負荷下因煙氣溫度低不能投運問題，并且鍋爐的主蒸汽和再熱蒸汽溫度比同等負荷下提高15℃，提高了機組發(fā)電的效率，滿足電網(wǎng)深度調(diào)峰要求。

二、電力行業(yè)設備管理創(chuàng)新成果主要做法

國能重慶電廠有限公司總裝機容量為192MW（原國家能源集團重慶恒泰發(fā)電有限公司2X300MW和重慶電廠新建2X660MW重組），原2X300MW國產(chǎn)亞臨界燃煤發(fā)電機組，配套鍋爐為東方鍋爐（集團）股份有限公司設計制造的DG-1025/18.2-II4 型亞臨界壓力、中間一次再熱、自然循環(huán)汽包爐，采用四角切園燃燒方式，鍋爐采用傳統(tǒng)的#0輕柴油點火和低負荷投油助燃方式，鍋爐設計安裝3層（12支）空氣霧化點火油槍，出力0.8噸/小時。由于油價的長期高漲，啟動點火和低負荷穩(wěn)燃的燃料成本極大地影響著發(fā)電廠經(jīng)濟效益，2015年公司對#1、2爐進行了A層燃燒器富氧燃燒改造工作，在鍋爐點火、深度調(diào)峰、鍋爐穩(wěn)燃方面效果明顯，鍋爐冷態(tài)啟動點火一次耗油在5噸以下，耗油量小，節(jié)能明顯，油燃燒完全，避免了油煤混燒所造成的對電除塵器、脫硫、脫硝等環(huán)保裝置被污染、催化劑中毒等問題；經(jīng)過長期試驗摸索，已經(jīng)實現(xiàn)機組在40%額定負荷以內(nèi)的調(diào)峰安全穩(wěn)定運行，但是，如需再降低機組負荷實現(xiàn)30%額定負荷深度調(diào)峰，則必須繼續(xù)進一步研究試驗。

2019年和2020年在#1、2鍋爐燃燒器的D層做了改造試驗，目的是在機組啟停階段A層作為主點火層穩(wěn)燃，D層作為升高爐膛出口煙氣溫度、升高主蒸汽和再熱溫度輔助使用，實現(xiàn)機組深調(diào)及啟動初期階段A、D層斷層燃燒，抬高火焰中心，縮短火焰中心到爐膛出口的距離，從而煙氣在爐膛出口的溫度較高，以提升煙溫及在機組啟動初期控制主、再熱汽溫，同時滿足超低負荷深度調(diào)峰SCR系統(tǒng)入口煙氣溫度需求，確保SCR系統(tǒng)正常投入。

將原鍋爐D層主燃燒器（#1～#4角一次風噴口）從法蘭至噴口段（2m左右）拆除，更換上新設計的富氧低氮煤粉燃燒器。相對應的在鍋爐D層#1～#4角富氧低氮煤粉燃燒器上，各安裝一支富氧微油氣化油槍。油槍出力50±10kg/h。安裝供氧和供油管道，提供點火用氧和用油。

圖1 鍋爐富氧低氮燃燒器布置圖

富氧燃燒技術的機理及系統(tǒng)組成：（1）點火原理。鍋爐點火啟動時，利用燃油在純氧條件下充分燃燒所產(chǎn)生的火焰，使穿過該火焰的已呈富氧狀態(tài)的煤粉流得到快速熱解燃燒，進而該部分煤粉燃燒所產(chǎn)生熱量，引燃噴入的一次風煤粉，實現(xiàn)“以煤代油，以氧助燃”，達到以微油燃燒直接點燃煤粉流，（2）穩(wěn)燃原理。鍋爐運行爐內(nèi)在冷態(tài)、熱態(tài)時燃燒呈不穩(wěn)定狀態(tài)時，僅需在燃燒器噴口處通入與此時一次風粉溫度大致一致的氧氣流，從而使在氧氣流流經(jīng)區(qū)域的煤粉，著火熱顯著降低，燃燒溫度明顯提高，燃燒速度加快，保證了一次風粉在不加油時的正常燃燒，達到一次風粉的穩(wěn)燃狀態(tài)，實現(xiàn)無油穩(wěn)燃，節(jié)約鍋爐穩(wěn)燃用油。（3）降氮原理。富氧低氮燃燒技術有機地結合了空氣分級燃燒技術、燃料分級燃燒技術以及投放NH3還原劑（富氧低氮燃燒技術是產(chǎn)生CO還原劑）還原氮氧化物技術的特點，同時視為更深度的空氣分級燃燒技術、燃料分級燃燒技術、火焰內(nèi)還原技術的結合。其反應式為：NOx+CO→ CO2+N2。

圖2 鍋爐富氧低氮燃燒器結構

圖3 負荷 90MW深度調(diào)峰投運給粉機系統(tǒng)圖

圖4 鍋爐深度調(diào)峰曲線

圖5 鍋爐富氧燃燒器獲實用新型專利

富氧燃燒技術由以下幾大部分組成：

自動供氧裝置——保證富氧燃燒技術在實施中氧氣的供應；

自增壓平衡裝置——保證富氧燃燒技術在實施中氧氣供應的安全性；

燃油預處理裝置——保證富氧燃燒技術在實施中燃油供應及時、清潔、穩(wěn)定、安全；

集成設備——保證富氧燃燒技術在實施中鍋爐煤粉安全、有效燃燒，從而達到鍋爐節(jié)能環(huán)保運行的裝置；

系統(tǒng)控制軟件包——保證富氧燃燒技術在實施中各設備（裝置）安全運行的控制軟件系統(tǒng)；

自動化硬件集成系統(tǒng)設備——保證富氧燃燒技術在實施中各設備（裝置）安全運行的控制電氣儀表等硬件系統(tǒng)。

三、電力行業(yè)設備管理創(chuàng)新成果主要亮點

一是針對超低負荷深度調(diào)峰鍋爐燃燒穩(wěn)定性及煙氣溫度偏低進行試驗研究，從機組深度調(diào)峰鍋爐燃燒的安全性、經(jīng)濟性角度對燃燒器進行重新設計并改造，在燃燒器內(nèi)加入純氧和油助燃煤粉燃燒，通過調(diào)控燃燒系統(tǒng)油、氧參數(shù)，利用氧氣強化燃油燃燒，產(chǎn)生高溫火焰引燃一次風煤粉，確保調(diào)峰期間富氧燃燒系統(tǒng)內(nèi)煤粉提前著火主動燃燒狀態(tài)進入爐膛。

二是在機組負荷30%深度調(diào)峰時，通過斷層、錯層或斷層+錯層富氧調(diào)峰燃燒系統(tǒng)的投運，抬高火焰中心，縮短火焰中心到爐膛出口的距離，可確保煙氣溫度滿足SCR投運要求，燃燒全過程安全、高效。

三是通過燃燒風量分級配比可降低爐膛出口NOx濃度，減少脫硝用氨量，達到環(huán)保達標排放要求。

四是本技術的使用大幅度減少了鍋爐燃燒中燃油的用量，并且油燃燒完全，實現(xiàn)了機組啟動全程投入電除塵器和提前投入脫硫脫硝設備運行。

圖6 現(xiàn)場調(diào)試