王德強(qiáng)

（建投承德熱電有限責(zé)任公司， 河北 承德 067000）

0 引言

目前，火力發(fā)電依然占據(jù)主導(dǎo)地位，而鍋爐則是火力發(fā)電廠的核心設(shè)備之一。由于火力發(fā)電廠所使用的鍋爐容量較大，參數(shù)復(fù)雜，機(jī)械化和自動(dòng)化水平較高，若使用煤作為燃料，則需先將其轉(zhuǎn)化為煤粉，再送入鍋爐進(jìn)行處理。如果燃料為水煤氣，則可直接進(jìn)入爐膛，與空氣混合后點(diǎn)燃。通過對(duì)燃煤電廠機(jī)組鍋爐進(jìn)行高靈活性改造，增強(qiáng)機(jī)組調(diào)峰能力、燃料靈活性和熱電解耦操作性能[1-3]，可以更加高效地利用能源。

1 靈活性改造的必要性

隨著中國電力供應(yīng)的不斷增加，一些火力發(fā)電廠的發(fā)電時(shí)間急劇縮短，導(dǎo)致我國一些大型機(jī)組無法充分發(fā)揮其節(jié)能高效的潛力。同時(shí)，由于煤炭價(jià)格不斷攀升以及其他因素的影響，火力發(fā)電成本也大幅上升，火力發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益逐漸降低。在當(dāng)前電力緊缺的情況下，探索新能源的研發(fā)成為至關(guān)重要的任務(wù)之一。為了解決上述問題，必須采用新方法來提高電站機(jī)組鍋爐配置改造的靈活性，有效途徑就是使用儲(chǔ)能裝置。因此，對(duì)于那些僅占總裝機(jī)容量不到6%的抽水蓄能電站和燃?xì)鈾C(jī)組，在火電裝機(jī)容量占64%左右的國家，高度可調(diào)節(jié)的煤電廠已成為最具可行性的選擇。國家對(duì)于機(jī)組鍋爐靈活性改造預(yù)期提出了以下要求，如表1 所示。

表1 靈活性改造預(yù)期要求

2 電機(jī)鍋爐組靈活性改造鍋爐設(shè)備面臨的問題

SCR 系統(tǒng)現(xiàn)已成為多數(shù)300 MW 及以上火電機(jī)組脫硝系統(tǒng)中的首選。脫硝系統(tǒng)是通過將氮氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨(dú)舛鴮?shí)現(xiàn)脫除排放的過程。催化劑是脫硝系統(tǒng)的核心，其作用在于將氮氧化物轉(zhuǎn)化為氮?dú)?。催化劑的使用壽命決定了脫硝系統(tǒng)能否長期穩(wěn)定可靠地工作。為保證脫硝系統(tǒng)催化劑工作溫度在310～400 ℃范圍內(nèi)，脫硝反應(yīng)器溫度必須保持在305～425 ℃范圍內(nèi)，否則，該系統(tǒng)將不能正常運(yùn)行。若煙氣中所含氮氧化物濃度過高，將對(duì)鍋爐的效率和安全性造成嚴(yán)重影響。同時(shí)，也會(huì)增加脫硫裝置的投資成本。當(dāng)300 MW火電機(jī)組的純凝負(fù)荷低于50%時(shí)，鍋爐SCR 人口的煙溫已經(jīng)接近310 ℃。因此，為實(shí)現(xiàn)機(jī)組深度調(diào)峰的目標(biāo)，必須對(duì)鍋爐進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，確保在低負(fù)荷情況下脫硝系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

3 低負(fù)荷脫硝

當(dāng)機(jī)組負(fù)荷偏低時(shí)，脫硝裝置進(jìn)口煙氣溫度可能低于催化劑的正常使用溫度（320 ℃左右），導(dǎo)致SCR脫硝系統(tǒng)無法運(yùn)行，NOx排放量增大，空氣預(yù)熱器受阻。在鍋爐尾部加裝煙氣再循環(huán)，可以有效解決以上問題。為確保鍋爐燃燒的穩(wěn)定性和機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須確保煤粉在各個(gè)部位的濃度均勻一致。同時(shí)，由于脫硝系統(tǒng)催化劑長時(shí)間處于高溫環(huán)境中，容易發(fā)生積灰現(xiàn)象。為了確保SCR 脫硝系統(tǒng)催化劑的正常運(yùn)行，需要實(shí)施一系列措施，例如，提高省煤器的給水溫度、減少省煤器的給水量或直接提高煙氣溫度等，使煙氣溫度達(dá)到催化劑使用溫度。低負(fù)荷脫硝具體的運(yùn)行方式見圖1—圖6。

圖1 省煤器給水旁路改造

圖2 省煤器再循環(huán)改造

圖3 省煤器分割布置改造

圖4 省煤器煙氣旁路改造

圖5 設(shè)置0 號(hào)高加

圖6 熱水再循環(huán)改造

表2 中顯示了各種低負(fù)荷脫硝的改造方式，從中可以看出，煙氣旁路改造以及熱水再循環(huán)能夠作為低負(fù)荷脫硝的可靠方法。

表2 不同低負(fù)荷脫硝改造方式的特點(diǎn)

4 電機(jī)組調(diào)峰的改造與優(yōu)化

4.1 電機(jī)組調(diào)峰的優(yōu)化措施

隨著電力企業(yè)對(duì)火力機(jī)組進(jìn)行工況調(diào)整，其調(diào)峰能力和發(fā)電經(jīng)濟(jì)性逐漸得到提升。通過對(duì)火電機(jī)組的燃燒系統(tǒng)進(jìn)行改造，調(diào)整其變工況運(yùn)行角度，可進(jìn)一步提升設(shè)備的燃燒穩(wěn)定性和鍋爐水循環(huán)的安全性，同時(shí)，降低鍋爐輔機(jī)的限制，高效利用能源。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于多種原因?qū)е聶C(jī)組存在不同程度的調(diào)峰問題，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況采取合理有效的調(diào)峰手段。此外，深入探究影響火電機(jī)組調(diào)峰能力的多種因素，可為優(yōu)化調(diào)峰措施提供有效途徑。

4.2 機(jī)組調(diào)峰的改造措施

在進(jìn)行火力發(fā)電機(jī)組的調(diào)峰改造時(shí)，采用前置汽輪機(jī)的加裝方式，可顯著提升系統(tǒng)的整體運(yùn)轉(zhuǎn)效率，從而實(shí)現(xiàn)更為高效的運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)于機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行狀況而言，應(yīng)盡可能將汽機(jī)背壓降到最低，確保發(fā)電機(jī)穩(wěn)定工作。此外，通過運(yùn)用電錯(cuò)峰轉(zhuǎn)移技術(shù)和汽輪機(jī)出力調(diào)整，結(jié)合系統(tǒng)旁路改造和煙氣溫度控制，可最大程度地降低負(fù)荷量，并擴(kuò)大出力區(qū)間，從而達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)性能的目的。在進(jìn)行火力發(fā)電機(jī)組的調(diào)整時(shí)，必須全面考慮變工況下調(diào)峰運(yùn)行的因素，對(duì)調(diào)峰幅度、鍋爐改造的經(jīng)濟(jì)性和靈活性進(jìn)行綜合評(píng)估，隨著負(fù)荷的降低，定壓—滑壓—定壓的運(yùn)行模式得到了合理運(yùn)用。

5 燃燒器的改造與優(yōu)化

5.1 設(shè)計(jì)上的改進(jìn)措施

當(dāng)前，許多發(fā)電廠在運(yùn)行過程中出現(xiàn)了鍋爐實(shí)際風(fēng)量超過其設(shè)計(jì)風(fēng)量的情況，這主要是因?yàn)殄仩t負(fù)荷與送風(fēng)量不匹配而造成的。由于風(fēng)速過高，致使燃燒過程中的熱損失增大，同時(shí)，前后墻對(duì)沖向兩側(cè)墻，并施加壓力，導(dǎo)致兩側(cè)墻高溫腐蝕，從而延長了著火距離。為了滿足燃燒器在不同煤質(zhì)的需求，必須進(jìn)行有針對(duì)性的一次風(fēng)風(fēng)速設(shè)計(jì)，確保鍋爐高效運(yùn)行。為了滿足煙煤的燃用需求，建議將旋流煤粉燃燒器的設(shè)計(jì)風(fēng)速控制在20～28 m/s 之間，以確保其高效穩(wěn)定運(yùn)行。目前，由于國內(nèi)大部分電廠仍使用普通直流式風(fēng)機(jī)作為送風(fēng)口，因此，對(duì)現(xiàn)有直流式風(fēng)機(jī)風(fēng)量特性曲線進(jìn)行修正是十分必要的。針對(duì)中低揮發(fā)分無煙煤，風(fēng)速的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)其最大粒徑進(jìn)行調(diào)整。噴口附近氣流速度較大，對(duì)燃燒穩(wěn)定性要求較高。對(duì)于外層煤粉燃燒器而言，其風(fēng)帽處應(yīng)設(shè)置較高的空氣過剩系數(shù)來保證燃燒效率不下降。為了確保中間兩層燃燒器和最上一層煤粉燃燒器的風(fēng)帽高度符合要求，建議使用一定的數(shù)值進(jìn)行調(diào)整。在此基礎(chǔ)上，通過數(shù)值模擬研究了不同運(yùn)行工況下各層煤粉燃燒器的氣固流動(dòng)特性及其對(duì)爐氣成分分布的影響。為了避免中層煤粉燃燒器氣流火焰鋒面對(duì)上層燃燒器的高溫炙烤而導(dǎo)致上層燃燒器噴口燒損，風(fēng)速的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)其最高值進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。通過計(jì)算得到了不同運(yùn)行工況下各層燃燒器所需的最低送風(fēng)量以及相應(yīng)的最小風(fēng)帽高度。對(duì)于中央燃燒層的燃燒器而言，其底部火焰位置和上方火焰?zhèn)鹊娘L(fēng)門開度應(yīng)當(dāng)適度降低。對(duì)于最上一層煤粉的燃燒器來說，其底火應(yīng)與著火層內(nèi)最高溫度相對(duì)應(yīng)，且點(diǎn)火風(fēng)出口角度要盡可能小一些。為確保最佳效果，煤粉燃燒器的設(shè)計(jì)應(yīng)將最上層的氣流速度控制在兩者之間。將中速風(fēng)作為下層送風(fēng)，可以有效減少熱量向爐壁傳遞，從而提高爐膛溫度，降低燃料消耗。

5.2 運(yùn)行上的改進(jìn)措施

在進(jìn)行一次風(fēng)調(diào)平時(shí)，需特別留意上層中間的煤粉燃燒器易發(fā)生燒損的特性，以確保上中下層中間的煤粉燃燒器一次風(fēng)風(fēng)速偏差調(diào)整在不超過+5%的范圍內(nèi)，而兩側(cè)墻燃燒器一次風(fēng)風(fēng)速偏差控制在-5%的范圍內(nèi)。另外，要保證上下層燃燒區(qū)溫度一致，避免因爐膛內(nèi)空氣過剩系數(shù)不一致而造成上部著火困難、下部結(jié)渣或燃盡不良等現(xiàn)象出現(xiàn)。隨著一次風(fēng)風(fēng)速的提升，明顯降低了對(duì)上層燃燒器的高溫炙烤，可有效避免燃燒器被燒損，同時(shí)，也緩解了兩側(cè)墻高溫腐蝕的問題。

6 結(jié)語

針對(duì)低負(fù)荷情況下的穩(wěn)燃、低負(fù)荷脫硝以及熱電解耦等問題，已經(jīng)有了一系列可靠且成熟的解決方案。但對(duì)于火電機(jī)組鍋爐來說，因其本身固有的特點(diǎn)，決定了必須要進(jìn)行靈活的技術(shù)改造，才能適應(yīng)不同工況下的需求。為了實(shí)現(xiàn)靈活性改造，不能僅僅依賴于個(gè)別設(shè)備的改造，而是需要更多設(shè)備之間協(xié)同作用，采取更加協(xié)同的措施。