直接空冷热电联产机组锅炉安全高效运行优化控制研究

直接空冷热电联产机组锅炉安全高效运行优化控制研究

于 龙 刘兴伟 高连达 张升田 苏 德

满洲里达赉湖热电有限公司 内蒙古呼伦贝尔 021000

摘要：本文以满洲里达赉湖热电有限公司热电联产机组为样本，为实现该机组30~35%额度负荷的深度调峰能力。满洲里达赉湖热电公司对2号机组锅炉提高灵活性进行了专项研究，项目组开展了低负荷稳燃和设备适应性摸底试验，提出锅炉低负荷精细化运行调整策略。同期结合研究，为确保机组能在35%额定负荷下安全稳定运行，提出了风粉在线测量与调节装置改造等技术方案。

关键词：深度调峰 低负荷稳燃 纯凝

一、引言

为解决日益严重的弃风（光、水）问题，提高新能源的消纳能力，提高火电机组的运行灵活性已是迫在眉睫的任务，国家能源局2016年年初连续召开会议和发文，对开展火电灵活性改造提出明确要求，计划“十三五”期间我国实施2.2亿千瓦燃煤机组的灵活性改造，使机组具备深度调峰能力，并进一步增加负荷响应速率，部分机组具备快速启停调峰能力。提升灵活性技术预期将使热电机组增加20%额定容量的调峰能力，最小技术出力达到40-50%额定容量；纯凝机组增加15-20%额定容量的调峰能力，最小技术出力达到30-35%额定容量。通过加强国内外技术交流和合作，部分具备实施条件的电厂预期达到国际先进水平，机组不投油稳燃时纯凝工况最小技术出力达到20-25%。

结合上述背景，本文以满洲里达赉湖热电有限公司热电联产机组为样本，对锅炉深调安全高效运行优化控制进行研究，提高机组的上网竞争力和盈利能力，

二、达赉湖公司锅炉设备概况

满洲里达赉湖2×200 MW直接空冷热电联产机组所配锅炉为HG-670/13.7-HM18型，是哈尔滨锅炉厂有限责任公司设计、制造的超高压参数单汽包自然循环锅炉，单炉膛，一次中间再热，平衡通风，室内布置，固态排渣煤粉炉。燃烧器布置在炉膛水冷壁的四面墙上，呈六角切圆布置，在炉膛中心形成逆时针旋向的两个直径稍有不同的假想切圆。一台风扇磨煤机带一组燃烧器，共计6组燃烧器。锅炉燃用设计煤种为扎来诺尔三斜矿煤，锅炉与200 MW汽轮发电机组成单元配置。

结合达赉湖公司机组设备和运行状况，为实现该机组30~35%额度负荷的深度调峰能力。满洲里达赉湖热电公司对2号机组锅炉提高灵活性进行了专项研究，项目组开展了低负荷稳燃和设备适应性摸底试验，提出锅炉低负荷精细化运行调整策略。同期结合研究，为确保机组能在35%额定负荷下安全稳定运行，提出了风粉在线测量与调节装置改造等技术方案。

三、锅炉深调安全高效运行优化控制

3.1锅炉深调稳燃低负荷探究

机组深调及灵活最重要一项就是锅炉最低的稳燃负荷，达赉湖热电公司机组原设计说明稳然负荷为100 MW，为进一步明确机组稳燃能力，按照《电站锅炉性能试验规程》（GB10184-2015）开展低负荷稳燃试验，锅炉低负荷稳燃摸底试验选取在2号锅炉上进行。

试验过程，要密切监视表盘参数及火检指示，确信燃烧稳定并具有进一步减负荷的潜力后，再缓慢以1-2 MW/min的速度缓慢减负荷，然后每减额定负荷的5%左右，应稳定15分钟。当确认减至最低稳燃负荷时，稳定运行2小时以上，即可认为该负荷为锅炉最低稳燃负荷。最低稳燃负荷分为纯凝工况下进行：

不投油最低稳燃试验结论

结合试验，达赉湖2炉最低负荷降至82.6MW，主蒸汽流量278.8 t/h，并稳定运行运行了2小时，记为工况数据，期间通过看火孔对锅炉燃烧状况进行了观察，并测量了炉膛温度，各主要特征参数较为平稳，没有出现大幅波动。

80 MW纯凝工况，即40%额定负荷不投油稳燃工况，平均炉膛温度为1203.29℃，炉膛温度还较高，能够满足不投油的稳燃能力要求。

80 MW纯凝工况，即40%额定负荷不投油稳燃工况，火检强度仍然较为稳定，没有大幅波动，表明炉内燃烧较为稳定，能够满足不投油的稳燃能力要求。

结合试验进行，表明锅炉能够稳定运行，具有纯凝工况80 MW左右的稳燃能力，即具有40%额定负荷的不投油稳燃能力。

b) 投油最低稳燃试验结论

投油试验，投入5号磨ABC三层微油助燃，每层微油流量为110 kg/h左右，负荷降至71.5 MW，主蒸汽流量252.3 t/h，稳定运行运行2小时分钟，记为工况，期间通过看火孔对锅炉燃烧状况进行了观察，并测量了炉膛温度。各主要特征参数较为平稳，没有出现大幅波动。

70MW纯凝工况，即35%额定负荷投油稳燃工况，平均炉膛温度为1202.29 ℃，炉膛温度还较高，能够满足投油的稳燃能力要求。表明锅炉能够稳定运行，具有纯凝工况70 MW左右的稳燃能力，即具有35%额定负荷的投油稳燃能力。

在70MW纯凝工况，即35%额定负荷投油稳燃工况，火检强度仍然较为稳定，没有大幅波动，表明炉内燃烧较为稳定，能够满足投油的稳燃能力要求。

机组在70 MW纯凝工况投5号磨ABC层微油运行期间，锅炉主要特征参数运行平稳，就地看火，火焰较为明亮，测量炉膛温度较高，火检较为稳定，能够安全稳定运行，表明：2号机组在试验期间煤质下，投运1、3、5号磨煤机，具有35%额定负荷投油稳燃能力。

3.2锅炉精细化稳燃调整研究

锅炉精细化运行调整旨在现有煤质和设备条件下对锅炉低负荷稳燃能力的挖掘。目前，较多机组实际运行最低稳燃负荷仅为50%额定负荷左右，从这个角度来看，大部分锅炉低负荷稳燃能力是可以挖掘的。满洲里达赉湖热电有限公司2号锅炉低负荷下精细化调整和稳燃试验具体内容包括，通过粉管一次风速大小及其偏差调整，煤粉细度调整，配风方式调整，运行氧量调整，磨投运方式调整等调方式。锅炉运行过程中，对主要运行参数的适当调整将增强锅炉低负荷稳燃能力。

3.3 风粉在线测量与调节装置改造

结合达赉湖热电公司2号机组锅炉摸底试验结果，在习惯运行方式下，不同磨煤机匹配方式煤粉细度不同；当磨煤机出口挡板门全开状态下，个别磨煤机风速偏高，不利于低负荷稳燃。 锅炉低负荷下风量和粉量分配均匀性差会影响燃烧的均衡性，个别粉管煤粉浓度偏低可能导致局部的燃烧不稳定，风速偏高则可能导致着火推迟，乃至脱火，影响低负荷运行安全性。因此，结合此情况，为进一步对低负荷燃烧建议安装风粉在线测量与调节装置，增加风量、粉量调节装置，同时实现风速、煤粉浓度的在线测量，提高锅炉低负荷运行安全性。

风粉在线测量与调节装置工作原理为：煤粉颗粒在管道中流动，颗粒表面会带上静电电荷，在煤粉流动方向的上游和下游分别设置静电传感电极，当煤粉颗粒流过电极将产生相应的感应信号，通过特殊设计的电路可以检测出感应电荷信号，通过模型计算可测得煤粉流动参数。装风粉在线测量与调节装置装置能实时准确的测量锅炉制粉系统一次风管道内煤粉输送速度、浓度及质量流量分配等。针对风粉分配不均的问题，装风粉在线测量与调节装置配置有风粉调节阀。该阀可安装到磨分离器出口垂直段或水平段的一次风道上，通过连续改变磨煤机出口至燃烧器出口一次风管的差压及流动阻力，达到燃烧器出口风粉均衡的目的。阀体内部采用耐磨陶瓷内衬防护，适应于长期可靠运行。调节阀动作轻便，可灵活配置电动/汽动执行器，调节时操作力矩小，可实现轻松调整操作。

结合试验及摸底情况建议在常运行的2号和5号磨煤机上设置风粉在线测量与调节系统，共6套装置。风粉在线测量系统选用维护量小、测量可靠的超声波测量装置或静电测量装置，风粉调节装置选取与之配套的调节设备，调节方式可以为手动调节，也可以为电动调节。

四 结论

结合满洲里达赉湖热电有限公司热电联产机组对锅炉深调安全高效运行优化控制进行研究，在不进行改造的前提下，纯凝工况80 MW左右的稳燃能力即具有40%额定负荷的不投油稳燃能力，具有35%额定负荷投油稳燃能力。同期通过精细化稳燃调整及风粉在线测量与调节装置改造的实施，可以提高机组在深度调峰能，满足机组调峰需求。为电网消纳风电、太阳能等新能源的负荷波动释放了调节空间，对于缓解弃风、弃光问题，提高新能源机组的利用率，促进我国能源产业结构升级具有积极意义，社会效益显著。

参考文献

[1]阎维平.徐通模.许晋源．煤粉气流着火存在最佳煤粉浓度的机理分析[J]．华北电力学院学报，1995，22(21：28．32．