300MW机组深度调峰技术分析

300MW机组深度调峰技术分析

谢怡明

大唐陕西发电有限公司灞桥热电厂 陕西省西安市 710038

摘要：本文首先阐述某300MW机组概况，然后对机组存在的问题进行分析，最后提出优化燃烧与控制的建议，希望为相关行业提供借鉴。

关键词：300MW机组；深度调峰技术；燃烧控制

引言：国家能源局在2016年印发了《可再生能源调峰机组优先发电试行办法》等文件，要求火电厂通过优化和改造的方式，促进机组深度调峰能力的提升，从而保持火电厂机组运行质量和安全。因此，对机组深度调峰技术进行分析，具有十分重要的意义。

一、300MW机组概况

（一）机组内的设备

某电厂所应用300MW机组，燃烧器四角切圆燃烧，是锅炉所采用的燃烧方式，在查阅文献资料后得知，该燃烧器层数为5层，燃烧器为垂直浓淡煤粉燃烧器，同时将冷一次风机正压直吹式制粉系统作为选择，每台锅炉配置的磨煤机为5台中速磨煤机，在燃烧器工作阶段，其中四台磨煤机始终保持工作状态，而另一台磨煤机作为备用。磨煤机1和磨煤机2之间对静态分离器进行了使用，而余下磨煤机则采用动态分离器^[1]。

2. 设计参数和煤质

300MW机组汽轮机的运行工况分为两种，一种是定压，另一种是滑压，其设计主蒸汽温度高达535℃以上，再热蒸汽温度为535℃。主要参数如表1所示。

表 1锅炉设计参数

2. 机组存在的问题和解决措施

1. 锅炉系统

300MW机组在停运期间经历过30%额定工况，在这一过程中，保持运行状态的磨煤机数量为三台，由于单台磨煤机煤量较少，其出口温度持续增加，具体表现为出口温度在短时间由70℃上升至78℃，如果停机时间过长，磨煤机可能会因此而受损，为降低故障发生的概率，电厂对机组停机过程的30%额定工况持续时间进行了控制，待负荷下降后继续停机，在这一阶段，汽轮机和给水泵并未表现出异常，锅炉燃烧较为稳定。在低负荷运行状态下，锅炉主蒸汽温度不超过520℃，再热蒸汽温度低于496℃，故二者之间的差值较大，导致大量的热能被损耗，经济效果不佳

^[2]。

想要消除锅炉系统的故障隐患，提升锅炉的燃烧效率，电厂可以使两台磨煤机保持运行状态，这样一来，即可有效提升单台磨煤机的给煤量，磨煤机分离器出口温度也会随之下降，考虑到中速磨煤机存在最小风量要求，具体内容为70%额定工况的通风量，因此，降低磨煤机的一次风率、煤粉气流着火热和提高煤粉浓度，同样是可行的措施。在总风量保持恒定的基础上，使一次风率下降，有利于促进二次风量的提升，单台送风机的动叶开度也会随之增加。值得注意的是，在使用上述措施之前，应针对磨煤机运行跳闸和断煤情况制定补救措施。

此外，300MW机组锅炉系统通过墙式辐射再热器的使用，增强受热面的辐射受热比例，辐射再热器的安装位置是上炉膛前墙和两侧，吸热方式为辐射式吸热。在负荷较高的运行工况下，炉膛烟气具有非常良好的充满度，炉膛温度较高，辐射热量和热力学温度呈现出四次方关系，其中再热蒸汽压力不低于3MPa，由于蒸汽比热容较小，因此再热蒸汽压力相较于主蒸汽而言，温度敏感度较高，这是导致再热蒸汽温度在高负荷运行工况下，高于主蒸汽温度的重要原因。在了解后得知，主蒸汽温度在流经过热器后，其温度下降明显，从侧面反映出炉膛整体烟气量不高，故再热蒸汽温度高于主蒸汽温度。在负荷较低的运行工况下，炉膛温度偏低，导致辐射受热量比例下降，但炉膛风量和烟气量却并未降低，在风量和烟气量的作用下，对流受热量所占比例增加。锅炉机组还表现出右侧吸收热小于左侧吸热量的特点，并且负荷与热偏差呈现出正向关联，简言之，就是负荷越低，热偏差越大，反之则亦然。针对此类现象，检修人员需要以煤粉管道为基础进行一次风调平和调整二次风门挡板开度。

2. 控制系统

在300MW机组负荷由150MW增加到300MW时，机组负荷与主蒸汽压力控制动态存在非常大的波动，但炉膛负压、总风量和一次风压的变化幅度较小，说明机组整体风量控制较为稳定。主蒸汽温度控制却与之相反，具体表现为左右侧温度存在非常大的偏差^[3]。

三、300MW机组深度调峰技术

通过上文分析可知，该300MW机组在运行过程中存在一定的问题，需要通过深度调峰技术的使用，及时消除故障隐患，接下来本文会基于深度调峰技术，提出几点优化燃烧和控制系统的技术措施，如下所述：

在高负荷运行工况下，在控制一次风量的同时，促使二次风量提升，通过这种措施的运用，减少主蒸汽温度和再热蒸汽温度间的偏差，同时，还能增加烟气量，从而使对流传热量提高，主蒸汽温度也会因此而提升。在低负荷运行工况下，控制一次风量和二次风量，在确保氧化氮排放量不超标的基础上，增强燃料效果，使炉膛和再热蒸汽温度提升。在上述措施应用后，方能采取有效的措施，对锅炉系统和控制系统进行优化，本文所制定的控制优化方案由四方面的内容构成，分别是修改一次风压设定、调整二次风门挡板开度、调整SOFA风门挡板开度和优化保护逻辑。

1. 一次风压设定修改

在设定修改之前，一次风压的设定依据为锅炉指令，但在修改后，需要将运行磨煤机的最大给煤指令作为依据；与此同时，还要在热风挡板开度不超过80%时，通过动态修正方式，调整一次风压设定值。这里所说的调整，主要以降低设定值为主，通过这种措施的运用，使入炉煤风粉气流着火热下降。此外，检修人员还要增加磨煤机挡风板的开度，实现对一次风机电流的有效控制。

2. 调整二次风门挡板开度

在调整方案实施前，二次风风箱的炉膛压差，是调整二次风门挡板的依据，但修改后，二次风门挡板开度的调整依据转变为主蒸汽流量的变化，在负荷变化后，风门挡板开度会同步调整，以缩短燃烧响应时间。

3. 调整SOFA风门挡板开度

在调整方案实施前，SOFA风门挡板开度的调整依据为主蒸汽流量变化，但在调整后，SOFA风门不仅要随着主蒸汽流量变化而改变，还要受到SCR脱销系统入口氧化氮含量的影响，与此同时，还要针对这项修正设置惯性时间。

4. 优化保护逻辑

优化保护逻辑是指将送风机动叶开度的百分比进行调整，比如：送风机闭锁关的动叶开度最低标准由8%变为6%。

四、低负荷试验

将优化结果作为依据，电厂于2019年6月份开展了低负荷试验，由2号和3号磨煤机运行，在试验正式开始前，实施了消除磨煤机安全隐患的方案，并在此基础上准备了备用磨煤机和微油枪。

2号磨煤机的分离器转速设置为每分钟85转，而3号磨煤机分离器故障并未投入运行。在试验期间，2号和3号磨煤机运行较为稳定，且受热面管屏没有发生超温现象，SCR脱销系统运行稳定，磨煤机运行十分可靠。在观察后得知，在试验期间，主蒸汽温度始终保持在525℃以上，而再热蒸汽温度稍低于主蒸汽温度，保持在510℃左右，均高于40%BMCR工况设计值；而SCR脱销系统出口温度＞320℃，与脱销催化剂反应温度要求相符。这表明，深度调峰技术的应用，能够在解决机组故障隐患的同时，提高锅炉的燃烧效率。

结论：

综上所述，研究和试验结果表明，调整两台磨煤机运行时的燃烧可以取得良好的效果，具体表现为锅炉在30%额定工况时的蒸汽参数极为优越，好于40%额定工况，且机组运行稳定，污染排放量较少，有助于深度调峰目标的达成。并且，本文所提出的优化措施，无需对机组设备进行过多的改造，仅需优化热控控制，即可使锅炉气温偏低的问题得到解决，并且经济性良好，值得推广和普及。

参考文献：

[1]周琼芳.300 MW机组深度调峰能力试验和安全经济性分析[J].能源与节能,2019(12):116-119.

[2]陶丽,杨宇,陈国巍,程应冠,宋文雷,郭福才,何翔.300MW机组深度调峰技术研究与应用[J].发电设备,2019,33(06):427-431.

[3]张美伦.某电厂300MW机组深度调峰安全性分析[J].黑龙江科技信息,2017(03):14-16.