300 MW無煙煤鍋爐調(diào)峰不投油穩(wěn)燃特性試驗研究

汪海洋，王 潔

（山西國投晉城熱電有限公司，山西 晉城 048000）

300 MW無煙煤鍋爐調(diào)峰不投油穩(wěn)燃特性試驗研究

汪海洋，王 潔

（山西國投晉城熱電有限公司，山西 晉城 048000）

通過300 MW無煙煤燃燒方式鍋爐在100 MW、90 MW無燃油助燃工況下進行燃燒調(diào)整試驗，研究“W”火焰鍋爐低負荷穩(wěn)燃性能，汽溫、汽壓和煙氣溫度等參數(shù)變化趨勢，確定鍋爐不投油燃燒穩(wěn)定，汽輪機安全運行，選擇性催化還原脫硝裝置可靠投運的最低負荷，為機組參與電網(wǎng)深度調(diào)峰，爭取深度調(diào)峰補償提供依據(jù)。

無燃油；燃燒調(diào)整；深度調(diào)峰

0 引言

隨著國家新能源政策與項目的不斷落實，電網(wǎng)不穩(wěn)定負荷越來越大，電網(wǎng)的調(diào)峰壓力也就逐漸增加。作為當前電網(wǎng)調(diào)峰的主力軍，火力發(fā)電機組往往處在經(jīng)濟性要求和調(diào)峰任務(wù)的兩難處境中。為保證低負荷的火電機組在調(diào)峰時能夠穩(wěn)定運行，電廠不得不進行投油燃燒，而投油燃燒將大幅降低機組的經(jīng)濟性。因此，找到火電機組不投油穩(wěn)定燃燒的臨界負荷點就顯得格外重要。

1 機組設(shè)備概況

某2×300 MW空冷供熱機組鍋爐采用北京巴布科克·威爾科克斯有限公司生產(chǎn)的B&WB-1065/17.5-M型單爐膛、平衡通風、中間一次再熱、亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)單汽包鍋爐；采用4臺雙進雙出鋼球磨正壓直吹式制粉系統(tǒng)，“W”形火焰燃燒方式，鍋爐燃用煤質(zhì)屬于低揮發(fā)分、高熱值無煙煤。汽輪機采用上海汽輪機有限公司生產(chǎn)的CZK300-16.7/0.4/538/538型亞臨界、一次再熱、雙缸雙排汽、直接空冷、抽汽凝汽式汽輪機。

煙氣排放滿足超低排放要求，采用“低氮燃燒技術(shù)+選擇性催化還原SCR（selective catalytic reduction）”脫硝工藝，除塵采取“靜電除塵+濕式電除塵”工藝，脫硫采取“石灰石—石膏濕法脫硫”工藝。為延長催化劑壽命，煙氣長期最低溫度為313℃，短期運行最低溫度為280℃，短期運行最長時間為10 h，并需要相同時間（10 h在350℃以上）恢復(fù)催化劑活性。

2 設(shè)備簡介及不投油燃燒風險

機組采用低氮燃燒雙旋流燃燒器，在離心力作用下，一次風粉混合物中的燃料在這里被分離出來，旋轉(zhuǎn)的煤粉射流通過主燃器噴入爐內(nèi)，分離出來的乏氣進入下部的乏風管，通過乏氣噴口送入爐膛。安裝在乏氣管上的乏氣擋板調(diào)節(jié)乏氣風量的大小來改變主火嘴煤粉濃度。煤粉射流的旋轉(zhuǎn)強度通過裝設(shè)在主噴燃器內(nèi)的可調(diào)節(jié)消旋拉桿進行調(diào)節(jié)。根據(jù)煤質(zhì)的不同，調(diào)整乏氣擋板及消旋葉片的位置，以獲得最佳的燃燒效果。從預(yù)熱器來的二次風經(jīng)鍋爐兩側(cè)風道送入前后墻大風箱，安裝在拱上的燃燒器則穿過大風箱。大風箱被分成若干個單元，每個燃燒器為一單元[1]。

鍋爐設(shè)計不投油穩(wěn)燃負荷為145 MW，隨著鍋爐負荷下降，機組面臨以下風險。

a)隨著鍋爐負荷降低，爐膛溫度下降，爐膛負壓波動，安全運行風險加劇，容易造成鍋爐燃燒不穩(wěn)定，甚至導致鍋爐全火焰喪失MFT（main fuel trip）[2]。

b)隨著鍋爐負荷下降，鍋爐主、再熱蒸汽溫度、壓力下降，汽輪機防止水沖擊的安全運行溫度不宜小于500℃，否則需開啟蒸汽管道疏水門進行疏水。

c)隨著鍋爐負荷下降，鍋爐煙氣溫度下降，如果煙氣溫度下降到280℃以下，氨分子很少與NOx反應(yīng)，而是與SO3和H2O反應(yīng)生成粘性大的(NH4)2SO4或NH4HSO4，它們附著在催化劑表面，引起污染積灰并堵塞催化劑的通道與微孔，從而降低催化劑的活性，也容易粘附在空預(yù)器表面，造成空預(yù)器換熱效率下降和堵塞。

d)隨著機組負荷下降，機組參數(shù)下降，機組凈效率下降，廠用電率、發(fā)電煤耗、供電煤耗上升。

機組實現(xiàn)深度調(diào)峰，鍋爐不投油穩(wěn)定燃燒[3]，蒸汽參數(shù)滿足汽輪機安全運行是基礎(chǔ)；同時，為滿足超低排放環(huán)保政策要求，鍋爐煙氣溫度必須滿足脫硝裝置工作需要。針對機組在低負荷的情況下運行安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性、脫硝裝置運行情況，與電廠運行人員共同進行了低負荷穩(wěn)燃試驗。

3 調(diào)峰不投油穩(wěn)燃試驗研究

3.1 針對上述風險選取的試驗技術(shù)方案

為保障低負荷穩(wěn)燃期間的穩(wěn)定運行，要求入爐煤為低位發(fā)熱量不低于20 064 kJ/kg無煙煤，煤質(zhì)如表1所示。表1中Mar為收到基水分，Mad為空氣干燥基水分，Aad為空氣干燥基灰分，Vad為空氣干燥基揮發(fā)分，Aar為收到基灰分，Vdaf為干燥無灰基揮發(fā)分，F(xiàn)Cad為空氣干燥基固定碳，St,ad為空氣干燥基硫分，St,ar為收到基硫分，Qnet,ad為空氣干燥基低位發(fā)熱量，Qgr,ad為空氣干燥基高位發(fā)熱量，Qnet,ar為收到基低位發(fā)熱量。

表1 試驗期間爐煤煤質(zhì)

試驗期間加強對儀控自動裝置運行情況的監(jiān)視，若自動不靈敏，應(yīng)及時切手動進行調(diào)整并做好記錄。加強巡檢保障投煤設(shè)備的正常運行，并保證油系統(tǒng)能夠隨時投入。

試驗過程中，燃燒不穩(wěn)時采取以下措施。

a） 爐膛負壓設(shè)定在-80 Pa，監(jiān)視爐膛負壓在-100～300 Pa，若超過該范圍，則立即投油穩(wěn)燃。投油燃燒穩(wěn)定后，爐膛負壓恢復(fù)正常，逐漸退出油槍。若燃燒不穩(wěn)，負壓波動仍然在+100～300 Pa以上，應(yīng)升負荷，查找原因。

b）火焰監(jiān)視若出現(xiàn)忽明忽暗，則應(yīng)穩(wěn)定負荷（必要時可投油助燃），查找原因。

c）投油助燃期間，發(fā)現(xiàn)備用工頻泵聯(lián)啟，立即停止1號變頻供油泵運行，保證供油壓力3.0～3.3 MPa之間。

d）鍋爐降負荷過程中按照試驗措施執(zhí)行，每降負荷一次均要穩(wěn)定一段時間，確認鍋爐著火無異常，負壓穩(wěn)定后，再進行減負荷。

3.2 試驗過程

a） 運行人員逐漸降低機組負荷，負荷在180 MW時停止C磨煤機運行，不吹空磨煤機，在噴燃器壁溫不超600℃情況下，所停磨對應(yīng)噴燃器風門擋板盡量關(guān)小。保持3臺磨煤機運行，均勻減負荷至150 MW，檢查鍋爐各系統(tǒng)及輔機設(shè)備運行正常。

b） 退出自動發(fā)電控制 AGC（automation generator control），解除協(xié)調(diào)方式，改為基礎(chǔ)方式，逐漸降低磨煤機出力，降負荷至135 MW，穩(wěn)定運行30 min后減負荷至120 MW，汽機順閥切至單閥，穩(wěn)定運行1 h。

c） 保持3臺磨煤機均勻減負荷至110 MW，穩(wěn)定運行1 h后，逐漸減負荷至100 MW，過熱汽溫穩(wěn)定在520℃，主汽壓穩(wěn)定在10 MPa運行2 h后開始進入試驗計時。在減負荷過程中，注意觀察脫硝反應(yīng)器入口煙溫不低于280℃，否則停止降負荷。

d） 鍋爐在無油助燃情況下穩(wěn)定運行2 h以上，且鍋爐負荷、過熱器壓力、主、再熱汽溫度穩(wěn)定，脫硝反應(yīng)器入口煙溫不低于280℃的情況下，記錄各系統(tǒng)運行參數(shù)，在此負荷下鍋爐繼續(xù)運行4 h。如果脫硝反應(yīng)器入口煙溫低于280℃，應(yīng)提高機組負荷，保證此溫度。

試驗過程中減煤減負荷的速率主要是根據(jù)燃燒強度變化及燃燒穩(wěn)定情況而定。注意保持一次風壓和風量、二次風量和氧量，減負荷的同時注意調(diào)整一次風量和一次風速，保證磨煤機出口溫度和煤粉濃度，其中對爐膛溫度進行測量，結(jié)果見表2。

試驗過程中對105 MW、101 MW負荷下主蒸汽流量、主汽壓力、給煤量及總風量等重要數(shù)據(jù)的變化情況進行記錄，其結(jié)果見表3。

試驗階段，鍋爐飛灰含碳量見表4。

表2 爐膛溫度測量結(jié)果

表3 各參數(shù)隨負荷變化情況

表4 試驗期間飛灰情況（試驗前將飛灰取樣裝置中的存灰放空）%

3.3 試驗結(jié)論

a)由表3根據(jù)爐膛溫度變化情況看，隨著試驗時間的加長及鍋爐負荷降低爐膛主燃區(qū)和爐膛下部溫度逐漸降低，但主燃燒區(qū)溫度基本在1 000℃以上，運行工況穩(wěn)定，火焰良好，燃燒穩(wěn)定；由表4可知，整個試驗過程中爐膛負壓、主汽壓力等各參數(shù)均正常穩(wěn)定，主汽壓力大于10 MPa，主汽溫度大于525℃，汽輪機安全運行；空預(yù)器入口煙氣溫度大于350℃，脫硝裝置運行正常，無需被迫進行煙溫控制技術(shù)改造。

b)試驗100 MW工況2 h，耗煤總量107 t，入爐煤熱值18.6 MJ/kg，發(fā)電量20萬kW·h，計算發(fā)電煤耗為339.9 g/(kW·h)；試驗90 MW工況2.5 h，耗煤總量130 t，入爐煤熱值18.6 MJ/kg，發(fā)電量22.5萬kW·h，計算發(fā)電煤耗為367.1 g/(kW·h)。雖然機組低負荷發(fā)電煤耗較額定工況下313.7 g/(kW·h)明顯上升，但因深度調(diào)峰，將70%的發(fā)電負荷給了風電、光伏等清潔能源，總體來看，發(fā)電煤耗大幅下降，約為313.7－（30%×367.1） =203.6 g/（kW·h），環(huán)境效益大幅升高。

c)為進一步驗證機組深度調(diào)峰能力，在90 MW試驗工況下進行試驗擾動，A1給煤機斷煤，爐膛負壓、汽包水位大幅波動，為保證機組安全運行，被迫投入燃油助燃。

4 結(jié)束語

穩(wěn)燃負荷不低于30%（90 MW） 時，鍋爐不投入助燃用油能夠安全穩(wěn)定運行，蒸汽參數(shù)滿足汽輪機安全運行需要，脫硝裝置可靠投入，污染物排放達標。因?qū)⑷济弘姀S發(fā)電負荷讓給了風電、光伏等清潔能源，發(fā)電煤耗總體大幅下降，節(jié)能效益明顯。

火電廠通過積極開展低負荷穩(wěn)燃試驗檢驗機組深度調(diào)峰能力，積極參與火電廠深度調(diào)峰，將有望獲得國家、地方政府深度調(diào)峰補償，有利于在激烈的電力市場競爭中獲得更大的經(jīng)濟效益，同時獲取更好的社會效益和環(huán)境效益。

[1] 魏銅生，楊鵬社，戴鑫，等.配備旋流燃燒器的“W”火焰鍋爐著火與穩(wěn)燃機理研究 [J].中國電力，2014，47(8)：103-106.

[2] 金黃，肖先進，周昊，等.微油—少油技術(shù)在雙旋風燃燒器“W”形火焰鍋爐點火及穩(wěn)燃試驗 [J].發(fā)電設(shè)備，2012，26(2)：77-79，83.

[3] 李文軍，彭敏，黃偉，等.超臨界“W”火焰鍋爐旋流燃燒器穩(wěn)燃調(diào)整試驗 [J].湖南電力，2014，34(3)：15-17.

Study on Peak-regulation Stable Combustion of 300 MW Anthracite Boiler

WANG Haiyang,WANG Jie
（Shanxi Investment Group Jincheng Thermal Power Co.,Ltd.,Jincheng,Shanxi048000,China）

The combustion adjustment tests of300 MWanthracite boiler under 100 MW and 90 MW oil-free conditions were carried out to study the combustion stability of W-flame boiler under lower load conditions.The parameters'changing trend of steam temperature,pressure and gas temperature are studied.The minimum loads to ensure stable combustion without oil,to guarantee safe operation of unit and to operate SCR denitrification device reliably are identified,which provides basis for participating into deep peak-regulation in power grid operation and strivingfor the deep peak compensation.

oil-free;combustion adjustment;peak-load regulation

TK227.1

A

1671-0320（2017）06-0042-04

2017-08-26，

2017-10-20

汪海洋（1982），男，安徽亳州人，2004年畢業(yè)于太原理工大學電氣工程及其自動化專業(yè)，助理工程師，從事火電廠運行管理工作；

王 潔（1985），男，山西晉城人，2008年畢業(yè)于華北電力大學自動化系，工程師，從事火電廠節(jié)能管理工作。