1030 MW鍋爐深度調(diào)峰穩(wěn)燃試驗(yàn)及分析

李國新 聶濤 李燁

摘 要：在新能源大發(fā)展的背景下，傳統(tǒng)火電機(jī)組的調(diào)峰調(diào)頻能力是電網(wǎng)安全的重要保障，也是電廠一種新的盈利模式，關(guān)系到電廠的生存和發(fā)展。通過對(duì)1 030 MW鍋爐30%穩(wěn)燃試驗(yàn)過程中鍋爐負(fù)壓、火檢強(qiáng)度、鍋爐受熱面壁溫、脫硝系統(tǒng)和制粉系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的分析，表明該鍋爐在不投油的情況下30%負(fù)荷穩(wěn)燃能力良好，為運(yùn)行深度調(diào)峰提供參考。

關(guān)鍵詞：鍋爐;穩(wěn)燃試驗(yàn);電網(wǎng)安全;深度調(diào)峰

中圖分類號(hào)：TM31 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2021）36-0044-03

Test and Analysis of 1 030 MW Boiler for Deep Peak-shaving and Stable Combustion

LI Guoxin ? ?NIE Tao ? ?LI Ye

（Pingdingshan Power Generation Branch，State Power Investment Group Henan Electric Power Co.，Ltd.， Pingdingshan ?Henan ?467312）

Abstract：Under the background of the development of new energy，the peak-frequency modulation capability of traditional thermal power units is an important guarantee for the safety of power grid，as well as a new profit model for power plants，which is related to the survival and development of power plants.Through the analysis of the negative pressure，flame detection intensity，heating surface temperature，denitration system and pulverizing system related parameters of 1 030 MW boiler in the process of 30% stable combustion test，it is shown that the boiler has good stable combustion ability under 30% load without oil injection，which provides reference for the depth of peak regulation in operation.

Keywords： boiler; stable combustion test; power network safety; depth peak regulation

碳達(dá)峰碳中和任務(wù)目標(biāo)的提出，給光伏風(fēng)電等新能源的發(fā)展提供了良好的契機(jī)。在此背景下，各大發(fā)電企業(yè)大力發(fā)展新能源業(yè)務(wù)。根據(jù)國家能源局發(fā)布的2021年1—8月的全國電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2021年8月底，全國發(fā)電裝機(jī)容量同比增長9.5%，其中，風(fēng)電同比增長33.8%，太陽能發(fā)電同比增長24.6%。目前，我國火電裝機(jī)容量占比約55%，用于調(diào)峰的油電、氣電比重很小，大批抽水蓄能電站正在建設(shè)中，并網(wǎng)調(diào)峰還需要較長時(shí)間。在特高壓大電網(wǎng)框架下，新能源消納成為我國能源發(fā)展過程中的一個(gè)關(guān)鍵問題。目前，煤電機(jī)組仍是電網(wǎng)調(diào)峰主力機(jī)組，是保障電網(wǎng)安全的壓艙石。近年來，少數(shù)機(jī)組在設(shè)計(jì)建設(shè)時(shí)優(yōu)化成為高效寬負(fù)荷機(jī)組[1]，但大部分機(jī)組是按帶額定負(fù)荷設(shè)計(jì)的，研究現(xiàn)有煤電機(jī)組的深度調(diào)峰能力成為發(fā)電企業(yè)普遍關(guān)心和高度重視的問題。

1 試驗(yàn)背景

某電廠#1鍋爐為超臨界變壓直流煤粉爐，鍋爐型號(hào)為DG3000/26.15-Ⅱ1，額定主汽壓力為26.15 MPa，主汽溫度為605 ℃。該爐為對(duì)沖燃燒方式、風(fēng)冷鋼帶干式除渣、單爐膛、內(nèi)螺紋螺旋管圈水冷壁、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、露天島式布置、全鋼構(gòu)架懸吊Ⅱ型結(jié)構(gòu)。燃用煤種以本地平頂山煙煤為主。配備6臺(tái)ZGM133N中速直吹輥盤式磨煤機(jī)，5用1備。燃燒器前后墻對(duì)沖，6層48只噴口。

2 試驗(yàn)條件及過程

#1鍋爐30%負(fù)荷深度調(diào)穩(wěn)燃試驗(yàn)開始前，負(fù)荷調(diào)至50%，協(xié)調(diào)投運(yùn)，滑壓模式，下層C、F磨和后墻中層E磨運(yùn)行，注意保持鍋爐在濕態(tài)運(yùn)行。因?yàn)樯钜关?fù)荷比較低，試驗(yàn)從晚高峰后開始。試驗(yàn)前盡量降低磨煤機(jī)一次風(fēng)速，煤粉細(xì)度R90控制在17%左右，維持粉管一次風(fēng)粉流速在20～23 m/s，機(jī)組主保護(hù)正常投入。確信燃燒穩(wěn)定并具有進(jìn)一步減負(fù)荷的潛力后，緩慢以1～2 MW/min的速度減負(fù)荷;然后每減額定負(fù)荷的5%左右，穩(wěn)定15 min，試驗(yàn)過程中密切觀察火檢模擬量波動(dòng)、爐膛負(fù)壓波動(dòng)和環(huán)保參數(shù)的變化情況，確保鍋爐主要參數(shù)在合理范圍內(nèi)。當(dāng)確認(rèn)減至目標(biāo)負(fù)荷時(shí)，穩(wěn)定運(yùn)行2 h以上，即可認(rèn)為鍋爐具備在該負(fù)荷下不投油穩(wěn)燃的能力。

降負(fù)荷過程具體如下：機(jī)組負(fù)荷降至400 MW，C、E、F磨運(yùn)行，總煤量195.8 t/h，穩(wěn)定爐膛燃燒15 min;繼續(xù)降負(fù)荷至350 MW，總煤量182.5 t/h，觀察火檢穩(wěn)定，爐膛負(fù)壓波動(dòng)正常，繼續(xù)降負(fù)荷至300 MW，煤量164.3 t/h，火檢正常，爐膛負(fù)壓波動(dòng)正常，現(xiàn)場觀火燃燒穩(wěn)定，已經(jīng)達(dá)到30%額定負(fù)荷，穩(wěn)定運(yùn)行2 h，觀察機(jī)組運(yùn)行現(xiàn)狀;機(jī)組負(fù)荷維持300 MW，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，送風(fēng)機(jī)已經(jīng)達(dá)到最低出力，鍋爐氧量為8.9%，無法繼續(xù)降低氧量，因此需要停運(yùn)一臺(tái)送風(fēng)機(jī)。根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備情況決定停運(yùn)B送風(fēng)機(jī)，保持A送風(fēng)機(jī)單臺(tái)運(yùn)行，同時(shí)退出協(xié)調(diào)，繼續(xù)保持負(fù)荷300 MW，穩(wěn)定運(yùn)行，鍋爐氧量由8.9%降至7.8%，火檢正常，爐膛負(fù)壓波動(dòng)正常;穩(wěn)定運(yùn)行保持到試驗(yàn)結(jié)束。

試驗(yàn)期間，鍋爐爐膛負(fù)壓基本穩(wěn)定，燃燒器火檢顯示正常，各受熱管壁溫度均無明顯超溫問題，過熱度保持在10 ℃以上，主蒸汽最低保持在542 ℃，再熱汽溫較為平穩(wěn)，穩(wěn)定在562 ℃左右。停止單臺(tái)送風(fēng)機(jī)后氧量由8.9%降至7.8%。爐膛煙溫?zé)o明顯偏差。

3 試驗(yàn)過程中鍋爐重要參數(shù)分析

3.1 爐膛負(fù)壓

爐膛負(fù)壓變化能最快地反映爐膛內(nèi)可燃物的燃燒狀況，燃燒狀況惡化時(shí)爐膛壓力波動(dòng)會(huì)明顯加劇。在低負(fù)荷試驗(yàn)期間，#1鍋爐負(fù)壓波動(dòng)情況如圖1所示。由圖1可知，在整個(gè)試驗(yàn)期間，#1鍋爐爐膛負(fù)壓基本在-100～0 Pa波動(dòng)，試驗(yàn)前后及期間波動(dòng)幅度未有明顯變化，基本穩(wěn)定。停運(yùn)一臺(tái)送風(fēng)機(jī)，退出協(xié)調(diào)后，爐膛壓力控制品質(zhì)明顯變差，爐膛負(fù)壓波動(dòng)加劇，最低到-230 Pa。說明停運(yùn)送風(fēng)機(jī)對(duì)爐內(nèi)燃燒擾動(dòng)較大，要注意小心操作，提前做好穩(wěn)燃預(yù)控措施。

3.2 火檢強(qiáng)度

火檢強(qiáng)度是監(jiān)視燃燒器出口著火、爐內(nèi)燃燒工況穩(wěn)定的重要輔助參數(shù)之一。#1鍋爐試驗(yàn)期間主要采用C、E、F磨運(yùn)行，其對(duì)應(yīng)燃燒器火檢強(qiáng)度變化如圖2所示。

由圖2可以看到，在整個(gè)試驗(yàn)期間，C、E、F層各燃燒器火焰強(qiáng)度基本維持在60%以上，在試驗(yàn)最后穩(wěn)定在300 MW負(fù)荷運(yùn)行，各層火焰強(qiáng)度基本維持正常波動(dòng)。

3.3 主要受熱面壁溫

鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行過程中，由于受熱面管材內(nèi)部工質(zhì)流量降低、爐內(nèi)燃燒熱偏差等問題，容易出現(xiàn)管壁超溫問題。在降負(fù)荷過程中，監(jiān)視各個(gè)受熱面壁溫情況，不同負(fù)荷下各主要受熱面壁溫均未有明顯升高，整個(gè)過程未有明顯超溫問題。低溫過熱器出口管壁溫度和低溫再熱器出口管壁溫度略有回升，說明降負(fù)荷過程中爐內(nèi)燃燒狀況良好[2]。有代表性的測點(diǎn)溫度記錄見表1。

3.4 SCR脫硝系統(tǒng)

3.4.1 脫硝入口煙溫。隨著負(fù)荷的降低，SCR脫硝入口煙溫不斷降低，溫度低于285 ℃，脫硝裝置效率會(huì)明顯下降。#1鍋爐試驗(yàn)期間脫硝入口煙溫隨負(fù)荷的變化如圖3所示。

根據(jù)該電廠運(yùn)行規(guī)程要求，正常運(yùn)行中需要監(jiān)控并保證SCR入口煙溫在285 ℃以上，保證噴氨正常。由圖3可以看到，整個(gè)試驗(yàn)前后，在350～300 MW負(fù)荷區(qū)間，SCR入口煙溫在310 ℃以上。其中在停運(yùn)一臺(tái)送風(fēng)機(jī)后，B側(cè)煙溫有下降趨勢，但是仍然保持在290 ℃以上，基本滿足脫硝正常噴氨需求。

3.4.2 脫硝入口NOx濃度。#1鍋爐試驗(yàn)期間脫硝入口NOx濃度隨負(fù)荷的變化如圖4所示。

由圖4可以看到，#1鍋爐SCR脫硝入口NOx濃度保持在400 mg/m3左右無明顯變化，表明脫硝系統(tǒng)基本可以滿足機(jī)組深度調(diào)峰需求。

3.5 磨煤機(jī)

#1鍋爐不同負(fù)荷下磨煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)如圖5和圖6所示。由圖5和圖6可以看到，在#1鍋爐降負(fù)荷過程中，不同負(fù)荷下C、E、F磨煤機(jī)出力均不低于40 t/h，均高于磨煤機(jī)最小出力;各磨出口溫度基本大于80 ℃。說明制粉系統(tǒng)在低負(fù)荷運(yùn)行基本正常。

4 結(jié)語

通過現(xiàn)場試驗(yàn)分析，在降低至300 MW負(fù)荷過程中，#1鍋爐對(duì)應(yīng)風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)、金屬受熱面無超溫現(xiàn)象，爐膛負(fù)壓波動(dòng)幅度在-100～0 Pa，爐內(nèi)著火燃燒穩(wěn)定，SCR脫硝系統(tǒng)入口煙溫均大于285 ℃。綜合認(rèn)為，在試驗(yàn)煤種下#1鍋爐具有30%額定負(fù)荷不投油穩(wěn)燃能力。

送風(fēng)機(jī)切手動(dòng)協(xié)調(diào)退出對(duì)爐內(nèi)燃燒有一定影響，建議對(duì)送風(fēng)機(jī)等輔機(jī)切換控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化，盡量減少切手動(dòng)的條件和直接跳閘輔機(jī)的可能性，避免輔機(jī)跳閘對(duì)爐膛內(nèi)燃燒穩(wěn)定性的干擾。

國內(nèi)報(bào)道類似鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷可達(dá)25%，不需要進(jìn)行熱力系統(tǒng)設(shè)備改造[3]。但協(xié)調(diào)退出后負(fù)壓等自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能明顯變差，建議對(duì)熱工自動(dòng)邏輯進(jìn)行優(yōu)化，保證配風(fēng)、給水、燃料、減溫水、協(xié)調(diào)、一次調(diào)頻等自動(dòng)在低負(fù)荷深度調(diào)峰條件下具有良好的品質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

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