提高660 MW超超臨界火電機組深度調(diào)峰經(jīng)濟性的措施

李朋濤，邱 靖

(陜西商洛發(fā)電有限公司，陜西 商洛 726007)

0 引 言

近年來，隨著國家能源戰(zhàn)略調(diào)整轉型，電力供需關系也隨之變化，新能源在電網(wǎng)中占比越來越大，為配合系統(tǒng)調(diào)峰，燃煤火電機組參與系統(tǒng)調(diào)峰的頻次和深度越來越大，深度調(diào)峰能力已是燃煤機組的必備本領。但是，深度調(diào)峰期間對機組運行的安全、經(jīng)濟帶來巨大影響，雖然可以通過電網(wǎng)輔助服務市場獲得一定深度調(diào)峰的補償收益，但對電廠來說，總體收益和所承受的風險仍不對等。如何進一步提升機組深度調(diào)峰期間運行的經(jīng)濟性便成為各電廠摸索的課題。結合某電廠實際，在機組深度調(diào)峰期間，采取一系列優(yōu)化調(diào)整措施。

1 機組性能概況

某火電廠為2臺660 MW超超臨界間接空冷燃煤火電機組，鍋爐為東方鍋爐股份有限公司制造的 DG1950/29.3-Ⅱ2 型超超臨界參數(shù)直流鍋爐，采用一次再熱、平衡通風、固態(tài)排渣、前后墻對沖燃燒、半露天Π 型布置、全鋼構架懸吊結構。每臺爐配6臺ZGM113N-Ⅱ型中速輥式磨煤機，BMCR工況燃用設計煤種時5臺運行、1臺備用。汽輪機為東方汽輪機有限責任公司制造，型號為CJK660/609-28/0.4/600/620，型式為高效超超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸兩排汽、間接空冷抽汽凝汽式汽輪機，每臺機組配置1臺100%容量的汽動給水泵及不同軸汽泵前置泵。每臺鍋爐配2臺雙室五電場電除塵器和1套煙氣脫硫、脫硝裝置。采用選擇性催化還原法脫硝裝置，還原劑采用氨氣，由尿素制氨法制備。

2 機組運行影響因素分析

影響機組深度調(diào)峰運行經(jīng)濟性的因素很多，從影響供電煤耗和廠用電率等主要指標進行分析。

2.1 鍋爐效率

機組深度調(diào)峰期間，由于負荷較低，總燃料量也隨之減少，鍋爐燃燒整體減弱，燃燒效率降低，從而導致鍋爐效率降低，影響機組運行的經(jīng)濟性[1]。表1為機組不同負荷運行時飛灰和爐渣含碳量數(shù)據(jù)對比。

表1 不同負荷下飛灰、爐渣含碳量

從表1分析可知，隨著負荷降低，爐膛溫度也隨之降低，鍋爐不完全燃燒熱損失增加，飛灰量、爐渣含碳量明顯升高。

2.2 汽輪機熱耗率

該廠設計50%以上負荷運行期間，保持4套制粉系統(tǒng)運行，深度調(diào)峰期間，由于煤量減少，只能保留3套制粉系統(tǒng)運行，由于火焰中心下移和爐膛溫度降低，再熱蒸汽溫度下降明顯，從而導致汽輪機熱耗率增加，影響機組運行的經(jīng)濟性[2]，分別選擇30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%機組負荷下的8個工況試驗，得到機組負荷與再熱汽溫對應關系見圖1。

圖1 負荷與再熱氣溫對應關系

2.3 廠用電率

深度調(diào)峰期間，各輔機受運行方式和系統(tǒng)安全等方面限制，輔機電耗率普遍升高，從而影響機組經(jīng)濟運行[3]。例如，為保證低負荷燃燒穩(wěn)定，50%負荷以下，鍋爐維持高氧量運行，從而導致送、引風機耗電率普遍增加。還有，大部分輔機為工頻電機，不便于調(diào)節(jié)，低負荷運行期間，導致耗電率進一步升高。

3 控制措施

針對以上機組深度調(diào)峰期間影響運行經(jīng)濟性的因素，進行優(yōu)化調(diào)整，制定相應措施。

3.1 優(yōu)化鍋爐配風

3.1.1 調(diào)整二次風門開度

鍋爐在前后墻主旋流煤粉燃燒器的上方各布置了兩層燃盡風，起到燃燒后期送風和降低NOX的作用。通過調(diào)整燃盡風區(qū)域A、B側配風比例，從而減輕火焰偏燒現(xiàn)象，提升燃盡效率。30%負荷工況運行參數(shù)對比見表2。

表2 30%負荷運行參數(shù)對比

分析表2數(shù)據(jù)可知，30%負荷下，在保持其他運行參數(shù)不變的前提下，將上下兩側燃盡風門開度關小后，飛灰可燃物含量下降明顯，鍋爐效率約提高0.64%。

3.1.2 調(diào)整燃燒器內(nèi)、外二次風開度

燃燒器大風箱為運行燃燒器提供內(nèi)二次風和外二次風，為停運燃燒器提供冷卻風。內(nèi)二次風和外二次風通過燃燒器內(nèi)同心的內(nèi)二次風、外二次風環(huán)形通道在燃燒的不同階段噴入爐內(nèi)，實現(xiàn)分級供風，降低NOX的生成量[4]。

內(nèi)二次風量可通過燃燒器上的內(nèi)二次風門開度進行調(diào)節(jié)，外二次風量可通過燃燒器上切向布置的葉輪式風門擋板進行調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)內(nèi)、外二次風的開度配比，可獲得良好的著火穩(wěn)燃性、燃燒高效性和低的NOX排放量[5]，以獲得最佳燃燒工況，并可防止水冷壁超溫和燃燒器結焦，調(diào)整前后數(shù)據(jù)見表3。

此次調(diào)整，將內(nèi)、外二次風開度比例進行調(diào)換，增強旋流強度，使低負荷工況下風粉混合進一步增強，提升燃燒效率。同時，維持總開度，確保深度調(diào)峰時，避免鍋爐二次風箱壓力過低而影響機組運行安全。對不同內(nèi)、外二次風門開度調(diào)整后參數(shù)進行分析，總結出表3中二次風配比在50%以下負荷階段運行較為合理。

表3 內(nèi)、外二次風開度調(diào)整前后對比

燃燒器二次風門調(diào)整過后，在30%負荷運行工況，參數(shù)對比見表4。

表4 30%負荷運行工況參數(shù)對比

分析表4數(shù)據(jù)可知，通過燃燒器內(nèi)、外二次風旋流角度的調(diào)整，一氧化碳可燃氣體基本消除，飛灰可燃物含量由2.29%降低至1.02%，大渣可燃物含量由3.73% 降低至1.38%，同時，再熱汽溫由583 ℃升至590 ℃。

3.2 制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整

機組深度調(diào)峰期間，只能維持3套制粉系統(tǒng)運行，在保證制粉系統(tǒng)運行安全前提下，主要通過調(diào)整磨煤機入口一次風壓和磨煤機分離器頻率進行優(yōu)化，從而提高機組運行經(jīng)濟性。

3.2.1 一次風壓優(yōu)化

一次熱風母管壓力要保證所有投運磨煤機進口所必須的一次風量。不同磨煤機出力，所需要的一次熱風母管壓力是不同的，但過大的一次熱風母管壓力不僅造成風門節(jié)流損失大，而且會引起空氣預熱器漏風率增大，最終增大風機電耗和廠用電率[6]。30%負荷熱一次風壓優(yōu)化前后數(shù)據(jù)見表5。

表5 30%負荷熱一次風壓優(yōu)化前后對比

分析表5數(shù)據(jù)可知，30%負荷下，通過優(yōu)化熱一次風母管壓力，一次風機電流平均下降了2.7 A。

3.2.2 磨煤機分離器頻率調(diào)整

該廠燃用煤種為煙煤，揮發(fā)分普遍在37%左右。深度調(diào)峰期間，在保證磨煤機運行安全情況下，通過調(diào)整磨煤機分離器頻率，改變煤粉著火時間和燃盡行程，從而來提升鍋爐效率[7]。30%負荷工況對比參數(shù)見表6。

表6 30%負荷磨煤機運行參數(shù)對比

通過表6可以看出，分離器頻率降低后，煤粉細度雖有所上升，但在合理范圍內(nèi)，通過調(diào)整分離器頻率，再熱汽溫有所升高，磨煤機電流也有所下降。

3.3 低負荷變氧量調(diào)整

鍋爐運行氧量不僅影響著干煙氣帶走的熱損失，而且也影響著未燃盡碳引起的熱損失和一氧化碳引起的熱損失。在一定限度內(nèi)減少運行氧量，將使干煙氣帶走的熱損失降低。此次調(diào)整送風機的風量為投自動狀態(tài)，通過改變DCS系統(tǒng)中送風量的偏置來改變運行氧量。在30%負荷下進行氧量調(diào)整存在一定風險，分多次調(diào)整，每次減少60 t/h風量進行對比，表7中保留了2個工況運行參數(shù)進行比對。

表7 30%負荷運行工況參數(shù)對比

通過表7看出，減少約180 t/h總風量后，飛灰量、爐渣含碳量及一氧化碳含量均變化不大，鍋爐運行穩(wěn)定，但排煙溫度隨之降低，排煙熱損失降低約0.26%，鍋爐效率提高約0.09%，風機電耗得到了顯著降低。

3.4 優(yōu)化輔助系統(tǒng)運行方式，降低廠用電率

低負荷運行期間，影響廠用電率可優(yōu)化調(diào)整的主要輔機有送風機、引風機、一次風機、磨煤機、電除塵、空壓機、間冷循環(huán)泵等，分析如下。

3.4.1 優(yōu)化電除塵系統(tǒng)運行方式

該廠電除塵系統(tǒng)為雙室五電場靜電除塵器，配備有高頻電源和低溫省煤器進行調(diào)節(jié)，電除塵系統(tǒng)設計耗電率為0.5%。深調(diào)期間，粉塵濃度相對降低，主要因低負荷階段高氧量運行，根據(jù)這一特征，首先通過降低各電場高頻電源二次電流進行調(diào)整，發(fā)現(xiàn)低負荷運行階段，二次電流降低后，粉塵變化不大，且電除塵捕捉能力有所影響，因此，調(diào)整策略，50%負荷以下運行時，通過停運3、4電場，將1、2、5電場出力增加后，粉塵濃度維持不變的情況下，電除塵總耗電率進一步降低，30%負荷運行工況參數(shù)對比見表8。

表8 30%負荷電除塵運行參數(shù)對比

同時，由于總灰量相對減少，通過調(diào)整各電場輸灰時間和頻次，減少了1臺輸灰空壓機運行，1臺空壓機廠用電耗電率約為0.07%，同時，對2號機組除塵器各灰斗進行了防堵改造，正常運行中停運全部灰斗電加熱，廠用電耗電率可再降低約0.03%。

3.4.2 優(yōu)化制粉系統(tǒng)運行

通過制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整，制粉系統(tǒng)電耗也隨之降低。通過表8可以看出，通過一次風壓、分離器頻率改變，磨煤機電流明顯降低，通過對制粉系統(tǒng)電耗統(tǒng)計，得出制粉系統(tǒng)電耗降低約0.02%。

3.4.3 優(yōu)化氧量，降低風機電耗

通過優(yōu)化深調(diào)期間機組運行氧量，送、引風機電流也明顯下降，電耗也隨之降低，數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表9。

表9 優(yōu)化調(diào)整前后風機電流對比

通過上表可以看出，通過氧量優(yōu)化調(diào)整，送風機耗電率降低約0.02%，引風機耗電率降低約0.05%，一次風機耗電率降低約0.01%，風機總耗電率降低約0.08%。

3.4.4 優(yōu)化間冷循環(huán)泵運行方式

該廠每臺機組配備有3臺間冷循環(huán)泵，其中2臺泵可以進行高低速方式切換，設計機組正常運行時，維持2臺泵運行，1臺泵備用，實際運行中，當環(huán)境溫度低于15 ℃，機組深度調(diào)峰期間，可維持1臺間冷循環(huán)泵低速方式運行，背壓可控制在設計值范圍內(nèi)，但間冷循環(huán)泵耗電率顯著下降，可降低約0.3%。

4 結 語

通過優(yōu)化配風和制粉系統(tǒng)運行，鍋爐效率提高約1.13%，煤耗降低約3.4 g/(kW·h)；優(yōu)化電除塵系統(tǒng)運行方式，廠用電率下降約0.07%；制粉系統(tǒng)運行優(yōu)化，廠用電率下降約0.02%；優(yōu)化運行氧量，風機耗電率下降顯著，廠用電率下降約0.08%；優(yōu)化間冷循環(huán)泵運行方式，廠用電率下降約0.3%，累計降低廠用電率0.47%。按全年深調(diào)1 200 h測算，公司平均標煤單價按900元/t計算，上網(wǎng)電價按0.35元/(kW·h)計算，則2臺660 MW機組全年可降低總成本745萬元?？梢?，通過優(yōu)化運行，節(jié)能效果非常顯著。

火電機組深度調(diào)峰將是火電企業(yè)發(fā)展的一條必由之路，通過采取一系列措施，能夠有效降低機組深度調(diào)峰期間的煤耗和電耗，進一步提升機組運行經(jīng)濟性，使機組深度調(diào)峰運行期間利益最大化，也為企業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展提供有力保障。