超臨界大容量火電機(jī)組深度調(diào)峰對(duì)燃煤鍋爐安全穩(wěn)定的影響

劉建

（云南省能源投資集團(tuán)有限公司，云南昆明 650103）

0.引言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，很多新的科學(xué)技術(shù)得到應(yīng)用，促使超臨界大容量發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)在火電廠發(fā)電之中，在這些發(fā)電機(jī)組深度調(diào)峰時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)會(huì)處于一個(gè)低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，容易對(duì)超臨界大容量發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)性、安全性等產(chǎn)生影響。為此，相關(guān)工作人員應(yīng)盡可能了解深度調(diào)峰過(guò)程對(duì)燃煤鍋爐能夠帶來(lái)哪些影響，通過(guò)詳細(xì)分析，制訂切實(shí)可行的應(yīng)對(duì)措施，維護(hù)整個(gè)發(fā)電過(guò)程的穩(wěn)定性。

1.超臨界大容量火電機(jī)組深度調(diào)峰對(duì)燃煤鍋爐安全性的影響

1.1 鍋爐燃燒穩(wěn)定性

借助于燃煤鍋爐執(zhí)行發(fā)電任務(wù)，大多數(shù)發(fā)電廠會(huì)選擇將燃煤鍋爐最小穩(wěn)定燃燒負(fù)荷保持在整體額定負(fù)荷的50%上下。但從實(shí)際要求中能夠看出，深度調(diào)峰需要機(jī)組燃燒負(fù)荷處于40%BMCR時(shí)燃燒工況，部分電廠甚至還要求30%BMCR。從這里也能夠看出，針對(duì)于火電機(jī)組的深度調(diào)峰，燃煤鍋爐的最低運(yùn)行負(fù)荷要比電廠中的最小穩(wěn)定燃燒負(fù)荷低出很多，影響了著火穩(wěn)定性，一旦燃燒火焰穩(wěn)定程度降低到某一臨界值，極容易出現(xiàn)滅火情況，不利于后續(xù)發(fā)電工作順利開(kāi)展。從其他角度來(lái)看，在燃煤鍋爐運(yùn)行時(shí)，所呈現(xiàn)出的穩(wěn)定性與諸多因素相關(guān)，如鍋爐形狀、燃煤品種等。所以說(shuō)，相關(guān)工作人員在執(zhí)行工作任務(wù)時(shí)，要時(shí)刻確保燃煤鍋爐燃燒處于穩(wěn)定狀態(tài)，并從多角度著手，制訂維護(hù)措施。例如，各發(fā)電廠可以選擇引進(jìn)一些低負(fù)荷燃燒器，并將其應(yīng)用到燃煤鍋爐之中，與此同時(shí)，控制好燃煤鍋爐內(nèi)部風(fēng)量配比，確保能夠穩(wěn)定燃燒[1]。

1.2 氧化皮加劇生成和剝落

縱觀整個(gè)超臨界大容量火電機(jī)組深度調(diào)峰過(guò)程，除了對(duì)燃煤鍋爐安全燃燒產(chǎn)生影響外，還會(huì)對(duì)汽水系統(tǒng)安全性帶來(lái)一定威脅。具體深度調(diào)峰操作時(shí)，電廠燃燒鍋爐中的設(shè)備管路外部容易出現(xiàn)高溫氧化情況，出現(xiàn)氧化皮，在經(jīng)歷一段時(shí)間后，氧化皮會(huì)逐漸脫落。為了將該類(lèi)問(wèn)題徹底避免，保證燃煤鍋爐運(yùn)行安全，工作人員需做好以下幾方面工作：第一，在實(shí)際燃煤鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，為了降低受熱面的受熱溫度，可以將燃燒火焰位置適當(dāng)降低，深度調(diào)峰時(shí)，維護(hù)蒸汽溫度的穩(wěn)定性，避免由于蒸汽溫度大范圍波動(dòng)，加速氧化皮的產(chǎn)生和剝落；第二，當(dāng)深度調(diào)峰工作開(kāi)始后，工作人員應(yīng)確保燃燒鍋爐水溫變化處于合理范圍內(nèi)，一旦波動(dòng)過(guò)大，同樣會(huì)引發(fā)氧化皮問(wèn)題；第三，為了降低燃煤鍋爐在吹灰時(shí)受熱面積過(guò)大，讓壁溫保持正常狀態(tài)下，人們需要合理選擇燃燒煤的種類(lèi)，重點(diǎn)關(guān)注其灰熔點(diǎn)。在鍋爐吹灰時(shí)，管理者應(yīng)做好提前準(zhǔn)備工作，合理控制受熱面溫度，降低氧化皮出現(xiàn)的可能性。

1.3 管壁溫度不均勻與易超溫

執(zhí)行深度調(diào)峰操作時(shí)，燃煤鍋爐可能很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，均會(huì)處于低負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行。此時(shí)，燃煤鍋爐內(nèi)部的汽壓同樣不高，水動(dòng)力受到很大限制，在這些原因的促使之下，燃煤鍋爐水冷壁上容易引發(fā)超溫問(wèn)題，再加上該階段的燃燒鍋爐吹灰次數(shù)比平時(shí)少很多，無(wú)法幫助鍋爐更好地調(diào)整燃燒過(guò)程，鍋爐壁管受熱不均問(wèn)題很難避免。為了合理解決該類(lèi)問(wèn)題，在鍋爐維修保養(yǎng)時(shí)，工作人員應(yīng)根據(jù)鍋爐運(yùn)行時(shí)所呈現(xiàn)出的管壁溫度特點(diǎn)，執(zhí)行合理的改造節(jié)流操作，讓管壁流量始終處于平衡狀態(tài)，避免在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)管壁溫度不合理等問(wèn)題。實(shí)際燃燒鍋爐在工作狀態(tài)下，管壁超溫現(xiàn)象大多集中在機(jī)組濕態(tài)向干態(tài)轉(zhuǎn)變的過(guò)程，為了進(jìn)行針對(duì)性改進(jìn)，相關(guān)工作人員首先要做的就是對(duì)燃燒工況進(jìn)行全面調(diào)整，避免出現(xiàn)壁溫?zé)崞?。其次，還要對(duì)燃燒鍋爐中的煤、水比例進(jìn)行合理設(shè)定，這也是避免管壁超溫問(wèn)題的最佳手段之一。

1.4 尾部煙道和尾部受熱面

由于鍋爐長(zhǎng)時(shí)間在低負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，內(nèi)部存在不完全燃燒情況，再加上煙氣流速不高，可燃物飛灰容易累計(jì)在對(duì)流煙道之中，其中還存在很多過(guò)剩氧，很容易引發(fā)二次燃燒問(wèn)題。從低負(fù)荷調(diào)峰過(guò)程中能夠看出負(fù)荷變化十分明顯，而且鍋爐排煙溫度以及尾部煙速波動(dòng)異常明顯，排煙溫度等參數(shù)也會(huì)跟著下降，加劇了尾部受熱面積灰等問(wèn)題。與此同時(shí)，低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)之下，燃燒鍋爐內(nèi)部空氣過(guò)量系數(shù)值也會(huì)提升，生成三氧化硫，提升鍋爐內(nèi)部空間的腐蝕性能力。冬季時(shí)，當(dāng)鍋爐處于低負(fù)荷狀態(tài)下，由于排煙溫度有限，更容易出現(xiàn)空氣預(yù)熱器堵塞等問(wèn)題，對(duì)整個(gè)火電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響。

2.超臨界大容量火電機(jī)組深度調(diào)峰對(duì)燃煤鍋爐經(jīng)濟(jì)性的影響

2.1 對(duì)鍋爐效率的影響

執(zhí)行深度調(diào)峰操作過(guò)程中，燃煤鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，此時(shí)，蒸汽溫度同樣不高，最終導(dǎo)致燃煤鍋爐運(yùn)行效率大幅下滑。在此種工作狀態(tài)之下，鍋爐內(nèi)部燃煤不能實(shí)現(xiàn)充分燃燒，無(wú)法為燃煤鍋爐提供充足動(dòng)力，受此影響，很多煙氣攜帶熱量流出設(shè)備之外。除此之外，由于燃煤鍋爐長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行，吹灰作業(yè)很難開(kāi)展，這同樣也會(huì)降低鍋爐工作效率。為了避免上述問(wèn)題，工作人員可以采取以下幾種策略：第一，根據(jù)設(shè)備的具體運(yùn)行情況，確保提升機(jī)組再熱溫度處于合理狀態(tài)之下，讓燃煤鍋爐蒸發(fā)量能夠得到提升，以此來(lái)緩解燃煤鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行壓力；第二，管理者可以根據(jù)鍋爐具體運(yùn)行狀態(tài)，保證對(duì)磨煤機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方式有一個(gè)合理設(shè)定，為后續(xù)工作開(kāi)展創(chuàng)造有利條件；第三，為了更好地維護(hù)燃煤鍋爐燃燒穩(wěn)定性，人們可以根據(jù)鍋爐運(yùn)行特點(diǎn)對(duì)各個(gè)階段加入的燃煤品種進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，在保證其充分燃燒同時(shí)消除各種因素的影響[2]。

2.2 對(duì)輔機(jī)的影響

在執(zhí)行超臨界到容量機(jī)組深度調(diào)峰過(guò)程中，整個(gè)發(fā)電廠的發(fā)電系統(tǒng)均處于低負(fù)荷工作狀態(tài)，此時(shí)，輔機(jī)的運(yùn)行也會(huì)出現(xiàn)低效率情況，與正常工況之間存在明顯偏差，長(zhǎng)此以往，不僅工作效率大幅下滑，還會(huì)增加燃煤消耗量。為此，在實(shí)際低負(fù)荷狀態(tài)之下，輔機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性不高，再加上鍋爐燃燒不充分，煙氣中夾雜大量燃燒介質(zhì)，增加了空氣預(yù)熱器被腐蝕、堵塞等風(fēng)險(xiǎn)概率，讓鍋爐很難處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。為了盡可能避免燃煤鍋爐出現(xiàn)上述問(wèn)題，保證輔機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量和效果，在具體深度調(diào)峰操作時(shí)，應(yīng)結(jié)合輔機(jī)運(yùn)行維護(hù)策略，讓輔機(jī)始終處于正常運(yùn)行狀態(tài)之下，為相關(guān)企業(yè)減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

2.3 主汽溫、再熱汽溫降低

當(dāng)鍋爐負(fù)荷持續(xù)降低之后，主汽溫、再熱汽溫同樣也會(huì)出現(xiàn)下降情況，無(wú)法滿足初期設(shè)計(jì)值要求，影響了燃煤鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。該過(guò)程中，如果能夠應(yīng)用變壓運(yùn)行手段，雖然能夠在較大負(fù)荷范圍內(nèi)維護(hù)汽溫穩(wěn)定，但在深度調(diào)峰工作正式開(kāi)展后，負(fù)荷會(huì)逐步降低，當(dāng)降低到一定數(shù)值之后，汽溫仍舊會(huì)隨著負(fù)荷的下降而下降，對(duì)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)帶來(lái)不利影響。為了避免該類(lèi)問(wèn)題出現(xiàn)，相關(guān)工作人員首先要做的就是提升過(guò)剩空氣系數(shù)。其次，在系統(tǒng)中加入上位燃燒器，并保證其運(yùn)行穩(wěn)定性。再次，控制好煤粉細(xì)度，避免出現(xiàn)煤粉細(xì)度過(guò)大問(wèn)題。最后，適當(dāng)提升對(duì)外供熱量，維護(hù)系統(tǒng)內(nèi)部的熱平衡。

3.超臨界大容量火電機(jī)組深度調(diào)峰對(duì)燃煤鍋爐環(huán)保性的影響

3.1 對(duì)除塵與脫硝的影響

深度調(diào)峰操作過(guò)程中，燃煤鍋爐所處的低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)時(shí)間較長(zhǎng)，此時(shí)，煙氣排放量大幅下降，伴隨著煙氣溫度的下降，除塵器工作效率提升幅度明顯，此時(shí)，如果煙氣溫度打不到合理狀態(tài)，便會(huì)影響除塵器工作，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致故障問(wèn)題出現(xiàn)。為了避免上述情況，工作人員需采取以下措施：第一，盡可能提升燃煤鍋爐內(nèi)部溫度，避免溫度過(guò)低引發(fā)的各種問(wèn)題；第二，對(duì)鍋爐內(nèi)部設(shè)備進(jìn)行合理改造，引進(jìn)更加先進(jìn)的裝置，避免煙道進(jìn)口位置的煙氣溫度變化幅度過(guò)大；第三，受煙氣溫度降低的影響，脫硝系統(tǒng)中的催化器工作效率大幅下降，有時(shí)還會(huì)因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)產(chǎn)物影響而生效，引發(fā)催化器擁堵問(wèn)題，改變?cè)械娘L(fēng)煙系統(tǒng)阻力。所以說(shuō)，為了確保低負(fù)荷狀態(tài)下系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，工作人員應(yīng)保證煙氣溫度始終處于合理狀態(tài)之下，避免脫硝系統(tǒng)出現(xiàn)變化[3]。

3.2 脫硫影響

由于燃煤鍋爐長(zhǎng)期處在低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，很多燃料無(wú)法充分燃燒，正因如此，該階段會(huì)出現(xiàn)很多硫化物。很多發(fā)電廠為了安全度過(guò)該階段會(huì)選擇投油穩(wěn)燃措施，雖然可以提升鍋爐的燃燒效率，但極有可能引發(fā)脫硫漿液中毒問(wèn)題，對(duì)整個(gè)脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生影響。因此，相關(guān)工作人員在具體脫硫漿液以及脫硫石膏分析中，應(yīng)盡可能提升重視程度，避免對(duì)其他工作產(chǎn)生影響。一般情況下，工作人員可以應(yīng)用以下措施，例如，保證燃燒鍋爐的燃燒條件，盡可能避免無(wú)油燃燒情況出現(xiàn)，保證整個(gè)鍋爐系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定。

4.針對(duì)深度調(diào)峰的運(yùn)行措施

為了讓機(jī)組在深度調(diào)峰過(guò)程中依舊處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)電企業(yè)和相關(guān)工作人員可以從以下幾方面著手：

4.1 鍋爐側(cè)運(yùn)行措施

首先，當(dāng)相關(guān)工作人員收到調(diào)度深度調(diào)峰預(yù)告時(shí)，應(yīng)在第一時(shí)間內(nèi)通知燃料運(yùn)行，明確深度調(diào)峰時(shí)間段，并在中下層磨煤機(jī)中加入合理的煤種，控制好煤的品質(zhì)，對(duì)于灰煤點(diǎn)以及揮發(fā)份控制，同樣需要滿足相關(guān)要求，確保鍋爐燃燒穩(wěn)定性；其次，提升油槍的可靠性。當(dāng)油槍處于最低穩(wěn)燃負(fù)荷以下，工作人員應(yīng)做好煤火檢查等工作，一旦發(fā)現(xiàn)主汽溫等參數(shù)出現(xiàn)異常應(yīng)在第一時(shí)間內(nèi)進(jìn)行修復(fù)，在保證穩(wěn)定燃燒的同時(shí)，盡可能讓燃油供油壓力處于最低狀態(tài)，避免出現(xiàn)太多浪費(fèi)情況；最后，在深度調(diào)峰過(guò)程中，要保證脫硝入口煙氣溫度穩(wěn)定，以空氣系數(shù)監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)，對(duì)二次風(fēng)旋流強(qiáng)度進(jìn)行充分控制，讓SCR入口溫度處于正常范圍內(nèi)。另外，在低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)之下，催化劑無(wú)法發(fā)揮出全部作用，此時(shí)，人們需要對(duì)氨的逃逸率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，避免出現(xiàn)堵塞等問(wèn)題。

4.2 汽機(jī)側(cè)運(yùn)行措施

如果機(jī)組負(fù)荷處于330MW以下，工作人員在監(jiān)督過(guò)程中，可以強(qiáng)化對(duì)汽泵再循環(huán)調(diào)閥動(dòng)作的關(guān)注度，定期降低打開(kāi)查看，了解給水流量的具體情況，如果出現(xiàn)波動(dòng)較大情況，工作人員應(yīng)對(duì)其進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，避免更多意外情況發(fā)生。當(dāng)機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，還要注重小機(jī)進(jìn)汽調(diào)門(mén)開(kāi)度監(jiān)測(cè)，維護(hù)小機(jī)轉(zhuǎn)速處于合理狀態(tài)。除了上述內(nèi)容之外，工作人員還要重點(diǎn)關(guān)注輔汽聯(lián)箱壓力情況，并保證溫度正常。為了保證該效果，值班人員應(yīng)做好除氧器、凝汽器等裝置的水位監(jiān)視工作，及時(shí)了解汽輪機(jī)軸承振動(dòng)、軸向位移等參數(shù)。還要根據(jù)低壓脹差變化情況，調(diào)整好低壓軸封溫度，避免對(duì)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)帶來(lái)新的問(wèn)題。另外，深度調(diào)峰時(shí)，還要做好四軸壓力以及進(jìn)汽閥開(kāi)度調(diào)整，如果開(kāi)度偏大，應(yīng)及時(shí)將小機(jī)用汽改換到輔汽供汽狀態(tài)[4]。

4.3 電氣側(cè)運(yùn)行措施

首先，機(jī)組在深度調(diào)峰操作過(guò)程中，值班人員應(yīng)做好AVC監(jiān)視工作，尤其是對(duì)于發(fā)電功率低于240MW的發(fā)電機(jī)，其AVC裝置應(yīng)保證閉鎖調(diào)節(jié)功能始終處于可靠狀態(tài)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的運(yùn)行方式為自動(dòng)“恒壓”。當(dāng)負(fù)荷處于最低狀態(tài)時(shí)，電壓會(huì)超過(guò)曲線上限，此時(shí)，AVC需要立即停止工作，并根據(jù)實(shí)際情況做好發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)整。當(dāng)發(fā)電機(jī)處于進(jìn)相運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，為了保證電壓數(shù)值處于合理范圍，工作人員應(yīng)時(shí)刻了解電機(jī)電流情況，避免出現(xiàn)電機(jī)電流過(guò)大，影響相關(guān)設(shè)備的正常工作。如果發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，甚至超過(guò)6h，工作人員應(yīng)及時(shí)向上級(jí)部門(mén)匯報(bào)。其次，當(dāng)發(fā)電機(jī)工作頻率處于50Hz狀態(tài)時(shí)，實(shí)際偏差范圍應(yīng)處于±0.1Hz內(nèi)。對(duì)于機(jī)組所呈現(xiàn)出的有功出力，同樣也要滿足負(fù)荷調(diào)度曲線以及調(diào)度命令要求。

5.結(jié)論

實(shí)際深度調(diào)峰工作執(zhí)行時(shí)，火電廠中的燃煤鍋爐運(yùn)行負(fù)荷較低，此種情況下進(jìn)行超臨界大容量發(fā)電機(jī)組深度調(diào)峰，管理者要充分了解發(fā)電系統(tǒng)的具體情況，明確燃煤鍋爐最大承受力。之后，工作人員可以根據(jù)具體情況制訂行之有效的應(yīng)對(duì)措施，在確保機(jī)組安全運(yùn)行同時(shí)讓深度調(diào)峰需求得到滿足。