深度調(diào)峰時(shí)火電機(jī)組安全運(yùn)行的相關(guān)問題分析

胡嘉立

國(guó)能浙江北侖第一發(fā)電有限公司，浙江寧波，315800

0 引言

近些年，由于特高壓交流電、直流電的大規(guī)模使用及風(fēng)電、光伏這些清潔能源大規(guī)模接入電網(wǎng)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了巨大改變，再加上我國(guó)目前用電結(jié)構(gòu)變化，電網(wǎng)中峰谷差越來越大，火電機(jī)組所面臨的調(diào)峰任務(wù)越來越嚴(yán)峻，新的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)調(diào)度的方式提出了挑戰(zhàn)，尤其是電網(wǎng)在低負(fù)荷運(yùn)行期間，為消納新能源以及特高壓輸電量，對(duì)于火電機(jī)組的調(diào)峰能力有了新的要求。在此背景下，在深度調(diào)峰過程中，保證火電機(jī)組的安全運(yùn)行已經(jīng)成了目前亟待解決的問題。下文對(duì)深度調(diào)峰狀態(tài)下，火電機(jī)組運(yùn)行過程中所面臨的安全運(yùn)行問題進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1 深度調(diào)峰時(shí)火電機(jī)組安全運(yùn)行問題

1.1 爐內(nèi)受熱面安全問題

在深度調(diào)峰狀態(tài)下，火電機(jī)組處于低負(fù)荷燃燒狀態(tài)下，這便會(huì)出現(xiàn)煤量和返灰之間的投入不均衡，直接影響到換熱管道的受熱，進(jìn)而使得換熱管道局部升溫，整體受熱不均，最終導(dǎo)致爐內(nèi)管壁過熱，如果長(zhǎng)時(shí)間處于這種狀態(tài)下，便會(huì)增加爆管的概率。而且鍋爐爐內(nèi)在長(zhǎng)時(shí)間的低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，其排煙溫度會(huì)逐漸下降，這便增加了換熱管道尾部出現(xiàn)低溫腐蝕的概率。對(duì)于鍋爐內(nèi)部工質(zhì)來說，在低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，其蒸汽流量不高，那么必然會(huì)使得其汽水流程中管壁內(nèi)的流量存在較大偏差，進(jìn)而出現(xiàn)換熱不均勻，導(dǎo)致局部溫度過高，進(jìn)一步增加其出現(xiàn)爆管現(xiàn)象的概率。最后，在深度調(diào)峰狀態(tài)下，為保證火電機(jī)組爐內(nèi)燃燒的穩(wěn)定，其中空氣動(dòng)力場(chǎng)通常不會(huì)處在最佳狀態(tài)，然而上述中煙氣流量低的問題，會(huì)使?fàn)t內(nèi)火焰充滿度下降，這便導(dǎo)致?lián)Q氣部分的煙氣偏差加大，使其爐內(nèi)壁溫差加大。而煙氣運(yùn)輸速度下降，更易在水平方向的煙道出現(xiàn)煙氣積灰，當(dāng)積灰數(shù)量達(dá)到一定程度，不但會(huì)影響到火電機(jī)組鍋爐的產(chǎn)熱效果，還會(huì)使得內(nèi)部受熱面壁溫差進(jìn)一步增大，甚至出現(xiàn)大幅度超溫現(xiàn)象，另外，在爐膛負(fù)壓的震動(dòng)之下，很容易使得積灰出現(xiàn)垮塌現(xiàn)象，當(dāng)積灰垮塌時(shí)，很可能會(huì)造成鍋爐滅火[1]。

1.2 直流爐水動(dòng)力方面安全運(yùn)行問題

如果火電機(jī)組使用的是亞臨界汽包爐，通常會(huì)不存在水動(dòng)力方面的安全運(yùn)行問題，只需要在深度調(diào)峰，其負(fù)荷變化的過程中著重注意其水循環(huán)的穩(wěn)定程度就可以。在亞臨界汽包爐水循環(huán)過程中只需要控制好汽包水位以及汽包內(nèi)部周圍的溫度差就可以有效保證鍋筒的安全運(yùn)行。但其中值得注意的是如果在深度調(diào)峰過程中其負(fù)荷變化速度較快，很容易導(dǎo)致鍋爐中的省煤器汽化。

對(duì)于超臨界直流爐來說，在深度調(diào)峰狀態(tài)下，尤其是火電機(jī)組整體負(fù)荷在30%左右時(shí)，在省煤器入口處的水流量已經(jīng)無限接近于其保護(hù)定值，這便意味著鍋爐內(nèi)部的水動(dòng)力情況急劇惡化，很可能會(huì)因?yàn)榫植渴軣釓亩鴮?dǎo)致爆管。另一方面，由于在此狀態(tài)下鍋爐會(huì)受到磨煤機(jī)投運(yùn)組合關(guān)系的影響，會(huì)使得鍋爐內(nèi)部熱流密度明顯增加，這便進(jìn)一步增加了管壁的溫差。

1.3 脫硝裝置投入方面的安全運(yùn)行問題

在火電機(jī)組鍋爐啟?；蛘咴谪?fù)荷較低的情況之下，由于鍋爐中脫硝裝置入口處煙氣溫度不高，其硫酸氫氨會(huì)沉積在催化劑或者在下游位置的其他設(shè)備表面上，這便導(dǎo)致催化劑活性迅速下降，最終使得相關(guān)設(shè)備出現(xiàn)堵塞情況，影響到其安全運(yùn)行?？偟膩碚f，在深度調(diào)峰狀態(tài)下，通常在火電機(jī)組鍋爐中的脫硝裝置會(huì)存在無法投入的情況，這便影響到了火電機(jī)組的環(huán)保以及安全運(yùn)行。并且當(dāng)負(fù)荷低于40%時(shí)，鍋爐內(nèi)風(fēng)速會(huì)進(jìn)一步加大，使得火焰剛度過大，這就意味著對(duì)墻方向的水冷壁結(jié)焦情況會(huì)加深，并且在當(dāng)風(fēng)速加大后再次降低時(shí)，很容易會(huì)引起中心風(fēng)筒出現(xiàn)積灰的情況，導(dǎo)致冷卻風(fēng)量不夠，難以控制氮氧化合物的生成[2]。

1.4 燃燒器以及制粉系統(tǒng)之間的配合問題

當(dāng)火電機(jī)組在深度調(diào)峰狀態(tài)下時(shí)，其目標(biāo)是將負(fù)荷降低到保證火電機(jī)組能夠安全運(yùn)行的最小負(fù)荷，所以在此過程中制粉系統(tǒng)的安全問題極為重要。然而當(dāng)前火電機(jī)組燃燒器和制粉系統(tǒng)在深度調(diào)峰狀態(tài)下時(shí)存在很多會(huì)影響到系統(tǒng)安全運(yùn)行的問題，比如運(yùn)行環(huán)境較為惡劣、故障率持續(xù)不斷升高、對(duì)其進(jìn)行控制難度較大、自動(dòng)化程度較低等，這些都是燃燒器和制粉系統(tǒng)之間配合度不高的原因。當(dāng)兩者配合度不高時(shí)，便會(huì)對(duì)火電機(jī)組整體的安全運(yùn)行造成影響。

1.5 給水泵的安全運(yùn)行問題

在深度調(diào)峰狀態(tài)下，火電機(jī)組中給水泵會(huì)降低自身的給水流量，在此條件下，給水泵自身的運(yùn)行很容易就會(huì)超出安全工作區(qū)，這便會(huì)導(dǎo)致水流量波動(dòng)較大，給水泵的安全運(yùn)行造成極大的影響。

2 提高深度調(diào)峰是火電機(jī)組安全運(yùn)行的有效途徑

2.1 爐內(nèi)受熱面安全運(yùn)行策略

當(dāng)火電機(jī)組處于深度調(diào)峰狀態(tài)下的時(shí)候，其負(fù)荷較低，此時(shí)就需要工作人員對(duì)爐內(nèi)受熱面所能承受的壁溫安全性進(jìn)行重新核算，對(duì)其拉裂危險(xiǎn)程度進(jìn)行評(píng)估。而且隨著火電機(jī)組整體負(fù)荷程度降低，其受熱面附近的工質(zhì)側(cè)或者煙氣側(cè)會(huì)逐漸加大偏差，這便使得爐內(nèi)部分受熱面的溫度升高，使其溫差加大，對(duì)于此種情況，需要在保證受熱面周圍溫度安全性的情況下，對(duì)壁溫報(bào)警系統(tǒng)重新進(jìn)行優(yōu)化，而在此種負(fù)荷較低情況下的報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置應(yīng)當(dāng)考慮爐內(nèi)中整體壓力以及溫度的變化，對(duì)其報(bào)警系統(tǒng)的功能進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整或增加，從而實(shí)現(xiàn)超前調(diào)節(jié)爐內(nèi)溫度的目的。針對(duì)水平方向煙氣通道積灰的情況，工作人員可以定時(shí)增加煙氣通道中的風(fēng)速，并且在風(fēng)速發(fā)生變化時(shí)，對(duì)煙氣積灰情況進(jìn)行檢查，當(dāng)積灰達(dá)到一定程度時(shí)，再根據(jù)相應(yīng)規(guī)章制度采取對(duì)應(yīng)措施，盡可能減少積灰在負(fù)壓振動(dòng)情況下出現(xiàn)垮塌的概率。

2.2 直流爐水動(dòng)力安全運(yùn)行策略

由于亞臨界汽包爐在深度調(diào)峰狀態(tài)下通常不會(huì)出現(xiàn)安全運(yùn)行方面問題，下文就簡(jiǎn)要說明對(duì)于超臨界直流爐在深度調(diào)峰狀態(tài)下的安全運(yùn)行策略。

為盡可能提高火電機(jī)組直流爐水動(dòng)力安全運(yùn)行性能，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)從三方面入手，一是以深度調(diào)峰狀態(tài)下直流爐水動(dòng)力的實(shí)際工況為主，對(duì)其水動(dòng)力停滯以及循環(huán)水速進(jìn)行重新核算，盡量使其達(dá)到動(dòng)態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)下，以此種方式來確保爐內(nèi)受熱面始終保持在一個(gè)可靠溫度下。再根據(jù)整體汽水系統(tǒng)所受到的壓力，核算出其壓力損耗，從而選擇合適的水泵壓頭。二是工作人員要著重關(guān)注直流爐中分離器工質(zhì)的過熱程度，當(dāng)處在深度調(diào)峰狀態(tài)下時(shí)，其負(fù)荷會(huì)出現(xiàn)快速變化，這就需要平衡給水和投入燃料的速度，從而始終保持在合適的燃水比之中。三是加強(qiáng)對(duì)省煤器的檢查力度，從而避免省煤器裝置的入口區(qū)域中的工質(zhì)出現(xiàn)汽化的情況。為最大程度降低汽機(jī)的熱損耗，通常會(huì)將給水溫度調(diào)高，而在負(fù)荷快速變化過程中由于爐內(nèi)壓力的變化，就會(huì)大幅度增加省煤器裝置入口區(qū)域中工質(zhì)出現(xiàn)汽化的可能性，所以，從此角度來看，就需要對(duì)給水的溫度以及爐內(nèi)的壓力進(jìn)行嚴(yán)格控制[3]。

2.3 脫硝裝置安全運(yùn)行策略

在深度調(diào)峰狀態(tài)下，火電機(jī)組鍋爐中脫硝裝置出現(xiàn)安全運(yùn)行問題就會(huì)影響到整個(gè)火電機(jī)組的環(huán)保情況，所以，保證脫硝裝置的安全運(yùn)行是較為關(guān)鍵的。所以相關(guān)工作人員要加深對(duì)其的研究力度。在火電機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，使脫硝裝置安全運(yùn)行需要從脫硝裝置入口區(qū)域的煙氣溫度入手，再增強(qiáng)其寬溫催化器自身的寬負(fù)荷脫硝技術(shù)，當(dāng)前較為常用的辦法有四種。一是將脫硫裝置中的省煤器進(jìn)行分級(jí)布置。二是增加脫硫裝置尾部的煙氣旁路。三是增加脫硫裝置中省煤器所具備的工質(zhì)旁路。四是將鍋爐內(nèi)的熱水循環(huán)至脫硫裝置中省煤器的入口處。上述這四種方法都會(huì)在一定程度上提高煙氣溫度，當(dāng)煙氣溫度提高后就可以有效避免脫硫裝置中催化劑活性下降出現(xiàn)的問題。

2.4 加強(qiáng)燃燒器和制粉系統(tǒng)的配合度

在深度調(diào)峰狀態(tài)下，火電機(jī)組鍋爐中的燃燒器和制粉系統(tǒng)兩者的配合度直接影響著整個(gè)火電機(jī)組的安全運(yùn)行。針對(duì)上文中提到兩者中目前存在的問題，相關(guān)管理人員可以從六個(gè)方面入手提高其安全運(yùn)行性能。

第一，由于在鍋爐中投入煤質(zhì)的實(shí)際情況和設(shè)計(jì)煤質(zhì)的情況有所偏移，所以原本的原磨方式便不再適用深度調(diào)峰狀態(tài)下的制粉系統(tǒng)，所以就會(huì)導(dǎo)致磨損震動(dòng)，處理不足以及爆燃的情況。針對(duì)此問題，要對(duì)鍋爐中經(jīng)常使用的幾種煤質(zhì)結(jié)合火電機(jī)組中制粉系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行特性試驗(yàn)，從而盡可能掌握不同煤質(zhì)對(duì)于磨運(yùn)動(dòng)的影響，再以此數(shù)據(jù)為依據(jù)指導(dǎo)燃燒器以及制粉系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

第二，對(duì)于煤質(zhì)多變的情況，目前表盤暫時(shí)沒有有效的監(jiān)測(cè)手段，對(duì)于在線監(jiān)測(cè)或者對(duì)風(fēng)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)則結(jié)果都存在很大誤差，這便使得工作人員很難進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，針對(duì)此種情況，可以在其中安裝風(fēng)粉在線監(jiān)測(cè)以及風(fēng)量監(jiān)測(cè)裝置，將兩種裝置結(jié)合進(jìn)行使用，工作人員再將兩種系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合后，對(duì)其做出調(diào)整。

第三，如果在鍋爐中摻入煤泥的比例過高，很容易導(dǎo)致煤機(jī)出現(xiàn)斷煤頻繁的現(xiàn)象，這便很可能導(dǎo)致火電機(jī)組的負(fù)荷快速下降。所以，為最大限度使其穩(wěn)燃，工作人員需要根據(jù)實(shí)際情況開展摻燒煤泥比例試驗(yàn)，確保投入燃燒的煤泥比例完全安全，從而保障制粉系統(tǒng)始終處于安全運(yùn)行的狀態(tài)之下[4]。

第四，為降低風(fēng)粉偏差導(dǎo)致的燃燒不穩(wěn)，工作人員要著重注意制粉系統(tǒng)和燃燒器中的堵管情況，并對(duì)爐內(nèi)整體流場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化，如果有必要還要對(duì)煤粉分配器進(jìn)行改造，以此種方式來提高燃燒器以及制粉系統(tǒng)的負(fù)荷分配穩(wěn)定性以及均勻性，雖然上述辦法可以有效減少堵管情況的出現(xiàn)，但是對(duì)于燃燒不穩(wěn)的情況并沒有改善，所以在此基礎(chǔ)上，對(duì)燃燒部分的氧化氮類化合物排放大幅度波動(dòng)的情況進(jìn)行智能控制，只有氧化氮類化合物排放規(guī)律，才能最大限度保障燃燒器燃燒的穩(wěn)定性。

第五，盡可能提高粗粉、細(xì)粉分離器的效率，對(duì)于粗粉來說，應(yīng)當(dāng)擴(kuò)大煤粉細(xì)度的可調(diào)節(jié)范圍，盡可能使得煤粉處于均勻狀態(tài)下，這就需要工作人員根據(jù)實(shí)際情況對(duì)煤粉分配器進(jìn)行改造。對(duì)于細(xì)分來說，應(yīng)當(dāng)從增效、穩(wěn)定燃燒以及降低氧化氮化合物排放的角度出發(fā)，對(duì)細(xì)分分離器進(jìn)行優(yōu)化。

第六，工作人員應(yīng)當(dāng)以改善制粉系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)的堵灰、磨穿情況為目的，盡可能加長(zhǎng)直管道，將鍋爐內(nèi)溫度場(chǎng)和風(fēng)速場(chǎng)始終保持在一個(gè)均勻狀態(tài)下，從而達(dá)到提高磨入口風(fēng)量準(zhǔn)確度以及線性度的目的。

通過對(duì)上述六個(gè)方面的優(yōu)化，可以有效提升燃燒器和制粉系統(tǒng)之間的配合度，從而為處于深度調(diào)峰狀態(tài)下的火電機(jī)組的安全運(yùn)行打下良好基礎(chǔ)[5]。

2.5 風(fēng)機(jī)方面的安全運(yùn)行策略

在深度調(diào)峰狀態(tài)下，火電機(jī)組中的風(fēng)機(jī)很容易出現(xiàn)失速和喘振的問題，這對(duì)于火電機(jī)組的安全運(yùn)行產(chǎn)生了一定影響。針對(duì)此種情況，工作人員可以對(duì)烽煙系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)以及其輔助設(shè)備進(jìn)行改造升級(jí)，從而增加風(fēng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，減少失速和喘振情況的出現(xiàn)。對(duì)于風(fēng)機(jī)方面的優(yōu)化和改造可以從下列幾方面入手。

第一，對(duì)于風(fēng)機(jī)進(jìn)出口那些不合理的管道布置形式進(jìn)行更改，以火電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行需求為基礎(chǔ)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，另外還要對(duì)煙風(fēng)管道整體進(jìn)行改造。

第二，嚴(yán)格控制風(fēng)煙系統(tǒng)中風(fēng)煙管道存在的阻力以及風(fēng)機(jī)進(jìn)口處進(jìn)入的風(fēng)量，在條件允許的情況下還可以使用變頻控制或者小汽機(jī)驅(qū)動(dòng)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。

第三，在優(yōu)化改造風(fēng)機(jī)過程中盡可能保證風(fēng)機(jī)本體位置不發(fā)生移動(dòng)，只對(duì)其配套設(shè)備進(jìn)行改造和位置的挪動(dòng)，對(duì)于風(fēng)機(jī)本身的改動(dòng)僅限于降速和對(duì)風(fēng)機(jī)葉輪和葉片的改造和優(yōu)化。

2.6 給水泵的安全運(yùn)行策略

對(duì)于給水泵在深度調(diào)節(jié)狀態(tài)下所遇到的安全運(yùn)行方面的問題，工作人員可以有針對(duì)性地對(duì)給水泵的控制方式進(jìn)行優(yōu)化，從而提高其在火電機(jī)組中的適應(yīng)性。對(duì)于配置汽動(dòng)給水泵的火電機(jī)組，為防止低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下出現(xiàn)的超出工作區(qū)運(yùn)行的情況，要對(duì)汽動(dòng)給水泵的流量監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，相關(guān)工作人員可以從下述幾個(gè)方面入手。

第一，在汽動(dòng)給水泵的入口區(qū)域進(jìn)行流量閉環(huán)控制，在實(shí)際操作中，此方法需要工作人員在給水泵入口區(qū)域來對(duì)安全流量閾值進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)火電機(jī)組在深度調(diào)峰狀態(tài)下時(shí)，其給水量低于這個(gè)安全流量閾值時(shí)，其最小流量閥就會(huì)緩慢開啟，另外，還要在此基礎(chǔ)之上設(shè)置一個(gè)優(yōu)先級(jí)為最高的超馳回路，這樣一來，便保證在低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，其給水量低于安全流量閾值時(shí)，可以快速開通閥門，從而以此種方式保證給水泵的安全運(yùn)行，從而保障整個(gè)火電機(jī)組的安全運(yùn)行。

第二，是在啟動(dòng)給水泵的入口區(qū)域進(jìn)行流量開環(huán)控制，在實(shí)際操作中，此方法需要工作人員給水泵入口區(qū)域的最小流量閥插入開環(huán)線性的插值函數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)給水流量的控制需要在其上升過程以及下降過程中分別插入兩套函數(shù)，從而以此種方式避免控制過程出現(xiàn)死區(qū)。另一方面，在此辦法中還是需要設(shè)置一個(gè)優(yōu)先級(jí)為最高的超馳回路，確保其給水量低于安全流量閾值時(shí)，快速開通閥門，從而保障火電機(jī)組的安全運(yùn)行。

總的來說，無論是使用流量閉環(huán)控制還是使用流量開環(huán)控制，都能夠?qū)o水泵的給水量進(jìn)行有效控制，這便實(shí)現(xiàn)了給火電機(jī)組穩(wěn)定供水的目的，有效提升了深度調(diào)峰狀態(tài)下整個(gè)火電機(jī)組的安全運(yùn)行性能。

2.7 凝結(jié)水泵方面的安全運(yùn)行策略

在深度調(diào)峰狀態(tài)下，火電機(jī)組中給水泵相關(guān)設(shè)備中凝結(jié)水泵也是較為重要的一環(huán)。針對(duì)凝結(jié)水泵，也要在入口區(qū)域采用流量的開環(huán)控制或者是閉環(huán)控制，但對(duì)于那些有變頻功能的凝結(jié)水泵，還要注意其在低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下其變頻裝置所能控制的范圍，對(duì)其變頻線型度和火電機(jī)組的實(shí)際情況進(jìn)行綜合考量，再對(duì)其進(jìn)行改造和優(yōu)化，工作人員可以通過信息化系統(tǒng)對(duì)其除氧器水位以及水壓力進(jìn)行自動(dòng)化控制，從而使其滿足火電機(jī)組的安全運(yùn)行要求。

3 結(jié)語

綜上所述，由于我國(guó)目前經(jīng)濟(jì)發(fā)展極為快速，人們的用電需求和電網(wǎng)供電結(jié)構(gòu)都發(fā)生了較大改變，為保障人們的用電需求，開展深度調(diào)峰工作是十分必要的，而保證火電機(jī)組的安全運(yùn)行是開展深度調(diào)峰工作的首要前提，本文中簡(jiǎn)要說明了火電機(jī)組在深度調(diào)峰狀態(tài)下所面臨的問題，并根據(jù)實(shí)際情況提出了解決策略，詳細(xì)說明了火電機(jī)組中爐內(nèi)受熱面、直流爐水動(dòng)力、脫硝裝置、燃燒器以及制粉系統(tǒng)、給水泵方面的安全運(yùn)行策略，相關(guān)人員可以以此為參考提高深度調(diào)峰狀態(tài)下火電機(jī)組的安全運(yùn)行性能。