600MW亚临界“W”型锅炉深度调峰技术研究

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  【摘 要】随着电力市场供需关系的急剧转变,为适应电网需求,火力发电厂也面临着许多新的挑战。本文以贵州黔东电力有限公司600MW亚临界“W”型锅炉深度调峰技术作为研究对象,针对深度调峰的各种工况开展讨论,并从各个阶段的准备和实施加以解析,希望此研究能为同类机组操作人员带来一定启发。
  【关键词】深度调峰;节油;安全
  引言
  贵州黔东电力有限公司(以下简称黔东电厂)坐落于黔东南州镇远县黔东经济开发区,其地理位置临近湖南省新晃县,#1/2发电机出口由主变升压至500kV后经艳山红变电站输送至华中电网向湖南省境内湘西及中部供电。因输电线路通道受限和湖南电网结构特性,导致峰谷负荷偏差较大,机组运行期间深度调峰已趋于常态化,2018年度双机累计深度调峰148台/次,启停调峰4台/次。随着电力市场供需关系变化,西电东输政策稳步实施,黔东电厂的机组调峰频次只会有增无减,并有由夜间调峰发展至白天、深度调峰发展到启停调峰的趋势,至此对机组安全和运行调整难度提出了更高要求。
  深度调峰泛指火力发电厂所带负荷低于机组设计的最低稳燃负荷,目前我国火电厂最低稳燃负荷设计值一般在50%额定负荷左右。当调度下达的负荷指令曲线低于机组的最低稳燃负荷,机组即进入深度调峰工况。深度调峰过程中机组运行参数较设计值偏差大,炉膛热负荷维持在较低水平,抗扰动能力差,如操作调整不当或参数控制不稳,极易导致锅炉灭火事故发生。为了保证炉膛燃烧安全,大多数火电企业会采用投油稳燃的方法,有的炉型安装有等离子点火装置,会投运该装置进行稳燃,以达到保障炉膛燃烧安全的目的。
  1 概述
  黔东电厂锅炉采用的是由东方锅炉厂引进福斯特·惠勒公司技术设计制造,型号:DG2028/17.45-Ⅱ3,型式:亚临界压力,一次中间再热自然循环,双拱形单炉膛,“W”型火焰燃烧方式汽包炉;尾部双烟道结构,采用烟气挡板调节再热汽温;固态排渣,全钢、全悬吊结构,平衡通风,露天布置;在省煤器出口与空预器入口之间布置有脱硝SCR反应器,SCR催化剂预留一层为2+1结构,催化剂型式为蜂窝式;配有双进双出磨煤机正压直吹式制粉系统,配浓缩型双旋流燃烧器;锅炉尾部竖井烟道下设置2台三分仓容克式空预器,适用于无烟煤的燃烧,在燃用平均挥发份11-15%,全水分不大于8%的煤种时,最低稳燃负荷不大于额定负荷的45%。
  1.1黔东电厂锅炉燃烧系统组成:
  1.1.1 制粉系统:
  每台锅炉制粉系统配备6套双进双出钢球磨正压直吹式制粉系统,分别在1号锅炉1B、1D、1E磨煤机;2号锅炉2C、2E、2F磨煤机驱动端与非驱动端进口一次风管道处各安装一只自动启闭式防爆门。每套系统由1台双进双出磨煤机、2台电子称重给煤机、2台煤粉分离器、6只煤粉燃烧器及相应的连接管道、控制风门和相关传感器组成。
  1.1.2 煤粉燃烧器:
  煤粉燃烧设备采用双拱绝热炉膛、双旋风煤粉燃烧器,在锅炉下炉膛前、后拱上各18支燃烧器,共有36支,所有煤粉燃烧器沿长边前后墙对冲方式布置在同一水平面上(见附图1)。
  1.1.3 油燃烧器:
  每支煤粉燃烧器配置1支高效气体爆炸雾化QS500油枪,共36支,油枪出力在150~600kg/h范围内可调整,油枪的使用油压为0.3~0.8MPa,雾化气采用压缩空气为气源,气压≥0.5MPa,油枪使用燃料为0号轻柴油。
  1.2 深度调峰过程中影响燃烧稳定性的因素分析:
  黔东电厂锅炉炉膛长42米、宽8米,所有燃烧器水平布置在同一个水平面上,煤粉气流的稳燃主要依靠左右、前后墙相邻火嘴提供。单个粉管虽配有双旋风煤粉燃烧器形成两个喷口起到相互引燃作用,但机组深度调峰期间随着煤粉浓度及炉膛温度的降低,使单个燃烧器运行的稳定性急剧变差,实际燃烧调整过程中需要几个不同的火嘴组合,沿炉膛长边方向形成多个高温稳燃区,实现炉内热量分布均匀,煤粉气流着火稳定,锅炉两侧汽温偏差小的目的。
  燃烧辅助调节机构,如:二次风A/B/D/E挡板、乏气风、消旋叶片因维护困难现已停止使用,改为手动挡板、固定开度只针对冬/夏两季工况进行针对性调整,这里不再阐述,如果复用,对调节余量还将有较大挖掘潜力。
  影响调峰负荷深度的主要参数:炉膛出口烟气温度、全大屏过热器管壁金属温度、煤燃烧器火检信号强度、一、二次热风温度、运行磨煤机出口风粉温度、运行磨煤机容量风开度、运行磨煤机停运煤火嘴数量、炉膛负压波动情况、SCR反应器入口烟气温度、SCR反应器入口Nox浓度。总结上述参数在历次调峰过程中的读数,反复比较可以得出锅炉的安全运行的负荷区间,为是否需要投油稳燃提供参考依据。
  2 深度调峰工况的实施:
  2.1 深度调峰前的准备:
  2.1.1 提前8小时联系输煤向原煤仓上高揮发份煤种,确保机组深度调峰期间能烧到。
  2.1.2 调峰前合理安排磨煤机运行方式,确保低负荷阶段挥发分相对较高的磨煤机运行。
  2.1.3 根据计划负荷曲线确定合理的吹灰方式。
  2.1.4 联系检修消除影响锅炉深度调峰工况运行的缺陷。
  2.1.5 切换磨煤机运行,将磨煤机运行方式调整到最佳。
  2.1.6 调整磨煤机分离器开度,降低磨煤机出力的同时能保证足够的煤粉浓度及细度。
  2.1.7 停运省煤器声波吹灰器,提高SCR反应器入口烟气温度。
  2.1.8 安排专人监视调整汽包水位及主汽温度。
  2.2 降负荷至300MW:
  2.2.1 根据调度AGC指令或计划负荷曲线降负荷至300MW,待参数稳定后对记录当前工况各参数值,对比最低稳燃试验中各项参数或近期深度调峰时各参数,分析得出本次调峰不投油稳燃负荷大致区间。   2.2.2 控制主蒸汽压力至滑压曲线靠下限运行,便于后期进一步降低机组负荷。
  2.2.3 对空预器吹灰系统暖管疏水,检查空预器吹灰系统良好备用,负荷低于300MW或投油期间投入连续吹灰。
  2.2.4 全开热二次风再循环门,提高二次风温。
  2.3 深度调峰负荷区间270-300MW:
  2.3.1 机组白天最高负荷低于机组容量500MW,或前一日已经进行调峰或连日都有调峰记录,即预判为夜间需要继续深度调峰,并按该方式进行准备。白班联系输煤暂停两个原煤仓的加仓,并对上述原煤仓安排进行降仓工作,确保腾出100吨以上容积以便添加高挥发份煤种(单侧原煤仓按料位不超过裤衩位控制,估算容积为150吨),优先选用两台安装防爆门的磨煤机(#1炉1B、1D、1E;#2炉2C、2E、2F)单侧加仓高挥发份煤种。根据SCR入口烟温及机组负荷情况,确定锅炉吹灰方式(锅炉吹灰方式分三种,分别对应高、中、低负荷使用)。晚班机组计划负荷下达后,值长根据实际情况确定对降仓的单侧原煤仓加高挥发分的煤种,加仓量根据调峰深度和时长进行确定。机组深度调峰期间,根据燃烧情况,对燃烧器运行方式及配风方式进行调整,保证锅炉在较保守安全的工况下运行。
  2.3.2 机组负荷270-300MW,应采用四台磨煤机运行方式,依据锅炉特性不同:#1炉尽量保持B/E运行,#2炉可保留磨煤机出口温度较高的进行组合搭配。根据调度令退出AGC,将机组控制方式保持在“协调模式”下,根据磨煤机出力及出口温度及时关小磨煤机分离器挡板(最小可关至20%),逐渐个停运煤燃烧器,停运数量达到4只或以上时检查主汽压力开始下降,手动降低负荷至调度下达的目标值。根据实际情况,优化燃烧器运行方式、配风方式、制粉系统出力及二次风挡板,监视炉膛出口两侧温度稳定在安全范围(#1炉800±20℃、#2炉750±20℃)。
  2.4 深度调峰负荷区间240-270MW:
  2.4.1 如调峰深度达240MW,#1炉必须保持B/E磨运行,#2炉需确保运行磨煤机出口温度均在90℃以上,否则需提前投油稳燃。
  2.4.2 进一步停运煤燃烧器(最多到6只),设定一次风机出口风压至最低6.6kpa,调整运行磨煤机分离器压力至最低3.0kpa。停运燃烧器前,要考虑燃烧器的分布情况、该燃烧器所处区域热负荷强度,确保燃烧器停运后不会影响燃烧稳定,否则,该区域先投油,后停运燃烧器,待燃烧工况好转后,根据实际情况减少油枪运行数量,降低深度调峰耗油。
  2.4.3 深度调峰过程中如配煤和燃烧调整得当,在250MW以上都无需投运油枪,在燃用煤挥发份15%以上,全水分6%以下煤种时,甚至可以达到降负荷至240MW仍无需投油。
  2.4.4 机组深度调峰期间燃烧恶化或稳定性下降时,需要投运油枪或继续增投油枪的条件:煤火检局部强度减弱或某个火检消失(用SIS系统做为辅助监视手段);火焰电视亮度减弱或局部闪烁;锅炉氧量上升(风煤比未做调整的情况下出现上升);屏过管壁金属温度下降(测点各温度出现连片下降,且有低于380℃的趋势);炉膛出口温度持续下降(#1炉降至750℃、#2炉降至700℃);SCR反应器入口烟气Nox浓度值上涨超过100mg/m3仍有上升趋势时。注意以上6种情况出现任意2种,应立即投入油枪稳燃,停止降负荷,适当增加燃料量提高煤粉浓度,如已有油枪在运行,则应继续增加2-3支油枪稳燃。
  2.4.5 油枪投入位置选择:油枪运行数量≥3支时优先确保有一个“油层在服务”条件满足;优先选择出力较大、运行火嘴数量多且火检信号饱满的一台磨煤机投油;投油位置优先选择两个火嘴并列且前后墙有对冲运行的煤燃烧器;汽包水位两侧出现偏差时优先在水位高一侧投油;单个煤火检信号强度差时,投入该火嘴对应油枪;优先在“2.4.3”中列举条件变差位置投油。
  2.5 深度调峰至240MW以下:
  如原煤热值较高,四台磨煤机运行出力降至最低,停运火嘴数≥6只仍不能满足调峰降负荷需求时,可根据情况停运一台磨煤机,保留三台磨煤机。但注意此时#1/2炉磨煤机运行方式均必须为A/B/E、A/B/F、A/E/F、B/E/F。降负荷初期稳燃油枪会有3-5支,降负荷到位燃烧稳定后可逐步退出油枪,保持燃烧较弱处1-2支油枪运行。为了达到节油目的,可联系燃运降低燃油压力至0.4Mpa减少燃油消耗。
  最极端的情况下调峰深度可达200MW。此时燃料量同上述三台磨煤机运行,投运油枪数不低于3支并为同一油组,保证至少一个“油层在服务”条件满足,同时调出炉膛中部運行煤火嘴对应的2支油枪备用。降负荷可依靠开启高低旁来控制,降负荷前将一台汽动给水泵退出并列,维持转速3100rpm旋转备用,逐渐开大高旁路减压阀30-40%,负荷仍大于200MW,可开启低旁减压阀5-10%开度,注意再热蒸汽压力不低于1.2Mpa以保障辅汽联箱供汽需求。调峰过程中必须单独安排有经验的专人监视汽包水位和汽温。
  3 深度调峰过程中的注意事项:
  3.1 发现燃烧不稳,立即投入油枪稳燃,停止降负荷,查明原因调整稳定后方可继续降负荷。
  3.2 脱硝入口烟气温度不得低于315℃,否则停止降负荷。
  3.3 汽包水位发生大幅波动或两侧水位偏差大于150mm,停止降负荷,调整燃烧正常后方可继续降负荷。
  3.4 发生主汽压力上升,停止降负荷,调整燃料量待主汽压力下降后方可继续降低负荷。
  3.5 机组降负荷期间,先减风量,后减燃料量。
  3.6 机组降负荷及燃烧不稳期间,专人监视及调整汽包水位,并保证减温水差压在正常范围内,监控主再热汽温在正常范围。
  3.7 油枪操作对话框调出备用随时准备投入,发生燃烧不稳时优先投运燃烧较差区域或中部火嘴相对集中具有稳燃效果区域的油枪,有利于防止煤粉火嘴脱火面积扩大。
  3.8 各运行磨煤机分离器压力不低于2.8kPa,煤粉管道风速不低于18m/s。
  3.9 深度调峰期间,严格按照滑压曲线(靠下限)控制主汽压力,尽量提高再热汽温,保证汽轮机的运行安全。
  3.10 深度调峰期间,降负荷先减送风再减燃料,加负荷先加燃料再加送风。
  3.11 深度调峰期间,负荷在270MW以上时炉膛出口氧量控制3.0-4.0%;负荷在270MW及以下时炉膛出口氧量控制:2.8-3.8%。
  4 结论
  黔东电厂2018年度完成148台/次机组深度调峰(2017年95台次),其中4次启停机调峰(2017年1次),整个过程安全可控;严格控制油枪使用时间,精细调整燃烧和配风,提前掺配高挥发分煤种,优化磨煤机及煤粉火嘴运行方式,在大幅减少调峰耗油上取得显著效果,全年深度调峰燃油单耗0.15吨/万kWh(去年为0.3吨/万kWh),同比节油440吨,节约费用339万元。锅炉深度调峰技术的研究可以实现安全与经济的双赢,在火力发电竞争日趋激烈的环境下,对锅炉深度调峰技术研究优于同行,就意味着带来更低的经营成本和更好的安全效益。
  (作者单位:贵州黔东电力有限公司)
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