W火焰锅炉机组深度调峰影响及优化措施研究

刘功明，王海涛

（1.五凌电力贵州黔东电力有限公司，贵州 镇远 557702；2.湖南省水电智慧化工程技术研究中心，湖南 长沙 410004）

黔东电厂装机容量为2×600 MW亚临界火电机组，锅炉是亚临界“W”型火焰汽包炉。因近4年来频繁参与深度调峰，且调峰深度逐渐增大、时间延长，对设备安全性、经济性的一些影响已经凸显。

1 深度调峰对火电机组在安全方面的影响

1.1 锅炉燃烧稳定性的影响

燃用设计煤种时，黔东电厂锅炉设计最低不投油稳燃负荷大于40%BMCR，随着热负荷继续下降，炉膛容积热负荷随之降低，造成炉膛温度也快速下降，而炉内煤粉的着火主要靠卷吸炉内高温烟气获得着火热，当炉内烟气温度降低至一定值时，不能满足煤粉气流所需的着火热，此时若不采取稳燃措施,必将造成煤粉着火燃烧恶化，甚至锅炉灭火。

2013年1号炉A修时为防止炉内严重结焦除去约278 m2的未燃带，炉膛温度水平进一步下降，目前黔东电厂最低深度调峰负荷为170 MW（27%BMCR），远低于最低不投油稳燃负荷，给锅炉燃烧稳定带来很大的威胁。

1.2 炉水循环稳定性

水冷壁在四面墙各回路的流量分配上，前后墙与左、右侧墙的流量流速因设备本身原因存在一定的差距。炉内燃烧工况正常并较为稳定时，水冷壁上升管不会发生停滞现象，但当炉内热负荷低，热偏差较大时，部分水冷壁热负荷有可能降到额定热负荷的20%以下，受热较弱的管段会发生循环停滞现象，引起上升管发生超温蠕变，造成设备损坏。

1.3 热负荷大幅度波动时，金属部件热应力的影响

随着机组启停和调峰频繁深度加大，机组负荷变化过程中，锅炉各部金属部件温度变化速度不一致，汽包、各联箱等厚壁部件温度变化慢，而各受热面及连接管壁薄温度变化快，如机组大幅度快速降负荷时，管子收缩快于厚壁联箱，将在联箱与管子的焊座上产生极大的拉应力，当结束调峰大幅度增加机组负荷时，管子膨胀快于联箱，将在焊座上产生极大的压应力，随着调峰频繁及深度加大，这种交变的热应力可能造成金属疲劳而损坏。

1.4 汽温偏离设计值较大

深度调峰期间，由于炉内燃烧弱容积热负荷低，受热面吸收辐射热份额降低，造成辐射式和半辐射式受热面吸热明显减少，引起高温过热器出口汽温下降，而主汽温度的下降又会影响再热汽温进一步下降，造成主、再热蒸汽温度严重偏离正常值，锅炉深度调峰至170 MW时，高过出口汽温度甚至会降低至500℃，较额定值低41℃，汽温的变化也会造成汽轮机金属部件产生较大应力。

1.5 屏过受热面管壁金属温度的影响

随着机组负荷降低，各受热面蒸汽流量减少，对管壁的冷却能力减弱，尤其是W火焰锅炉，停运的制粉系统对应火嘴上部屏过热负荷低，而运行制粉系统对应火嘴上部屏过热负荷高，带来很大的热偏差，因蒸汽流量小，此时减温水的控制极其困难，甚至出现部分热负荷低的屏过壁温与蒸汽饱和温度一致，而热负荷高的屏过管壁已接近超温。

1.6 汽包水位调整的影响

因W火焰锅炉宽带大，汽包长，汽包相对水容积小，汽包两侧水位计对炉内燃烧工况变化十分敏感。深度调峰期间，炉内燃烧稳定性差，抗干扰能力弱，当出现一定的扰动（断煤、切换火嘴、调整容量风、吹扫粉管）时，可能会出现锅炉两侧燃烧时强时弱，造成汽包水位忽高忽低，而深度调峰期间四抽及冷再压力低，给水泵汽源不稳，一旦汽包水位出现大幅度波动，可能造成给水泵汽轮机汽门全开仍无法满足给水控制要求，造成汽包水位事故。

1.7 对脱硝及空预器的影响

随着机组负荷的下降，SCR入口烟温可能低于320℃，造成催化剂效率极低，氨逃逸增大，空预器出口排烟温度下降至105℃以下造成低温腐蚀和铵盐堵塞。

2 深度调峰对火电机组在经济性方面的影响

深度调峰期间，锅炉排烟损失份额由6.4%增大至7.0%，散热损失份额由0.26%上升至0.66%，气体未完全燃烧热损失和机械不完全燃烧热损失随之有所降低，但远不足以弥补排烟损失和散热损失的增加，机组负荷由420 MW降至180 MW时，锅炉效率下降约0.7%左右,影响煤耗升高约2.1 g/kW·h。

深度调峰期间，机组负荷和蒸汽参数低，通流部分蒸汽流量小，严重偏离设计工况，汽轮机绝对效率下降明显，根据凝汽式一次中间再热汽轮机热耗计算，汽轮机180 MW时热耗较正常负荷时高约850 kJ/kW·h，影响煤耗升高约31.8 g/kW·h。

深度调峰期间，虽然辅机随负荷下降运行电流减小，也停运了部分辅机，但由于机组负荷低，必须运行辅机仍较多，厂用电率上升约5.3%,影响煤耗升高约16.2 g/kW·h。

综合上述对煤耗的影响，机组负荷由420 MW降至180 MW时，机组煤耗上升约50.1 g/kW·h。火电机组频繁大幅度深度调峰在安全和经济性方面有很大的影响，若不采取措施进行优化，对火电厂的生产经营和发展带来巨大的压力。

3 W火焰锅炉机组深度调峰优化措施

3.1 调峰前做好准备工作

（1）根据SCR入口烟温及机组计划负荷情况，提前确定锅炉吹灰方式，机组负荷300 MW时，脱硝入口烟温在330℃～350℃之间。

（2）制粉系统定检及计划性检修工作应提前1 d安排，在非调峰期间完成计划检修及试运，确保计划参与调峰的制粉系统无缺陷运行。

（3）中班至少对B/E磨对应的原煤仓（单边，非低卡煤侧）进行降仓，若调峰负荷低于220 MW则增加1个煤仓（单边，非低卡煤侧），晚班21：00（根据计划负荷及负荷预测计划调峰3 h前）检查对应原煤仓位在裤衩下4 m，否则增大该侧给煤机煤量尽快降仓，到位后通知燃运提前加高挥发粉烟煤（视调峰时长，按25 t/h进行计算），确保调峰期间高挥发粉烟煤可用够用。

（4）检查火检及火焰电视的运行情况，发现故障或结焦联系检修处理，确保火检正常。

3.2 深度调峰期间锅炉稳燃措施

深度调峰期间锅炉燃烧稳定，各部热负荷均匀，基本能保证炉水循环及汽包水位稳定、屏过受热面管壁金属在正常范围，而保证炉内燃烧稳定的关键在于强化煤粉气流的着火过程。深度调峰过程中，炉膛容积热负荷基本固定，要想煤粉快速着火，就要设法降低煤粉气流的着火热，影响煤粉气流着火热的主要因素有：煤中的挥发粉、灰粉、水份、煤粉细度、一次风温、风量和风速。

煤的挥发粉是判别煤粉着火特性的主要指标，挥发粉高分煤，着火温度低，所需着火热少，火焰传播速度快，燃烧速度也快；灰粉在燃烧过程中不仅不能放热而且会吸热，使炉膛温度下降，煤粉气流着火推迟；水份多的煤着火热需要的就多；煤粉越细，进行燃烧反应的面积就越大，加热升温快，单位时间内煤粉吸热量越多，着火越快，并且煤粉越细，燃烧越完全；提高一次风温可减少煤粉气流的着火热，从而加快着火；一次风量越大所需着火热越多，但过小会使煤粉气流着火初期缺氧限制燃烧的发展；一次风速过高，流经着火区的容积流量大，煤粉气流着火热增加，着火推迟，一次风速过低时旋流燃烧器对高温烟气的卷吸能力减弱。通过合理的燃烧器结构设计及组织燃烧器投运组合，组织好炉内高温烟气的合理流动，使更多的高温烟气回流到煤粉气流着火区，增大煤粉气流与高温烟气的接触周界，以增强煤粉气流与高温烟气之间的对流换热，是改善煤粉气流着火的重要措施。

具体措施主要有以下几个方面：

（1）入炉煤质：入炉煤挥发粉≥20%、水份≤10%、热值18.0 MJ/kg～22.0 MJ/kg，灰粉≤35%。

（2）煤粉细度：R90≤5%，磨煤机分离器上挡板开度约20%。

（3）粉管风速：一次风压5.5 kPa～7 kPa，粉管风速18 m/s～22 m/s，分离器压力2.8 kPa～4 kPa。

（4）煤粉浓度：乏气挡板开度≥50%，磨煤机料位≥400 Pa。

（5）炉膛温度：炉膛温度≥1 150℃，炉膛出口温度≥720℃且左右侧偏差≤40℃。

（6）总风量及二次风配风：炉膛出口氧量按低限控制，但总风量应大于等于30%，保持A、C、SOFA二次风挡板全关，F挡板开度10%～20%之间，炉膛与二次风箱压差0.4 kPa～0.5 kPa之间，B/E挡板暂保持50%开度。

（7）制粉系统及燃烧器组合运行方式：若制粉系统无检修工作，机组负荷≥170 MW时暂时保持4套制粉系统运行，保留A/B/D/E或B/C/E/F制粉系统运行，有利于火嘴组合，非必要时投运燃烧器之间最多切除3支燃烧器。

（8）发现锅炉燃烧不稳果断投油稳燃。

3.3 深度调峰期间具体实施步骤

（1）机组降至300 MW，汽压按滑压合格曲线低限控制，现场检查燃烧情况及炉膛测温≥1 200℃，退出AGC后设置降负荷速率3 MW/min～5 MW/min开始降低机组负荷。

（2）通知燃运将燃油压力提高至0.6 MPa～0.7 MPa，确保投油后稳燃效果。

（3）采用4台磨煤机运行方式，尽量保持B/E制粉系统运行，每套制粉系统投运燃烧器数量≥4个，制粉系统分离器上挡板开度调整至20%，乏气挡板开度≥50%。

（4）锅炉氧量控制在3.0%～4.5%范围内，在脱硝入口烟温能满足的情况下，尽量控制3.0%～3.8%，氧量过高，易造成锅炉灭火（油枪出力较低，稳燃效果相对较差）。

（5）二次风箱差压控制在0.4 kPa～0.5 kPa。燃烧较好区域风量可适当增大，燃烧较差区域风量可适当减少。燃烧器相对集中的区域F风开度应适当增大，单独燃烧器区域F风应适当减小（最小不开度不应＜10%）。

（6）SCR入口烟温低于330℃，停运省煤器声波吹灰。

（7）炉膛压力设定值由-55 Pa改为-22 Pa，减少炉底漏风。

（8）机组负荷低于300 MW，并继续向目标负荷下降过程中，操作要缓慢，操作幅度要小，发现煤粉燃烧器火检强度减弱、工业电视火焰强度变差及炉膛负压波动大，要立即投油（先投入燃烧较差侧，后投其它区域），确保燃烧稳定。

（9）负荷降至300 MW以下，投入空预器连续吹灰。

（10）停运燃烧器前，应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，该区域应先投油，后停运燃烧器。

（11）负荷降至260 MW，尽量保持炉膛热负荷均匀（工业电视亮度基本一致，炉膛出口温度平衡，汽包水位无明显偏差，火检正常），投运燃烧器相对固定。

（12）切除6支燃烧器后，尽量通过关小容量风挡板、降低一次风压的方法逐步降低机组负荷，容量风操作幅度每次不应＞5%，一次风压下降每次不应＞0.2 kPa，且不允许连续操作，保证分离器压力≥2.8 kPa，粉管风速≥18 m/s。

（13）密切监视炉膛出口温度及燃烧器火检强度，确保炉膛出口温度不低于720℃，火检强度良好，否则应停止降低热负荷，查明原因调整至720℃以上后方可继续降低热负荷。

（14）负荷下降过程中，准备好运行燃烧器的油枪，随时准备投入。

（15）接近目标负荷时，暂停减燃料，待负荷到位后再进行微调，负荷到位后检查锅炉燃烧稳定，安排巡检对炉膛进行测温，并做好深度调峰各参数统计。

4 W火焰锅炉深度调峰优化措施取得的成果

深度调峰措施的优化研究是一个不断总结提高的过程，自2018年以来机组调峰能力不断增强，由最初的46%额定负荷降至28%，稳燃油耗逐年下降，由0.3 t/万kW·h降至0.008 t/万kW·h，运行参数基本稳定，设备安全可靠，未发生过设备损坏及锅炉灭火等异常事件。

5 结束语

W火焰锅炉本身具有较好的稳燃特性，但仍需采取有效的措施确保深度调峰期间安全稳定，在提高经济性能方面采取的措施有限，因为火电机组深度调峰本身就是牺牲部分经济性为新能源让出通道。本文提出的优化措施，能在确保安全稳定的前提下最大程度的提升机组调峰能力，降低稳燃油耗，促进新能源电能消纳，具有良好的社会效益。