350MW机组超临界锅炉安全经济调整原则

华能长春热电厂 杨晓华

煤电机组既要在以新能源为主的电力系统中削峰填谷，快速大幅度变负荷弥补新能源的不稳定，又面临着入炉煤质下降，入炉煤种多样化，不稳定，甚至掺烧污泥、固废。这些因素都为机组的安全稳定运行带来挑战，有必要对机组的最低稳燃负荷、变负荷工况下的最低稳燃负荷、制粉系统运行方式对锅炉火焰中心的组织、制粉系统异常处理对火焰中心的影响做出探讨，以保障机组的安全经济运行，同时满足新能源电力系统对煤电机组负荷变化率的要求。

1 机组概况

某热电厂2×350MW 机组，锅炉由哈尔滨锅炉有限责任公司制造的超临界参数变压运行直流炉，平衡通风、一次中间再热、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构、π 型布置、紧身封闭，型号：HG-1110/25.4-HM2。汽轮机为哈尔滨汽轮机厂生产的C350/272-24.2/0.4/566/566型单轴、双缸、双排汽，一次中间再热、双抽凝汽式汽轮机。制粉系统为中速磨正压直吹系统，配置6台HP863型中速磨煤机，燃烧设计煤种（扎赉诺尔褐煤）时，BMCR 工况下5台运行，1台备用，煤粉细度R90=37%。燃烧方式为四角切圆燃烧，每套制粉系统对应一层燃烧器，共布置6层煤粉燃烧器，下层燃烧器设置等离子点火器。

2 机组的稳燃调整原则

2.1 锅炉最低稳燃负荷

锅炉厂家给的机组最低稳燃负荷为35%额定负荷，即锅炉蒸发370t/h，对应的纯凝工况电功率122.5MW，实际运行工况机组在120MW 以上，120MW 左右都可以无油无助燃稳定运行过。褐煤的着火点在270～350℃，在稳定运行时，燃烧器区域的水冷壁金属温度在350～400℃，同时炉膛温度也会在1000℃以上，所以机组在120MW 左右稳定工况运行时，锅炉的稳燃裕度较大，完全没有问题。

2.2 机组最低稳燃条件与制粉系统的运行方式的关系

锅炉有6台中速磨煤机组成的直吹系统，每台磨煤机对应一层燃烧器，共6层燃烧器。只要锅炉的输入功率在对应的发电功率120MW 以上，共有3层燃烧器正常稳定运行，而且燃烧器的功率在70%以上，即制粉系统出力对应的热值功率达到燃烧器功率设计值70%以上，而且有相邻的两层燃烧器正常运行，再加上一层隔层的燃烧器正常运行就可以组织成稳定的火焰中心，保障机组稳燃。

所以，在机组最低负荷运行时，保持相邻的4台磨煤机运行，或者中间隔一台磨煤机2+2（两组两台相邻的磨煤机中间隔一台磨煤机），3+1（相邻的3台磨煤机中间隔一台磨煤机）。假如任何一台磨煤机故障或者断煤，将正常运行的磨煤机出力加大，开大正常运行磨煤机的热风挡板和冷风挡板，加大进入炉膛的煤粉量，增大燃烧器功率，维持机组的出力不变。相邻的磨煤机就会组织形成稳定的火焰中心，保障机组的稳定燃烧，当然相邻的燃烧器出力可以加至最大，这样火焰中心的温度更高，稳燃性更好，不足的功率再由隔层燃烧的磨煤机提供。

随着掺烧污泥、固废，磨煤机断煤的概率增加，当磨煤机断煤时，在断煤的3min 之内，依靠着磨煤机内的存粉，燃烧器的功率输出可以维持，所以有足够的时间做出应对，加大正常运行磨煤机的出力，开大热风挡板，增加给煤量；关小断煤磨煤机的热风挡板，防止一次风短路，影响正常运行磨煤机的通风量。在极端工况投入油燃烧器稳燃，极端工况有以下几种情况：一是磨煤机断煤，机组有三台磨煤机正常运行，但是都隔层燃烧，而且工况不稳定；二是只有相邻两台磨煤机正常运行，负荷低于35%，而且工况不稳定；三是只有两台隔层磨煤机正常运行，而且工况不稳定。

2.3 锅炉蓄热与最低稳燃负荷的关系

注意锅炉蓄热在机组变负荷时，对锅炉输入功率的影响。设定好机组最低输入功率对应的一次风量，确保对应的一次风量输送到燃烧器的煤粉量燃烧功率在最低稳燃负荷以上，确保磨煤机给煤量正常。通过正常运行磨煤机的一次风才能将煤粉输送到燃烧器燃烧，形成稳定燃烧的火焰中心，断煤磨煤机里面的煤粉量不足，所以一次风输送煤粉的比例不足，即煤粉浓度低，燃烧功率低。甚至磨煤机长时间断煤，对应中速磨煤机超过10min 后，磨煤机的存粉就会被抽空，经过断煤磨煤机的一次风就会形成短路，几乎不携带煤粉。所以在磨煤机断煤后，应立即关小热风挡板，将磨煤机通风量减少至正常运行的50%。

一方面尽量维持磨煤机对应燃烧器稳定燃烧的时间，杜绝燃烧器隔层运行，维持两层以上相邻燃烧器的运行，形成稳燃的火焰中心；另一方面，防止磨煤机抽空，大量的一次风短路，而正常运行磨煤机的通风量就会减少，这样磨煤机的干燥出力和一次风的煤粉输送出力都会减少，磨煤机对应燃烧器的功率也会减少，不利于稳定的火焰中心的维持。

锅炉输入负荷并不是每时每刻都等于输出负荷，只有机组在稳态，在一个负荷稳定运行10min 以上，才可以近似稳态，这时锅炉的输入风量，煤量变化幅度较少，锅炉的输入功率才等于锅炉的输出功率；在升负荷时，因为主蒸汽压力会上升，对应的饱和温度也会上升，并且组成锅炉数量众多的受热面金属温度上升，会吸收热量，储存热量；同样锅炉里面的水蒸汽也会随着压力的升高，吸收热量，储存热量，所以锅炉输入的热量-锅炉由于压力升高吸收储存的热量=锅炉输出的热量；同样减负荷时，锅炉输入的热量+锅炉由于汽压降低释放的热量=锅炉输出的热量，就是说锅炉输入的热量远小于锅炉输出的热量，所以在机组降负荷时，即使机组对应的负荷大于稳燃负荷对应的功率，但是由于锅炉蓄热功率的释放，这时锅炉的输入负荷其实已经低于锅炉稳燃负荷。

2.4 中速磨直吹式制粉系统快速负荷调整的方法

在较低负荷时，保持较低的一次风压力；在最大负荷附近保持较高的一次风压力；同时，保持磨煤机出入口有一定的压差，即磨煤机有一定的存粉量。当升负荷时，可以提高一次风的压力，从而增加磨煤机的通风量，这样进入炉膛燃烧器的风粉量就大，燃烧器的功率也就大，机组的负荷自然加快。并且，增加一次风压力后，要立即增加给煤量，增大磨煤机出力，维持磨煤机的存粉量，从而维持燃烧器功率的持续运行。同样，在较高负荷时，维持较高的一次风压，在降负荷时，可以降低一次风压，减少运行磨煤机的通风量，减少一次风输送煤粉量，从而减少运行燃烧器的功率降低负荷。

一般运行磨煤机的出力在60%左右，由于入炉煤热值降低，至少磨煤机对应燃烧器功率在50%左右，两个以上相邻燃烧器层就可以维持稳定的火焰中心。在机组深度调峰时，可以关小磨煤机入口热风挡板，冷风挡板，维持磨煤机的通风量在允许的范围，一般中速磨煤机在70%，甚至更低。减少运行磨煤机的通风量，可以升高风粉混合物煤粉浓度，有利于着火和低负荷稳燃，同时可以降低机组的总风量，维持氧量在合理正常的范围内。当然，首选降低一次风压和降低一次风量，只有一次风降低到一定程度，影响一次风机的安全运行时，采用关小挡板的方法，减少磨煤机一次风通风量。

2.5 关于燃油燃烧器的投入稳燃助燃问题

机组的调峰负荷120MW，负荷运行4台磨煤机，即使一台磨煤机断煤，可以关小断煤磨煤机的热风挡板，调节磨煤机通风量为正常运行的50%左右，再增加运行磨煤机的通风量和给煤量，维持机组负荷不变。这样锅炉会有稳定燃烧的火焰中心，不用投油稳燃。投油和撤油只会增加对锅炉的扰动，增加操作量，增加值班员的劳动强度，同时增加了出错的概率。假如在低负荷时，有3台相邻磨煤机运行，其中1台磨煤机断煤，必须尽快关小断煤磨煤机的热风挡板后，投油稳燃，然后增大运行磨煤机出力。如相邻4台磨煤机运行，中间两台磨煤机断煤，也要尽快关小断煤磨煤机的热风挡板，投入油燃烧稳燃，然后增大正常运行磨煤机的出力。这两种情况都是隔层燃烧，火焰中心不集中，燃烧器不能相互引燃，所以要投邻油稳燃。

关小断煤磨煤机的热风挡板，也很关键，否则一次风会从断煤磨煤机短路，减少正常运行的通风量，降低正常运行磨煤机对应燃烧器的功率，造成燃烧器火焰中心负荷不足而灭火。投油燃烧器稳燃助燃，并不能完全避免灭火。必须减少机组热负荷的扰动幅度，把正常运行磨煤机的出力调至最大，将热风挡板开全至100%（或者达到磨煤机最大通风量），并且一次风压也维持正常运行的高限值，磨煤机通风量正常运行时较大值，这样尽量维持锅炉的较高的热负荷。如果磨煤机断煤，锅炉在低负荷附近甩去1/3以上的负荷，例如机组在160MW 由3台磨煤机运行，如果1台磨煤机断煤甩去1/3负荷，这时即使投油，锅炉也可能灭火，因为火焰中心扰动太大。

但是在投油的同时，再增大运行磨煤机的出力，这时锅炉可能只损失了20MW 的机组负荷，甚至损失的负荷更少，这样锅炉稳燃当然更好。5台磨煤机100%负荷，3台磨煤机最大可以带60%负荷，即210MW。即使1台磨煤机断煤甩负荷，两台磨煤机运行可以维持120MW 以上，这样在投油稳燃，就没有灭火之忧。如果3台磨煤机运行，带160MW 负荷，1台磨煤机断煤甩负荷，只投油燃烧，磨煤机没有加到最大出力，这时机组负荷只有106MW，锅炉的扰动大，即使投油，也可能灭火[1]。

2.6 锅炉总风量和氧量的影响

锅炉的总风量会影响炉膛火焰中心的温度，所以在机组低负荷时，保持较低的锅炉氧量，可以保持较低的锅炉总风量。这样，一定的燃料燃烧释放的热量会被尽可能少的烟气量携带、稀释，有利于保持较高的炉膛温度和烟气温度，有利于锅炉的低负荷稳燃。较低的氧量和较低的总风量使得炉膛的辐射热比例高一些，尾部烟道的烟气对流热量比例少一些，再热汽温可能就会低一些。低负荷以稳燃安全运行为主，再热汽温的维持为次。在低负荷总风量调整时，送风机动叶开度必须有一个最小值，当送风机动叶关至最小值后，可以降低一次风压，再关小磨煤机入口热风挡板，调整进入磨煤机的一次风量在磨煤机额定通风量的70%左右。

对于中速磨煤机来说，降低磨煤机的一次风量，可以维持磨煤机出口风粉混合物煤粉的浓度，较高的煤粉浓度有利于着火；降低一次风压和一次风量，一次风的动量减少，携带能量降低，使进入炉膛燃烧器的煤粉粒度更细，也有利于燃烧器的稳定燃烧。特别注意的是，低负荷一次风机和送风机一样，要观察或者做试验，确定低负荷的稳定性，防止低负荷一次风机和送风机不稳定与失速。同样，在机组高负荷时，假如入炉煤有结焦的可能，也可以维持较高的氧量和总风量，一方面使炉膛燃烧区域不出现还原气氛，另一方面大风量稀释燃料燃烧放出的热量，使炉膛温度不至于过高，超过灰分的结焦温度。在磨煤机断煤时，进入炉膛的煤粉较大幅度的减少，如减少20%左右，建议快速调节送风量保障总风量与燃料量比例大致不变，在氧量做出反应之前，就根据入炉煤粉量进行提前调节。相关案例显示，假如氧量反应过来时，已与入炉煤粉不成比例，过量的总风量会快速降低炉膛温度，引起燃烧器灭火。

2.7 磨煤机出口温度的控制

磨煤机出口风粉混合物温度是根据煤的挥发分来计算的。磨煤机出口风粉混合温度过低使煤粉的流动性变差，风粉混合物浓度不均匀度加剧，偏烧加剧；磨煤机出口风粉混合物温度低，意味着一次风冷风进入炉膛，一次风冷风相当于炉膛漏风，炉膛温度降低，会使燃烧器的着火延迟，稳燃性变差，增加低负荷灭火的可能性。并且，磨煤机出口风粉混合物温度降低，即一次风冷风进入炉膛，使锅炉效率降低。只要磨煤机停运，抽空余粉，磨煤机启动前再进行通风吹扫，磨煤机里没有可燃物，磨煤机就不会爆燃。磨煤机在正常运行时，有足够的通风量，用于带走可燃气体和热量，所以即使温度较高，也不具备爆燃的条件。磨煤机出口风粉混合的温度是由煤质决定的，尽量维持较高的温度，一方面增加了磨煤机的干燥出力以及增加磨煤机的出力，另一方面增加磨煤机对应燃烧器稳燃性。

3 结语

燃煤机组稳燃调整与制粉系统运行方式，入炉煤质，风煤比，即入炉送风量与入炉煤粉比例（特别是磨煤机断煤时），锅炉蓄热（升负荷和降负荷时）有关。只有深刻理解锅炉稳燃，才能正确调整，保障机组安全经济运行，满足以新能源为主的电网对煤电机组的要求。