某330 MW燃用贫煤机组深度调峰试验研究

曹保生，王 兴

（1.国能榆次热电有限公司，山西 榆次 030600；2.国家能源集团科学技术研究院有限公司，江苏 南京 210023）

0 引言

随着新能源发电装机容量的不断增加以及负荷侧用电结构的变化，电网峰谷差逐渐增大，电网调峰需求越来越大，火电机组参与深度调峰已迫在眉睫。为了提高机组的竞争能力，越来越多的火电机组都参与到电网深度调峰中，甚至不少600 MW、1 000 MW机组也在积极探索参与深度调峰[1]。某660 MW超超临界机组，通过制粉系统优化和燃烧调整，并进行了相应的配风燃烧调整，在无设备改造的前提下，实现了锅炉无助燃方式下22.7%额定负荷稳定燃烧并调峰的目标[2]。某660 MW超临界燃煤机组[3]，通过开展深度调峰试验研究，综合考虑锅炉的最低断油稳燃负荷、干湿态转换负荷点和选择性催化还原SCR（selective catalytic reduction）脱硝装置退出的负荷，确定机组长期稳定运行负荷的下限值约为220 MW，并得出机组负荷低于50%时，供电煤耗增加16~25 g/（kW·h）的结论。

上述实践表明，许多600 MW级火电机组通过优化运行、精细化调整具备了30%额定负荷下深度调峰的能力。但是在300 MW等级机组中，尤其是燃用贫煤并采用四角切圆燃烧方式的30%负荷以下深度调峰鲜见成功案例。本文以某燃用贫煤的330 MW燃煤机组深度调峰试验为例，对机组深度调峰能力进行了研究，并对机组低负荷运行时存在的问题进行了探讨，可为同类型机组参与深度调峰提供借鉴。

1 设备概述

本次深度调峰试验锅炉为东方锅炉股份有限公司制造的亚临界空冷燃煤机组，锅炉型号为DG1164/17.5-Ⅱ12，燃煤汽包锅炉，最大连续蒸发量为1 164 t/h，中间一次再热、自然循环，炉膛为单炉膛∏型布置，燃烧方式为四角切圆燃烧，尾部双烟道，采用风冷固态干式连续排渣，平衡通风，全钢架悬吊结构。制粉系统为钢球磨双进双出冷一次风机正压直吹式制粉系统，磨煤机共3台，不设备用。空预器形式为三分仓容克式空气预热器，除尘器为静电除尘器。锅炉带基本负荷，也可以调峰，锅炉采用定压运行，也可采用定—滑—定运行方式。锅炉原设计不投油最低稳燃负荷为40%额定负荷。设计煤种与试验煤种对比如表1所示。

表1 设计煤种与试验煤种对比

2 深度调峰试验研究

文献[4]对74家发电公司制约机组深度调峰能力的因素开展了相关研究，结果表明低负荷下74.3%的主要瓶颈问题为锅炉稳燃问题，64.9%的主要瓶颈问题为SCR入口烟气温度无法达到脱硝催化剂的要求，51.3%的主要问题是无法满足供热需求，36.5%的主要问题是自动发电量控制系统无法投运。这说明制约现役机组锅炉侧深度调峰能力的主要因素是锅炉低负荷稳燃能力和低负荷脱硝运行温度低于允许运行温度两个突出问题。

本试验锅炉设计燃用煤种为贫煤，贫煤的着火和燃烬特性较差，深度调峰试验除考虑低负荷脱硝投运问题外，还需重点考虑锅炉低负荷稳燃能力。本次试验，锅炉实际燃用煤着火和稳燃特性较差，其中干燥无灰基挥发分仅有18.85%，而收到基灰分高达42.19%，进一步增加了锅炉低负荷稳定燃烧的难度[5]。

2.1 低负荷稳燃能力试验研究

2.1.1 燃烧器改造分析

本锅炉采用四角布置、切向燃烧，每角燃烧器共布置17层喷口，其中6层一次风喷口，一次风喷口四周均布置有周界风，燃烧器喷口适当摆动可以改变火焰中心的位置，可进行燃烧优化调整。在一次风喷口上、下布置二次风喷口，共7层。炉膛上部布置4层分离燃烬风SOFA（separate over fire air）喷口。2018年为解决锅炉炉膛结焦、减温水量大等问题，完成了燃烧器改造。将原来B、C、D、E、F这5层垂直浓淡燃烧器改造为水平浓淡低氮强卷吸煤粉燃烧器，将AA、AB、BC、CD、DE、EF、FF层共28支燃烧器二次风喷口进行调整切圆方向优化设计，其中一次风切圆保持原有直径790 mm不变，二次风切圆直径重新设计为1 381 mm。

贫煤由于挥发分较低，具有难着火和难燃烬的特点，为保证在低氧条件下煤粉气流在着火初期的稳定着火，改造中一次风喷嘴采用强回流燃烧器，该燃烧器钝体由水平钝体和浓淡分隔板组成，水平钝体布置在喷口前端，作用是使煤粉气流经过后形成负压涡流区，卷吸炉内高温烟气加热煤粉，从而使煤粉在缺氧环境中提前着火。浓淡分隔板贯穿整个喷口，它的作用是使在喷管内形成的浓淡两股煤粉气流保持浓淡一直进到炉膛，确保炉内水平浓淡的低氮燃烧。

上述改造在一定程度上改善了锅炉的低负荷稳燃能力。本次锅炉深度调峰试验就是为了验证机组是否具备30%锅炉最大连续出力BMCR（boiler maximum continuous rating）以下的调峰能力。

2.1.2 试验前准备工作及注意事项

深度调峰试验前需保证各主、辅系统运行正常，锅炉本体、辅机设备无影响本试验正常进行的缺陷。正式试验前应完成制粉系统调整及锅炉燃烧初调整试验，测试A、B磨煤机煤粉细度。根据本锅炉实际燃用煤质特性，要求煤粉细度R90≤12%。制粉系统保证磨煤机回粉管锁气器动作灵活，消防系统可靠备用。

试验前完成锅炉本体吹灰1次、A层燃烧器微油点火装置试验正常，具备随时投入条件。炉底干排渣系统各人孔、检查孔封闭严密不漏风，渣井观察孔、摄像头观察孔玻璃安装完好，不漏风。试验中应维持锅炉炉膛压力波动不大，燃烧稳定，火焰检测信号正常。

深度调峰试验降负荷期间，要加强各层燃烧器火检信号检查，当同层燃烧器出现2个以上火检信号摆动或者炉膛负压波动超过±200 Pa时，应停止继续减负荷。调整过程中当主、再热汽温低于510℃暂停试验，待汽温平稳后继续进行试验。

2.1.3 低负荷稳定燃烧试验

试验开始后，机组逐渐降负荷到165 MW，此时分别投运A、B、C、D这4层燃烧器。调整二次风挡板开度，AA层、CD层保持开度50%，投运的燃烧器层二次风挡板保持40%开度，周界风开度保持30%。关闭2层SOFA，保持炉膛与二次风箱差压不低于0.3 kPa。进一步降低机组负荷到135 MW时，停运D层燃烧器，调整锅炉主要参数并使其稳定，调整过程中需重点关注汽包水位，通过尾部烟道挡板开度，调整主、再热汽温保持在合理范围内。机组进一步降负荷到115 MW时，送风机切换到手动，风量逐渐减至最低，一次风机退出自动，风压逐渐降低至6 kPa。随着负荷进一步降低，通过关小A磨煤机容量风风门开度，降低A、B这2层燃烧器的出力，停运C层2支燃烧器，直至机组负荷降低到89 MW（27%BMCR），总给煤量48 t/h，调整各参数并使其稳定，考察锅炉的稳燃能力。

机组在89 MW工况下能够稳定运行，火检信号强度正常无闪烁。现场就地通过观火孔观测炉内着火情况，发现火焰较为明亮，炉内火焰充满度较好，煤粉气流着火和燃烧较为稳定。整个低负荷稳燃试验，机组在89 MW工况下持续稳定运行8 h，机组主、再热蒸汽温度可以控制在正常范围，深度调峰试验期间主蒸汽温度能够控制在515~535℃之间，再热蒸汽温度可控制在513~536℃之间，主、再热蒸汽温度均能稳定在535℃左右正常运行。另外，整个深度调峰试验期间，各主要受热面未见明显的超温情况。

2.2 脱硝系统宽负荷运行特性

随着锅炉负荷的降低，省煤器出口烟气温度逐渐降低，当烟气温度减低到一定程度，脱硝系统将无法正常投运。本机组脱硝喷氨最低运行温度为305℃。本锅炉设计煤质和校核煤质中省煤器出口烟气温度如图1所示。

图1 不同负荷省煤器出口烟气温度分布图

由图1可知，本锅炉40%BMCR到100%BMCR工况之间，省煤器出口烟气温度设计值在345~389℃之间，能够满足脱硝系统正常运行的需求。但本锅炉设计最低稳燃负荷为40%BMCR，热力计算书中未见30%BMCR工况下省煤器出口烟气温度值。

本试验锅炉采用四角切圆燃烧方式，燃烧器可上下摆动±30°，通过燃烧器摆角的上下摆动，可调整炉内燃烧中心的位置，进而调整省煤器出口烟气温度。另外，本试验锅炉尾部烟道分为前后布置的双烟道，前烟道布置低温再热器，后烟道分别布置了低温过热器和省煤器。通过调整前、后烟道挡板开度，调整流经过前后烟道的烟气流量，即可起到调节再热汽温的作用，同时对脱硝进口烟气温度也会产生一定的影响。

本锅炉不同负荷下省煤器出口烟气温度相对较高，锅炉深度调峰试验过程中，随着负荷的降低，省煤器出口烟气温度有所降低，但降低幅度有限。89 MW工况深度调峰试验期间，A侧脱硝装置进口烟气温度在306~332℃之间，B侧脱硝装置进口烟气温度在309~340℃之间，均能满足脱硝对系统正常投运的条件要求。采取的措施主要有：一是尽量降低单支燃烧器功率，以提高燃烧器投运数量；二是随着负荷的降低，将侧烟气挡板全开，关小低温过热器侧烟气挡板至5%，以降低流经省煤器的烟气量，从而降低省煤器的吸热量，提高烟气温度；三是根据左右侧汽温偏差情况，可适当将燃烧器摆角上摆；四是将主汽压力控制在对应滑压曲线范围内下限，以提高汽轮机高压缸排汽温度（即低温再热器入口温度）。

3 存在的问题分析

通过本锅炉深度调峰试验可知，在无须开展较大技术改造的前提下，本锅炉在89 MW工况下能够稳定燃烧。通过精细化调整，机组主、再热蒸汽温度均能保持在正常范围，机组能够长时间保持低负荷稳定运行。但在深度调峰试验期间，锅炉辅机和制粉系统也暴露出一些问题和安全隐患[6]，若不加以重视，可能会对机组的安全、稳定运行带来一定的隐患，以下进行必要的分析和讨论。

3.1 制粉系统下限出力

本锅炉制粉系统采用3套双进双出磨煤机，为了保证锅炉运行的可靠性，最低需投运A、B这2台磨煤机。其中A磨煤机对应A、B下2层燃烧器，B磨煤机对应C、D 2层燃烧器，A层燃烧器配有微油助燃装置。低负荷工况运行时，为了保证锅炉着火的稳定性，需保持A、B这2层燃烧器出力相对较大。当机组负荷降低到89 MW工况时，A磨煤机出力维持在38 t/h左右，B磨煤机出力仅为10 t/h左右。为了控制锅炉燃煤器与锅炉蒸发量相匹配，B磨煤机仅投运C层2支燃烧器。给煤量降低后，磨煤机的通风量难以同步降低，B磨降出力较为困难。

3.2 风机运行可靠性降低

锅炉深度调峰期间，为了保证机组运行的可靠性，一次风机和送风机均为2台风机同时运行，限于风机的运行特性，一次风机和送风机的开度几乎已关至最小，但锅炉运行氧量依然达到13.5%。本文研究对象，在深度调峰至89 MW工况时，送风机开度已经降低到极限，A、B两侧送风机动叶全关。送风机动叶开度过小，风机发生喘振和失速的风险增加。若机组长期在低负荷下运行，考虑到风机运行的安全性及经济性，可以考虑单台风机运行的可行性[7]，甚至进行缩小容量改造。

3.3 给水泵再循环频繁开启的问题

随着锅炉负荷的降低，所需的给水流量降低，当给水流量降低到350 t/h时，为了匹配给水流量和给水泵出力之间的关系，需开启给水泵的再循环门。在深度调峰和机组负荷变化过程中，给水泵再循环阀可能存在频繁开、闭现象，造成给水流量大幅波动从而影响汽包水位的稳定性，进一步影响锅炉运行的安全性。本试验过程中采取了将再循环阀全部手动开启的方式。

3.4 风箱差压低引起燃烧波动

随着锅炉负荷的降低，所需风量逐渐降低，二次风风箱压力随之降低。深度调峰期间，若二次风门开度过大，将引起二次风风箱差压过低，造成燃烧不稳定，火检信号闪烁。通过优化调整试验发现，适当关小二次风门开度，并关闭2层SOFA风，保持风箱差压达到0.3 kPa以上，可以明显改善燃烧的稳定性。

4 结论及建议

燃用贫煤及劣质烟煤锅炉，低负荷工况下稳定燃烧能力较差，限制了其深度调峰能力。通过燃烧器投运层数、投运方式、二次风风箱差压、尾部双烟道挡板开度的调整实现了27%额定负荷机组稳定运行，为同类型机组参与深度调峰提供了一定的借鉴。同时，通过深度调峰试验，发现制粉系统、风机等重要辅机低负荷运行时，也存在一定的安全隐患，下一步长周期参与深度调峰时，需重点关注上述设备运行的可靠性。