超临界机组20%负荷深调运行方式优化

孙良海，郑沧海，王熠伟，李永利，张天羽，柏战国

（国能太仓发电有限公司，江苏 太仓 215433）

1 20%负荷深度调峰面临问题和风险分析

1.1 锅炉侧设备深度调峰存在的安全风险

（1）锅炉燃烧恶化。机组压力下降至最低压力（20%），进入炉内焚烧的煤量随之下降,锅炉内热压力下降，炉膛出口温度降低，煤粉着火情况和焚烧性能恶化。一旦出现制粉系统、引风机、送风机等装置的失效，甚至炉膛出口积碳都会对炉内的空气产生很大干扰，甚至灭火系统停机。

（2）锅炉水平烟道及尾部烟道积灰。低负荷（20%）的工况，炉内风量下降，烟速也降低，烟气堆积于炉内的烟道口和侧通风管内。但是，为了保证锅炉安全，低负荷工作时不得进行煤仓的吹灰。因为锅炉长时间低负荷工作，会造成煤仓结焦问题、水平烟道、向后烟道的灰尘积聚，严重干扰炉内换热，从而增加了排烟温度，也大大降低了锅炉工作效率，并极易导致锅炉壁温超温。

（3）空预器积灰及低温腐蚀。过量的三氢化氮和空气中的三氧化硫反应，得到了硫酸氢氨。硫酸氢氨在147 ～350℃处于熔融态，是一个黏度很大的气体。当它进入空预器中并遇冷时，黏附在空预器的换热部件上，黏着排烟中的飞灰粒，从而造成了空预器换热部件管道的阻塞，空预器前后差压力增加。低负载的锅炉排烟温度降低，更容易在空预器冷端产生高温度腐蚀。

（4）一次风机抢风或喘振。低负荷（20%）状态下，由于空预器积灰或堵塞，从而降低了每次机组的通过容量或是在低负荷工况下仅投运了三套制粉设备，每次机组通过容量降低，由此导致下一个机组抢风或出现喘振。

1.2 汽机侧设备深度调峰存在的安全风险

（1）轴系振动变大。由于机组负荷降低，特别是冬天，凝汽器最大真空度增加明显。当真空值超高时，就可以引起汽轮机动静摩擦，汽轮机轴系的震荡加剧，从而危害发电机的安全。

（2）给水流量波动。深度调峰时，若小机的车源四抽不能达到小机供汽条件时，需切换至启动汽源辅汽或者备用汽源冷再。因为辅汽或冷再和四抽产生了很大的压力差值和温度差，在使用不当时可引起中小机压力的失常。

1.3 电气侧设备深度调峰存在的安全风险

汽轮机进相，静止安全性降低，汽轮机的进相深度大于稳态值，静止安全性降低，可能导致汽轮机的运转失稳，定子端部工作温度增加。发电机的进相运行还将引起厂用直流电压降低，各电气设备电流增大，电气设备过热，并长期运行后造成电气设备损害。电流下降很大时，就可以造成低电压的电气设备保护动作，事故范围扩大。

1.4 深度调峰导致环保超标风险

低负荷（20%）工况，炉内温度下降，脱硝催化剂反应活性下降，脱硝效率下降。制粉系统配风不良，炉膛火焰中心上移，NOX的生成相对上升。如果监测措施不严格、控制工作不准确，都可以引起环保系数的上升。

2 超临界机组20%负荷深调运行方式优化分析

2.1 深度调峰的运行控制策略

2.1.1 深度调峰前的工作准备

（1）提前吹灰并投运等离子系统。深度调峰操作时，发生的锅炉高温吹灰极有可能导致锅炉高温爆炸失稳，甚至影响锅炉设备的灭火。所以，深度调峰时锅炉不进行吹灰操作。为防止锅炉结焦严重，保证机组正常运行，在负荷降至20%负荷前，要根据锅炉结焦燃烧情况进行锅炉吹灰。中负荷吹灰，可视燃烧稳定情况，投入两层等离子运行，稳定锅炉燃烧。（2）入炉煤煤质管控。运行人员掌握上煤及煤质情况，根据燃煤耗用及原煤仓存煤情况，合理安排上煤，确保深度调峰期间燃用合格燃煤。要求输煤系统上干煤，避免发生原煤仓、给煤机堵煤，制粉系统断煤情况。为了保证深度调峰期间燃烧稳定，应用挥发相对较高、易于着火的低硫燃煤。合理安排配煤掺烧工作，防止锅炉结焦。

2.1.2 深度调峰升、降负荷的操作及注意事项

发电机组负载降至50%时,可采用空预器的持续吹灰,以减少空预器积灰。若发电机组负载低于40%工况，则发电机组AGC 正常工作投入使用，而发电机组负载率则根据正常运行下降的负荷量计算。此时，发电机组仍处于四套制造粉丝系统工作状态，炉内火焰充满率相对而言较好，锅炉燃烧比较平稳,较大的变负荷率也不会危及发电机组安全。当温度降到20%，仅有三套制造粉丝系统工作，则按照炉内的实际情况相应减小机组变负荷率，减少了设备变动块，造成燃烧比较不平稳，危及了发电机组的安全。低负荷（20%）工况下制粉系统启停的控制要点在于煤量、水量、风量变化的稳定，逐步平稳增、减给煤量、水量、风量，避免出现的突增突减情况，造成水冷器，过、再热器壁温超限或者炉内燃烧工况突然恶化情况。在机组升降负荷、启停制粉系统时应密切关注锅炉掉焦情况，做好防止锅炉掉焦造成水冷壁壁温超限及分配集箱进口温度高的调整措施。

2.1.3 深度调峰安全稳定运行及管理的控制策略

（1）提前完成机组定期工作。深度调峰期内，不得进行对锅炉燃烧造成干扰的现场试验操作，同时避免一切不合理作业，所有操作应当进行规范，需要的日常作业应当及时进行。（2）提高锅炉深度调峰稳燃能力。深度调峰期间，根据给煤量控制磨煤机风量，严格控制磨煤机风煤比，防止一次风量过大造成燃烧器脱火以及防止一次风压过低造成一次风管积粉。调整磨煤机煤粉细度、提高磨煤机出口温度，强化炉内燃烧。开展氧量调整，合理配风，确保煤粉燃尽；加强燃烧监视，发现燃烧不稳、火检强度低、炉膛负压波动大等情况，及时增投等离子稳燃。（3）控制环保参数不超标。SO2、烟气排放数量和水平是随着机组压力、进炉煤量不同而改变的。通过对燃烧的热值高、低硫煤等指标精细化处理来减少二氧化硫等、烟尘的形成，就能够实现二氧化硫等、烟尘达标排放。脱硝控制系统中共计3 个NOX测点，并且在脱硝反应器的左右各布设了一处测点，而第三个测点布设在烟筒前端。三个测点依烟气流程，依次通过脱硝反应器后残留的NOX，以和对外排出的NOX。第一个NOX值表示了锅炉中燃煤生成NOX的总数量，其管理重点就是通过采取优化制粉系统配风、降低火焰中心等措施抑制NOX的产生，减少尿素用量。第二个NOX数值反映了脱硝反应器的效率，其控制要点在于控制好尿素热解炉内的温度和脱硝反应器处的烟温。由于机组负荷低，尿素热解炉入、出口温度随负荷降低而降低，及时关小气换热器旁路调节门并启动热解炉入口电加热，控制热解炉入口温度大于450℃，出口温度350 ～400℃，确保脱硝系统正常运行。同时，通过投运0 号高加等措施提高排烟温度，控制脱硝反应器内烟气温度在300 ～430℃，避免生成硫酸氢铵堵塞脱硝催化剂、空预器等。第三个NOX数值反映了对外排放量，是环保外排的依据。但因为其与第二测点距离较远，且第三测点的实际显示NOX数据落后于第二测点大约3 分钟左右，所以对于启停制作粉丝系统后快速生成大量NOX的地方需要超前管理,以防止NOX总量的瞬时超标。（4）预防发电机进相运行。发电机与低负荷发电机在进相运转之前，均应做好对发电机的极端压力、定子流量、发电机输入线圈温度、无功等参数监测，如果有关参数超过规定，则可进行自动调整无功功率，并提高励磁，以避免发电机超出其规定的进相运转范围。发电机在低负载工作时，为保证10kV 段母接线压力、380V 段低压母线电流正常工作，适时提高励磁，以防止因同时起动10kV 等大容量装置，导致母接线压力瞬时降低，10kV、380V 等电子装置重合闸，事故进一步扩大。

2.2 调峰的深度及运行方式选择

2.2.1 制粉系统的运行方式

三套制作粉丝系统运行时，可以保证发电机组负载在50%工况下稳定运转，但制作粉丝系统的出力裕度却已不够。如果此时出现制作粉丝系统的断煤、堵煤等事故，将会影响发电机组的出力，甚至发电机组的安全。所以，当机组负载在40%时应维持四套制作粉丝系统同时运转。当机组负载降到20%以下时，则应维持三组制作粉丝系统同时运转且制作粉丝系统之间不允许隔层运转，否则，炉内的热负荷散失，引起燃烧状况恶化。为防止因低负荷或一次平均风机使用少，而造成的一次平均风压过高，并引起机组抢风或喘振的不平衡情况，应打开一部自备磨煤机入、出风门通气，以减少一次平均风压。

2.2.2 循环水系统的运行方式

随着发电机负载的减小，发电机真空逐渐增加。充分考虑机组经济效益与安全，可以通过双背压切或单背加压、停用一套循环水泵和调节冷却塔的配水等方法，适度减小真空，以防止真空原因而引起的机组内震荡加剧。

2.2.3 机组干湿态的转换

当发电机负载值下降至30%以下时,发电机组位于“干态”“湿态”边界,若要求较长时间保持此负载范围运转,宜保持发电机组在“湿态”运转,尽量避免在“干态”“湿态之间的频频切换,出现不平衡工况。

3 超临界机组20%负荷深调运行管理方式优化

3.1 对外加强与电网调度积极沟通，控制减少深调时间

现场操作技术人员要实时了解电网态势，并主动和调度人员协调沟通，以掌握机组的实际调峰状况，并尽量减少深度调峰的深度和持续时间。遇有深度调峰运行，要按照国家供电调度指令，并及时告知集团内各有关部门进行发电机组的深度调峰运营准备工作。对发电机组深度调峰运营要以保证安全、报供电、保设备为前提，并按照发电机组设备情况合理调节发电机组的工作方案。

3.2 对内加强技术力量，做好风险点预控措施。

机组深度调峰工作期间，监盘工作人员要集中精神，提高监盘能力，做好对各种仪器的数据分析，对发生的※异常情况也要进行准确诊断并正确处理；另外，因为高压锅炉压力较小，要做好高压锅炉突然熄火的事故预测，以防止高压锅炉突然熄火的事件进一步扩大。做好对锅炉受热面的监测与调节，要尤其重视由于汽压突然下降，冷却性能减弱而造成的管壁超温问题，以避免因受热面管道的超温超压，而导致受热面泄漏事故的发生。在机组深度调峰工作期间，要保证在各岗位巡回检查的能力，以实现主要设备问题早发现、早报告、快解决，并防止因小故障、辅助装置等问题而危及机组深度调峰的工作安全。

4 结语

本文对超临界机组20%负荷深调运行方式优化进行研究分析，提出了深度调峰的运行控制策略、调峰的深度及运行方式选择、运行管理方式优化等三方面优化建议及优化方法，希望对今后超临界机组20%负荷深调优化提供帮助，保证电气系统的安全正常运行，为保护人民生命财产提供更高的安全保障。