在大比例褐煤掺烧工况下充分利用火电厂汽包锅炉蓄热能力提高机组经济效益的运行调整手段研究

在大比例褐煤掺烧工况下充分利用火电厂汽包锅炉蓄热能力提高机组经济效益的运行调整手段研究

牟 超 马会武

国电承德热电有限公司 河北 承德 4300000

摘 要：本文主要阐述了在煤质较差而电、热负荷较高的环境下，利用火电厂汽包锅炉的蓄热能力，通过改善锅炉燃烧的各类调整手段，提高锅炉燃烧效率。并引入蓄热惯性动能的概念，列出相应数学模型，从而在根本上提高主蒸汽压力，进而满足调度电负荷和供热热负荷的需求，提高热电厂经济效益。

关 键 词：主汽压力 汽包蓄热 惯性动能

引 言：

在当前形势下，各燃煤电厂为降低成本大量燃用低品质燃煤（褐煤），导至机组出力不足，而在深冬供热阶段锅炉热负荷需求却日趋增加，这成为火力热电厂当今主要矛盾。通过在极端工况下，对运行调整手段加以改进，从而提高锅炉燃烧效率迫在眉睫。

众所周知，相同工况下提高蒸汽基本初参数可以大幅度提升机组循环效率，而燃煤品质低下，又要保证适应调度负荷，大大阻碍了蒸汽压力和温度的提升空间，那么我们只可从调整手段上入手。以下我们将以某热电公司#1炉为例（下简称#1炉），来阐述调整手段的改进方式并列出相应的数学模型。

正 文：

一、设备简介

#1炉是由上海锅炉厂有限公司生产的 SG-1025/18.55-M727 型锅炉，该锅炉为亚临界参数、一次中间再热、自然循环、单炉膛、平衡通风，摆动燃烧器四角切圆燃烧，五台直吹式中速磨自上而下按EDCBA顺序排布，最高总煤量可达188t/h。#1汽轮机为北京重型电机厂引进法国阿尔斯通技术生产的 NC330-17.75/540/540/0.3 型亚临界蒸汽参数、一次中间再热、单轴、三缸双排汽、采暖抽汽凝汽式汽轮机。深冬供热期为维持128-130℃供热蒸汽温度，需在四段抽汽抽取200t/h左右蒸汽。另外，#1机四抽同时为热泵系统提供汽量为200t/h左右的蒸汽，作为热泵的驱动汽源以充分提高供热温度。因为在传统调整模式下大量燃用褐煤使得锅炉燃烧率下降，导致蒸汽初参数低，汽轮机做功能力下降，机组效率降低，影响了机组部分出力。为了提高锅炉燃烧效率列出以下运行调整模型。

二、调整模型前提条件

1.负荷调节方式为调度带基点正常调节子模式（BLR模式，简称R模式）。

2.由于机组出力不足而造成负荷不能满足调度需求，燃煤总量恒定188t/h且煤质不变，综合阀位100%。

3.热网热泵供汽量400t/h不变。

三、模型建立

M:利用所有提高压力调整手段后而产生的汽包锅炉蓄热惯性动能。

M=M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7

其中：M1-M7为不同调整手段产生的惯性分动能。

手段介绍：

(一)强化燃烧

M1：适当加大送风机出力或者减小A、B、C、D、E层周界风开度从而提高小风箱差压，相应提高周界风压力，以提高煤粉刚性，加大燃烧区域风粉混合程度。

M2：适当开大AA、AB、BC、CD、DE、EE层混合辅助风开度，提高辅助风风量，从而进一步加大风粉混合程度，提高下层煤粉燃尽率，增加炉内动力场切圆效果。这样既能减小水冷壁结焦程度又能强化下排燃烧，提高饱和水汽化能力。另外，由于燃烧中心下移，还可以降低再热汽温，从而减少再热器减温水用量。

M3：合理分配五台磨组出力。在安全运行允许范围内，将上排煤量适当下移，以延长燃煤在水冷壁位置燃烧时间，进一步加大饱和水汽化程度，从而提高蒸汽压力。

（二）提高机组初参数

M4：在机组允许的范围以内将再热汽温和主汽温度维持在较高水平（#1炉主、再热汽温上限为548℃）。在安全范围之内，较高的进汽温度可以在保证机组在运行安全的基础上，提高汽轮机逐级焓降，增加汽轮机内效率，从而提升所带电负荷能力（维持再热汽温547℃同比维持542℃时可多带5MW/h电负荷）。在同等AGC调度指令下所需蒸汽流量减小，汽机调门也会随之关小，主汽压力得到相应提升。

M5：保证磨组最佳出力（短时间降低单磨组给煤量，提高一次风压）。当磨组长时间处于低煤质、大煤量的工作环境时，磨组可能会由于堵粉而造成出力降低甚至堵磨事故，因此应对五台磨组分别进行短时间的抽磨处理。以大风量、低煤量的形式将积粉从磨出口管排出，从而使磨组恢复到最佳出力水平。单独抽磨操作时，如果将时间控制在2min以内，不但不会造成主汽参数下降，反而会因为瞬间大量积粉排入炉内而使锅炉参数相应上升。

（三）特殊调整手段的利用

M6：由于在机组“R”调度运行模式下，基点不变时，当前调度负荷会随着机组出力变化而变化。适当的短时间一次性关小调门，不仅可以为压力上升提供大量的初动能，更可以减小机组负荷与调度偏差带来的负面影响。待压力上升至较高水平时在将调门逐步缓慢开大至原始数值，从而使压力维持在上涨后的较高水平而不下降。

M7：由于供热热量是按照时间段总热量计算，那么可以通过短时间（5min左右）适当一次性关小供热抽汽从而加大机组带电负荷能力，以提高压力上升初动能，待主汽压力上升至较高水平后，逐步开大供热抽汽，这样既能保证供热热量，又能将压力维持在较高水平后从而带更多的热负荷。

（四）惯性动能的利用

以上提升压力惯性动能的手段中，M1-M4为持久型手段。它们从根本上改变了炉内燃烧特性，提高了燃烧区的效率，无论煤种如何，通过这些方法均可延长燃煤在锅炉底层的放热时间，从而为主汽压力的提升做好基础性的铺垫。而M5-M7则为暂时型手段，它们只能为主汽压力的上升提供强大的惯性初动力。由于M6、M7更是涉及到供热温度、负荷偏差等重要参数，因此这些手段并不能长时间使用，必须要遵循短时间、一次性的开大原则，之后再进行恢复的时候也要逐步缓慢关小，从而放大惯性动力的作用。

四、调整后机组经济性分析

通过对M1-M7方法的合理运用，丙值#1机组为试验班组，其他值均未使用本文所述调整手段，在煤质不变的情况下，由于压力得到有效提升后，机组带负荷能力增强，在保障同等供热水平、同煤种相同煤量的情况下，同比不调整的状态下平均每小时能多发电7.5MW/h左右。参考2016年度热电公司提供数据，按照上网电价0.38元/度、全年单机组平均利用小时4510h计算，单机组全年可增加收益近1285万元。

另外通过对锅炉二次风配风调整后，由于火焰中心的下移，再热蒸汽温度得到有效控制，超温现象减少，再热器减温水投入量明显降低。在煤质、蒸汽流量不变的情况下，每小时可节约3.5t/h左右再热减温水用量，全年可节省约15.33万元。

结 论：

由于汽包锅炉存在蓄热能力的特性，当燃烧十分稳定的时候，为了破坏这种稳定的状态，需要用外因——负荷变化、内因——改变燃烧的手段来为其提供足够的改变惯性动能。当动能不足时，例如单个使用M1、M2、M3、M4的方法时并不能对参数带来太大改变，为了使锅炉参数，尤其是主汽压力达到质的飞跃，我们需要将M1-M7这些手段同时并配合使用：先用M1-M4的方法对锅炉本身燃烧进行本质改变之后再利用M5-M7提供的大量初动能使压力快速上升至较高水平并较长时间维持在该水平，再将调门、供热等参数进行缓慢逐步恢复，这样就可以将主汽压力快速的提升并维持在很高的水平，从而增加机组长时间的稳定较高出力。

参考文献：

[1]330MW机组运行规程，Q/GDCD-105.002-2014.2014.04.

[2]330MW机组辅机运行规程，Q/GDCD-105.002-2014.2014.04.

[3]发电厂集控运行技术问答，中国电力出版社.2003.02.

作者简介：

牟 超：集控运行工程师，从事集控运行专业，工作单位：国电承德热电有限公司；单位地址：河北省承德市双滦区滦河镇；邮政编码：067102。

马会武：集控运行工程师，从事集控运行专业，工作单位：国电承德热电有限公司；单位地址：河北省承德市双滦区滦河镇；邮政编码：067102。