600ＭＷ四角切圆燃烧锅炉深度调峰试验调整及优化

600ＭＷ四角切圆燃烧锅炉深度调峰试验调整及优化

任朝圣，谢一鹏

（贵州盘江电投发电公司分公司，贵州盘州553531）

摘要：随着特高压输电、新能源发电的迅速发展，火电机组面临日益严峻的调峰形势。参与深度调峰是火电机组顺应电力发展的必然，提高锅炉的稳燃能力是深度调峰的重要方面。以某台600ＭＷ四角切圆燃烧锅炉为对象，开展了深度调峰稳燃能力试验。在不同负荷下，通过调整低挥发分的比重，找出了锅炉稳燃时低挥发分煤对应负荷下的掺烧比例上限。经调整优化煤粉细度、风煤比、运行氧量、燃尽风率、燃烧器组合方式、燃煤热值以及二次风配风方式等参数，将锅炉不投油最低稳燃负荷控制在229ＭＷ。通过试验发现：低负荷时锅炉燃用煤质的挥发分应不低于设计煤质，同时找出了约束锅炉深度调峰的问题所在，并提出了相应的改造措施。

关键词：深度调峰；四角切圆燃烧；煤种适应性；稳燃能力；调整；改造措施

０前言

提高终端能源消费的清洁化水平是目前我国重要的战略需求［1］。随着特高压跨区域输送电和风电、光伏等新能源发电的大力发展，而社会用电负荷增速逐渐减缓，火电机组利用小时数将会逐年下降，面临的调峰形势日益严峻，特别是供暖季，为保民生，“以热供电”模式大幅降低了供热机组的调峰能力，这使得用电负荷低谷时纯凝机组的电负荷更低，锅炉甚至需要投油助燃［2］。具有随机性、不连续性和逆调峰特性的风电大规模并网，进一步加剧了系统调峰压力，也给承担电网系统调峰的煤电机组带来了新的挑战［3］。火电机组特别是600MW超临界火电机组现已成为电网主力调峰机组并频繁参与负荷调节［4］。提高燃煤锅炉的低负荷稳燃能力是火电机组提高自身调峰能力的重要方面。为此，很有必要在不投油的情况下，对锅炉进行深度调峰试验，并进行精细化燃烧调整，摸索出锅炉安全、环保运行的负荷下限，并掌握低负荷时锅炉的燃烧性能、煤种适应性等，并为锅炉侧的灵活性改造提供基础数据［5］。

１试验对象概述

文中以某600MW纯凝机组的锅炉为试验对象。该锅炉为某公司生产的超超临界压力、变压运行的直流锅炉，四角切圆燃烧、单炉膛、尾部双烟道、一次中间再热、平衡通风、全钢架悬吊结构、П型露天布置，炉底采用风冷固态排渣。采用SCR脱硝系统，布置在省煤器与空气预热器之间。采用正压直吹制粉系统，配６台双进双出钢球磨煤机，磨煤机出口为静态分离器。燃烧方式采用低NOx同轴燃烧系统。煤粉燃烧器为固定式燃烧器，水平浓淡分离，浓煤粉朝向火侧，淡煤粉朝背火侧；二次风与一次风相间布置，共有６层煤粉喷嘴，上方布置５层可上下、水平摆动的分离燃尽风（SOFA）喷嘴。Ｂ层燃烧器是微油点火燃烧器，其他５层燃烧器配置有对应的点火油枪。在实际运行中，由于燃煤繁杂且掺烧不当、运行参数控制欠佳等原因，在负荷低于260ＭＷ时，容易出现燃烧不稳定现象，需要投油稳燃来满足低负荷的调峰要求。为适应当下的调峰局势，根据该机组的实际情况，开展深度调峰试验和调整优化，摸索现有的调峰深度、辅机状况、环保装置状况等，找出限制调峰深度的问题所在，为灵活性改造指明方向。

２深度调峰试验方法

影响锅炉深度调峰的因素主要是燃烧特性和锅炉燃烧稳定性。煤电机组的环保排放要求越来越严格，而低负荷时SCR入口烟温普遍较低，严重影响脱硝系统的正常投运，所以SCR入口烟温也是影响锅炉深度调峰的主要因素。此外，水动力特性、辅机运行的安全性等对锅炉深度调峰有一定的影响。

2.1混煤掺烧

从稳燃的角度，可以燃煤分为３类：第１类是煤种１、煤种２，挥发分高，煤粉容易着火，一般布置在靠下的燃烧器，对锅炉低负荷稳燃有利，但运行中要控制好煤粉细度和一次风速度，防止烧毁燃烧器；第２类是煤种３、煤种４，挥发分接近设计煤质，与锅炉适应性强，但煤种４的硫分较大，不但增加了脱硫成本，还增大了尾部烟道低温腐蚀的概率；第３类是煤种５、煤种６，挥发分偏低，煤粉着火困难，低负荷时容易引起燃烧不稳定，一般布置在靠上的燃烧器，运行中可通过提高煤粉细度和浓度、磨煤机出口温度等措施来降低其着火温度。煤种６的硫分大，会提高烟气的露点温度。试验时，采用“分仓上煤，磨内混合，炉内掺烧”的混煤掺烧方式，保持３台磨煤机运行。深度调峰试验期间燃用煤质如下配置：

（1）在进行煤种适应性试验时，保持B、C、D磨煤机运行，其中，Ｂ磨煤机对应第１类煤种，Ｃ磨煤机２个煤仓分别装入第２类煤种，Ｄ磨煤机２个煤仓分别装入第３类煤种。主要目的是摸清锅炉稳燃负荷与第３类煤种掺烧比例高限的对应关系，掌握低负荷时的煤种适应性。

（2）在进行稳燃能力燃烧调整试验时，投运的磨煤机全部燃用接近设计挥发分的第２类煤种。主要目的是摸索锅炉在保证安全、环保运行时的最低稳燃负荷，找出限制深度调峰的瓶颈所在。

2.2燃烧调整的参数

根据锅炉燃烧调整分析，试验调整的参数包括煤粉细度、磨煤机风煤比、运行氧量、燃烧器组合方式、SOFA风门开度、燃煤热值、二次风配风方式等。

试验从300MW开始降负荷，当负荷降至242MW时，锅炉干态运行，辅机运行正常，但炉膛负压波动明显增大，SCR系统入口烟温303℃。针对锅炉燃烧不稳定和SCR系统入口烟温较低的问题，开展调整优化试验，并且待到燃烧稳定性和SCR系统入口烟温得到改善后，继续降负荷。如果试验任一约束条件经调整也无法满足的，可认定此时的锅炉负荷即为深度调峰的下限。

３深度调峰试验

试验时，机组采用经常性运行方式，机组切为“机跟随”模式。

3.1煤种适应性试验

试验分别在300MW、285MW、270MW、260MW、250MW进行。在每个负荷点，保持负荷稳定，逐渐增加D磨煤机出力，降低B磨煤机出力，直到炉膛燃烧接近不稳定燃烧，此时D磨煤机出力比重即为第３类煤质在该负荷下锅炉稳燃的掺烧比例高限。随着负荷的降低，第３类煤质的掺烧比例高限不断降低，当负荷低于250MW时，不适宜掺烧低挥发分煤。燃煤挥发分越低，对应的着火温度越高，越不容易着火。负荷的降低，使得炉膛温度随之降低，低挥发分燃煤不易着火，对锅炉燃烧稳定性不利。

3.2调整煤粉细度试验

机组负荷242MW时，将３台磨煤机出口的分离器挡板分别定在45°、40°、35°、30°进行试验。随着煤粉细度的降低，SCR系统入口烟温略有降低，炉膛负压波动幅度减小，灰渣含碳量逐渐降低，但SCR系统入口NOx质量浓度没有明显变化。降低煤粉细度，使得煤粉颗粒比表面积增加，在相同的体积内会有更多的煤粉颗粒与氧气接触，有利于降低煤粉的着火温度，煤粉容易着火，对改善锅炉燃烧稳定性有利，同时也有利于煤粉的燃尽。而煤粉着火提前，会造成炉内火焰中心有所下降，使得SCR系统入口烟温也随之略有降低。低负荷时，降低煤粉细度，双进双出钢球磨煤机单耗变化不明显。综上，为稳定锅炉燃烧，将分离器挡板控制在30°较为合适。

3.3调整风煤比试验

在机组负荷236MW时，保证煤粉正常输送的情况下，试验调整磨煤机的风煤比分别为2.0，1.9，1.8，1.7降低磨煤机风煤比，可减小炉膛负压波动幅度，灰渣含碳量随之降低，但对SCR系统入口烟温和NOx质量浓度没有明显的影响。降低风煤比，煤粉浓度增加，煤粉着火温度降低，有利于增强锅炉燃烧稳定性。另外，风煤比的降低，使得煤粉细度有所降低，同样有利于锅炉稳定燃烧。当风煤比为１.７时，计算的喷口风速约20.3m/s，不影响燃烧器的安全，并且２台一次风机并列运行正常。所以，将磨煤机的风煤比控制在1.7。

3.4调整运行氧量试验

负荷232MW时，调整省煤器出口氧量在4.5％、5.0％、５.５％、6.0％、6.5％、7.0％进行试验，随着氧量的升高，炉膛负压波动幅度先减少后增加，SCR系统入口烟温逐渐升高，灰渣含碳量先有所降低后又升高，SCR系统入口ＮＯｘ质量浓度逐渐增加。当氧量小于4.5％、大于6.5％时，炉膛负压波动幅度较大，这是因为氧量严重偏离合适值；氧量的升高，增大了总的烟气流量，使得SCR系统入口烟温逐渐升高；当氧量小于5.0％、大于6.5％时，灰渣含碳量较大，这分别是因煤粉缺氧燃烧、氧量偏大使炉内平均温度降低造成的；SCR系统入口NOx质量浓度与氧量保持正向关系，使得氧量增大时，脱硝成本随之提高。另外，随着氧量的增加，一方面锅炉效率因排烟热损失的增加而下降，另一方面送风机、引风机的功率也随之增加，提高了厂用电率，使机组的效率下降。综合分析后，将运行氧量控制在6.0％左右。

５结语

综上，试验发现降低风煤比和煤粉细度、合适的运行氧量、合适的燃尽风率、燃烧器集中布置有助于锅炉低负荷稳燃；调整运行氧量、燃烧器组合方式、燃尽风率、燃煤热值对SCR系统入口烟温有明显的影响，其中以运行氧量和燃烧器组合方式的影响较大；二次风分配方式对燃烧稳定性和SCR系统入口烟温无明显作用。本次试验发现了约束锅炉深度调峰的问题所在，并给出了相应的改造措施，为炉侧灵活性改造积累了原始数据，指出了方向，同时对同类型锅炉的深度调峰有一定的借鉴作用。

参考文献

［1］黄晨，武广富，郑威．火电机组灵活性提升技术研究［J］．电站系统工程，2018，34（3）：14-16；20．

［2］苏鹏，王文君，杨光，等．提升火电机组灵活性改造技术方案研究［J］．中国电力，2018，51（5）：87-94．

［3］张宁，周天睿，段长刚，等．大规模风电场接入对电力系统调峰的影响［J］．电网技术，2010，34（1）：152-158．

［4］焦庆丰，雷霖，李明，等．国产600ＭＷ超临界机组参与电网调峰运行技术研究与应用课题总结报告［R］．长沙：湖南省电力公司科学研究院，2011．

［5］雷霖，焦庆丰，张栋梁．煤质对超临界600ＭＷ机组调峰特性影响的试验研究［J］．热力发电，2013，42（８）：55-58．

作者简介：任朝圣（1990.08），男，贵州六盘水人，助理工程师，本科学历，主要从事火电厂集控运行工作。