火电厂燃煤机组深度调峰技术分析

火电厂燃煤机组深度调峰技术分析摘要：目前在我国电力系统中，常规火力发电依然占有较高的比例，当电力系统中不确定性电源占比较高时，常规的火电机组需要进行深度调峰，以满足系统内的功率实时平衡和系统的安全稳定运行。深度调峰即火电机组在电网调度指令下运行出力在50%以下甚至更低的水平，这样的运行状态对火电机组具有较大的影响，会折损火电机组的运行寿命，并且也不利于火电机组的安全经济运行。本文详细分析了火电厂燃煤机组深度调峰技术，在实际中具有较强的实际应用价值。关键词：燃煤机组；深度调峰；精细化运行由于风电、光伏发电的随机性、间歇性较强，其大规模并网给电网的安全稳定运行带来了负面影响。为提高可再生能源的消纳能力，承担着全国70%以上发电量的火电机组须承担电网的调峰任务。提高燃煤机组深度调峰能力主要包括两个方面：1）锅炉精细化运行调整；2）提高机组主辅机及其环保装置在低负荷下的设备适应性。本文将就燃煤机组深度调峰的主要技术进行论述，为即将开展火电灵活性改造的机组提供改造思路。1锅炉精细化运行调整当前300MW以上新投产烟煤机组的设计不投油稳燃负荷为35%额定负荷左右，但实际运行时最低稳燃负荷仅为50%额定负荷左右。可见，大部分锅炉的低负荷稳燃能力值得挖掘。锅炉精细化运行调整旨在在现有煤质和设备条件下挖掘锅炉的低负荷稳燃能力，其包括以下方面。1.1粉管一次风速大小及其偏差调整研究发现随着煤阶的增加，最低着火温度对应的煤粉浓度逐步增加，如烟煤的最佳煤粉浓度约为0.5kg/kg，贫煤、无烟煤为1.0kg/kg以上。然而，大部分锅炉实际运行过程中，粉管内平均煤粉浓度仅为0.3~0.4kg/kg。因此，应先将各粉管一次风速偏差调平，在确保不堵管的前提下，适当降低一次风速，增加粉管内煤粉浓度。1.2煤粉细度调整随着煤粉细度的降低，煤粉颗粒的比表面积增加，煤的表观活化能大大降低，有利于挥发分的析出和颗粒的非均相着火。研究发现随着煤粉粒径的降低，煤粉着火温度明显降低，以晋城无烟煤为例，煤粉平均粒径从90μm降低至60μm后，其着火温度从640℃左右降低至570℃左右。在机组深度调峰期间，可通过调整磨煤机分离器挡板或转速，在保证磨煤机运行安全的前提下降低煤粉细度。1.3配风方式调整配风方式对锅炉低负荷稳燃能力的影响与燃烧器的结构形式有关。针对四角切圆锅炉，低负荷下应适当关小周界风，降低煤粉着火热，同时投运燃烧器之间的辅助风开度应合适，过大或过小都不利于低负荷稳燃；针对前后墙对冲旋流燃烧器，低负荷下内二次风风量应适当关小，过大会增加煤粉的着火热。1.4燃烧器旋流强度调整对前后墙对冲燃烧锅炉，可通过调整燃烧器旋流强度改变燃烧器喷口一、二次风和高温烟气的流场分布，调节煤粉的着火距离。在一定范围内，旋流强度越大，高温烟气回流量越大，煤粉着火越容易，着火距离越近，燃烧越稳定，但旋流强度过大会导致气流“飞边”现象，引起风粉分离，反而不利于低负荷稳燃。因此，低负荷下燃烧器应维持相对较强的旋流强度，同时确保二次风对煤粉有较好的“包裹”作用。1.5运行氧量调整合适的运行氧量有利于提高锅炉低负荷稳燃能力。运行氧量过大，总风量增加，会导致炉内平均温度降低，影响燃烧稳定性；反之，运行氧量过小，一、二次风混合变差，炉内煤粉颗粒燃烧不完全，也会威胁锅炉的燃烧稳定性。考虑到锅炉低负荷运行过程中，大多存在运行氧量偏大的情况，因此在确保炉内气体和固体可燃物充分燃尽的同时，适当降低运行氧量。1.6磨煤机投运方式调整磨煤机投运方式对锅炉低负荷稳燃能力的影响十分明显。相对于分散火嘴燃烧，集中火嘴燃烧稳定性更强，因此低负荷下应投运相邻的燃烧器。此外，适当减少磨煤机或给粉机的投运台数，粉管煤粉浓度会相应提高，热负荷会更加集中，锅炉低负荷稳燃能力也会增强。2提高主辅机及环保装置适应性机组在深度调峰过程中，可能存在设备低负荷下适应性差问题，制约其深度调峰能力，因此需提高主辅机及环保装置的适应性。2.1锅炉受热面超温锅炉低负荷下炉膛火焰充满度较差，可能存在偏烧的现象，且工质流量低，水动力特性变差，易发生水冷壁等受热面超温现象，尤其当直流锅炉湿态转干态时其受热面超温现象较为突出。因此，深度调峰的机组需要开展锅炉水动力核算和受热面壁温偏差计算，以及相关的摸底试验，以确定锅炉安全运行的负荷下限。针对直流锅炉，需通过水动力计算确定干态安全运行的最低给水流量。对于因热负荷偏差导致的受热面超温，可以通过调整配风方式、磨煤机投运方式等运行优化来缓解，必要时可进行受热面的材料升级。2.2磨煤机振动、风机喘振磨煤机低出力下易出现振动现象，风机低出力下也易出现“抢风”、“喘振”等现象，从运行方式上可采取减少磨煤机投运台数、单风机运行的方式来提高其运行稳定性，也可开展磨煤机、风机变频等改造来实现彻底根治。2.3空预器堵塞和低温腐蚀对于空预器堵塞和低温腐蚀，须降低氨逃逸率和提高空预器的冷端综合温度，开展喷氨优化调整与控制，低负荷下通过投运暖风器、热风再循环等方式提高空预器入口风温；或采取暖风器与低温省煤器联合系统，利用烟气余热加热冷一、二次风，将空预器入口风温提高至50-70℃，缓解空预器堵塞和低温腐蚀的同时，提高机组运行的经济性。2.4水平烟道积灰锅炉深度调峰至35%额定负荷以下时，水平烟道风速将低至5m/s以下，烟道积灰将趋于严重，长期低负荷运行需要考虑烟道积灰后烟道载荷增加，开展烟道结构强度和基础校核，必要时增加除灰清灰装置。目前，防止低负荷水平烟道积灰的主要措施有加装蒸汽吹灰器、加装压缩空气风帽、增加落灰斗等。2.5脱硝装置入口烟温低受脱硝催化剂活性和寿命的影响，绝大多数燃煤机组脱硝装置的工作温度在290-420℃。锅炉深度调峰期间，脱硝装置入口烟温低于允许工作温度就会导致脱硝装置退出运行。对此有2种解决思路：一是开发工作温度范围更广的脱硝催化剂，确保高、低负荷下催化剂的活性满足脱硝需求，该项技术在工程上鲜有应用；二是开展提高低负荷下脱硝装置入口烟温改造，主要的改造技术有省煤器外部烟气旁路技术、省煤器内部烟气旁路技术、省煤器给水旁路技术、热水再循环技术、分级省煤器技术等。2.6布袋除尘器入口烟温低根据入炉煤质的不同，配置有布袋除尘器的电厂会对除尘器入口烟温设置一低限值，当布袋除尘器入口烟温低于烟气酸露点时，就会存在结露的风险。因此，对于深度调峰的机组，应确保其布袋除尘器入口烟温不低于其低限值。目前，提高布袋除尘器入口烟温的主要技术方案有空预器烟气旁路改造、提升空预器入口风温改造、受热面改造等。3结语近年来电力系统中可再生能源发电的装机容量在不断扩大，可再生能源发电在系统中的占比不断提高，可再生能源发电已经成为我国重要的能源形式之一。但可再生能源出力具有随机性和波动性，大量可再生能源并网后会给系统带来一定的冲击和挑战，本文总结了火电机组深度调峰技术，以使可再生能源并网后系统仍能保持稳定运行。参考文献[1]李军徽，张嘉辉，穆钢，等.储能辅助火电机组深度调峰的分层优化调度[J].电网技