摘 要：燃煤火電機(jī)組開展深度調(diào)峰有利于提高電網(wǎng)調(diào)峰和新能源消納能力?，F(xiàn)分析了600 MW發(fā)電機(jī)組低于安全負(fù)荷進(jìn)行深度調(diào)峰時存在的風(fēng)險，并以某電廠超臨界600 MW機(jī)組為例，通過分析以及實踐，結(jié)合對深度調(diào)峰過程中關(guān)鍵參數(shù)的約束，在無設(shè)備改造的前提下，實現(xiàn)了在無助燃方式下調(diào)峰至220 MW負(fù)荷的目標(biāo)，為同類深度調(diào)峰機(jī)組提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：超臨界鍋爐;深度調(diào)峰;低負(fù)荷穩(wěn)燃;汽溫

0? ? 引言

“十三五”以來，風(fēng)電、太陽能等新能源的裝機(jī)容量呈迅速增長態(tài)勢，國家不斷加大在新能源發(fā)電方面的投入，使得風(fēng)力、太陽能發(fā)電和核電的占比不斷提高，而風(fēng)能、太陽能是間歇性能源，核電受安全限制調(diào)峰能力弱，導(dǎo)致電網(wǎng)接納和電網(wǎng)安全等問題日益突出，迫切需要通過火電機(jī)組超常規(guī)深度低谷調(diào)峰來解決這些問題[1]。隨著電力市場改革日益深入，調(diào)峰補(bǔ)貼不斷提高，這也鼓勵了火電機(jī)組進(jìn)一步深挖機(jī)組調(diào)峰能力，實現(xiàn)深度調(diào)峰。

機(jī)組深度調(diào)峰過程中存在諸多因素制約機(jī)組的安全運(yùn)行，如低負(fù)荷時燃燒的穩(wěn)定、汽溫的穩(wěn)定、汽輪機(jī)末級葉片的安全、輔助設(shè)備調(diào)峰能力的限制等等。為避免深度調(diào)峰影響機(jī)組安全運(yùn)行，需要深入分析可能出現(xiàn)的風(fēng)險，并通過合適的運(yùn)行調(diào)節(jié)方法或必要的設(shè)備改造解決調(diào)峰難題。

1? ? 機(jī)組概述

茂名熱電廠#7機(jī)組于2012年建成投入商業(yè)運(yùn)行，該機(jī)組采用東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)制造的超臨界壓力、一次中間再熱、沖動式、單軸、三缸四排汽、雙背壓、抽汽凝汽式汽輪機(jī)，型號為CC600/523-24.2/4.2/1.0/566/566，額定出力為600 MW;鍋爐型號為DG1920/25.4-Ⅱ6，是國產(chǎn)600 MW超臨界參數(shù)變壓直流本生鍋爐，一次再熱、單爐膛、尾部雙煙道結(jié)構(gòu)，采用煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫，前后墻對沖燃燒[2]。鍋爐共配置6臺磨煤機(jī)，底層為E層和F層燃燒器，E層燃燒器配置有等離子助燃，F(xiàn)層燃燒器配置有微油助燃，其他層燃燒器投產(chǎn)之初配置有大油槍，隨后經(jīng)過改造已全部取消。根據(jù)鍋爐、汽輪機(jī)及控制系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)，該機(jī)組在投AGC模式下調(diào)峰負(fù)荷范圍為300～600 MW，投等離子情況下最低穩(wěn)燃負(fù)荷為240 MW，投AGC情況下負(fù)荷增減速率為9 MW/min。

2? ? 深度調(diào)峰面臨問題和風(fēng)險分析

制約機(jī)組深度調(diào)峰的因素主要有：

2.1? ? 鍋爐調(diào)峰運(yùn)行最低負(fù)荷限制

鍋爐的深度調(diào)峰最低負(fù)荷受鍋爐不投等離子（油）穩(wěn)燃、水動力特性及鍋爐干濕態(tài)運(yùn)行等方面的限制[3]。為了降低燃料成本，該機(jī)組加大了印尼煤摻燒比例，平時摻燒比例為50%～80%，印尼煤發(fā)熱量較低、水分含量較高，低負(fù)荷時爐膛燃燒抗干擾能力差，有可能燃燒不穩(wěn)，發(fā)生滅火等惡性事故。低負(fù)荷運(yùn)行時，汽水分離器內(nèi)經(jīng)常會出現(xiàn)水位，如果調(diào)整不好，可能由干態(tài)運(yùn)行轉(zhuǎn)為濕態(tài)運(yùn)行，造成溫度突降、壁溫越限等后果。

2.2? ? 汽輪機(jī)調(diào)峰運(yùn)行最低負(fù)荷限制

與鍋爐的安全運(yùn)行相同，汽輪機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)行期間也會出現(xiàn)蒸汽流量低引起的末級葉片過熱、汽輪機(jī)振動、末級葉片汽蝕以及輔助系統(tǒng)抽汽量不足等問題。

2.3? ? 環(huán)保系統(tǒng)調(diào)峰限制

當(dāng)機(jī)組負(fù)荷過低時，脫硝入口煙氣溫度將低于305 ℃，此時必須采取相應(yīng)的運(yùn)行或改造措施提高煙溫，否則煙氣溫度低于最低投運(yùn)溫度后反應(yīng)效率無法達(dá)到最優(yōu)，就會縮短催化劑使用壽命;同時未反應(yīng)的氨蒸汽會和三氧化硫發(fā)生反應(yīng)生成硫酸氫氨，堵塞空預(yù)器、電除塵器，給機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來威脅。

2.4? ? 主要輔助系統(tǒng)調(diào)峰能力限制

（1）機(jī)組負(fù)荷低至40%以下時，單臺給水泵流量降至350 t/h以下，給水泵進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)域，而且接近給水流量低低跳閘值（310 t/h），且低于330 t/h會導(dǎo)致再循環(huán)門全開，使給水泵退出運(yùn)行，造成給水流量波動，極端情況下甚至?xí)?dǎo)致給水流量低低跳機(jī)。

（2）機(jī)組處于低負(fù)荷工況，主蒸汽壓力較低，會導(dǎo)致小機(jī)低壓汽源壓力不足，易導(dǎo)致給水泵小機(jī)停運(yùn)，給機(jī)組安全運(yùn)行帶來很大隱患[3]。

2.5? ? 協(xié)調(diào)及控制系統(tǒng)調(diào)峰限制

機(jī)組原控制系統(tǒng)的INFIT-CCS投運(yùn)低限負(fù)荷為260 MW，負(fù)荷下限的降低，會導(dǎo)致INFIT-CCS系統(tǒng)自動退出，可能造成機(jī)組由干態(tài)轉(zhuǎn)為濕態(tài)運(yùn)行，汽溫出現(xiàn)大幅度波動，因此必須對控制系統(tǒng)進(jìn)行更完整的升級，使INFIT-CCS系統(tǒng)滿足深度調(diào)峰負(fù)荷下的控制需求。

3? ? 針對深度調(diào)峰的實踐及措施

面對日益嚴(yán)格的深度調(diào)峰要求，根據(jù)低負(fù)荷運(yùn)行時的安全風(fēng)險，茂名熱電廠通過實踐，有針對性地制定了一系列措施來控制風(fēng)險，并成功實現(xiàn)了220 MW負(fù)荷下不投等離子（油）助燃安全穩(wěn)定運(yùn)行，實現(xiàn)了深度調(diào)峰負(fù)荷下限的突破，并通過AGC儲能項目的實施提高了調(diào)峰過程中的中標(biāo)率，增加了調(diào)峰調(diào)頻收益。

3.1? ? 汽溫控制

為了防止受熱面超溫，在220 MW負(fù)荷時應(yīng)適當(dāng)降低汽溫運(yùn)行。機(jī)組負(fù)荷220 MW時，主/再熱汽溫不宜大于565/560 ℃。任何情況下都不應(yīng)有過熱器/再熱器局部超溫情況，否則應(yīng)降低汽溫運(yùn)行直至不超溫為止。

3.2? ? 負(fù)荷速率控制

低負(fù)荷下變負(fù)荷速率過大會導(dǎo)致煤量過調(diào)引起不穩(wěn)定，造成汽溫波動過大，且蒸汽參數(shù)降低，接近布萊登汽封不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)間180 MW，可能引起汽流激振或局部動靜碰磨，導(dǎo)致#1、#2軸振升高，設(shè)備異常磨損。因此，低負(fù)荷運(yùn)行區(qū)間（220～300 MW）應(yīng)降低負(fù)荷變化速率，嚴(yán)格控制蒸汽溫度、壓力變化速率在規(guī)程限值范圍內(nèi)。通過實踐可知，不同負(fù)荷段的變負(fù)荷速率控制不應(yīng)大于表1數(shù)值。

3.3? ? 給水控制

根據(jù)給水泵運(yùn)行情況及時調(diào)整再循環(huán)門開度，兩臺汽泵運(yùn)行，負(fù)荷降至250 MW時需要全開再循環(huán)門。減負(fù)荷過程中給水泵不應(yīng)長時間達(dá)到最低轉(zhuǎn)速3 000 r/min，最低負(fù)荷時仍需有100 r/min左右的調(diào)節(jié)余量，否則應(yīng)開大再循環(huán)門或提高主汽壓力。INFIT系統(tǒng)退出后，調(diào)整給水時應(yīng)根據(jù)水煤比適當(dāng)微調(diào)，根據(jù)過熱度和低過入口汽溫變化及時調(diào)整，做到勤調(diào)、細(xì)調(diào)，避免大幅調(diào)整給水，以免水煤比長時間偏離正常值。

3.4? ? 燃燒調(diào)整

投、切磨煤機(jī)過程中應(yīng)及時調(diào)整相應(yīng)的二次風(fēng)門和燃盡風(fēng)門。機(jī)組減負(fù)荷過程中降至280 MW以下，開始投入等離子助燃，250 MW以下投入不少于3支等離子助燃。負(fù)荷穩(wěn)定后，在負(fù)壓以及燃燒穩(wěn)定情況下間隔30 min逐個退出等離子直至全部退出，爐膛負(fù)壓波動超過300 Pa時及時投入等離子穩(wěn)燃。應(yīng)盡量提高磨煤機(jī)入口風(fēng)溫和出口溫度，在磨煤機(jī)排渣量正常和出口溫度允許的情況下適當(dāng)減少一次風(fēng)量。INFIT系統(tǒng)退出運(yùn)行時儲水罐水位不宜長時間高于15 m，否則應(yīng)通過強(qiáng)化燃燒、水冷壁吹灰、適當(dāng)提高主汽溫度等措施及時降低該水位。

3.5? ? 脫硝控制

減負(fù)荷過程中及時預(yù)先降低NOx排放定值，避免排放超標(biāo)。低負(fù)荷運(yùn)行時注意脫硝反應(yīng)器入口煙溫是否滿足條件，否則應(yīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)煙氣擋板偏再熱器側(cè)，盡量滿足最低煙溫要求。

在鍋爐屏過不超溫、屏過出口汽溫合理的情況下，盡量開大燃盡風(fēng)門開度，降低脫硝反應(yīng)器入口NOx濃度。

3.6? ? 小機(jī)汽源

保持小機(jī)低壓汽源備用汽源（輔汽至小機(jī)汽源）以及高壓汽源在暖管備用狀態(tài)，小機(jī)低壓汽源壓力低于0.3 MPa或者低壓調(diào)門全開時及時進(jìn)行轉(zhuǎn)換汽源操作，負(fù)荷在220 MW時可適當(dāng)設(shè)高主汽壓力，確保四段抽汽壓力不低于0.3 MPa。

3.7? ? 進(jìn)行INFIT-CCS升級改造

#7機(jī)組原DCS協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)由于控制策略不完善，整體調(diào)節(jié)性能較差。2018年5月份，對原有協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行完善，增加INFIT-CCS控制，更有利于調(diào)整汽溫、汽壓及脫硝穩(wěn)定。INFIT-CCS系統(tǒng)投入原最低負(fù)荷為260 MW，通過升級改造，將投入該系統(tǒng)負(fù)荷下限改為240 MW，更利于低負(fù)荷情況下系統(tǒng)調(diào)整穩(wěn)定，今后還可再進(jìn)一步降低投入最低負(fù)荷。

3.8? ? 實施AGC儲能項目

為了提高AGC調(diào)節(jié)性能，增加AGC調(diào)頻中標(biāo)率，茂名熱電廠實施了儲能系統(tǒng)應(yīng)用項目。配置一套公用電儲能系統(tǒng)，同時接入5、6、7號機(jī)組6 kV母線段，并實現(xiàn)儲能系統(tǒng)與5、6、7號機(jī)組接入的互鎖和切換功能，以提高AGC調(diào)頻性能。

4? ? 深度調(diào)峰收益估算

2019年10月份，#7機(jī)組開始進(jìn)行深度調(diào)峰試驗，在保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行基礎(chǔ)上，通過不斷總結(jié)經(jīng)驗，目前基本可以保證220 MW負(fù)荷下無助燃方式的穩(wěn)定運(yùn)行，多次順利完成了調(diào)峰任務(wù)，同時創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

根據(jù)南方電網(wǎng)《關(guān)于調(diào)整廣東部分輔助服務(wù)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的通知》規(guī)定，燃煤機(jī)組、生物質(zhì)機(jī)組深度調(diào)峰出力在額定容量40%～50%的，按照3×R4的標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)償;深度調(diào)峰出力在額定容量40%以下的，按照6×R4的標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)償[4]。之前最低調(diào)峰負(fù)荷為240 MW（額定負(fù)荷40%），可以補(bǔ)償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)為66元/MWh;現(xiàn)在通過多方面采取措施，將最低負(fù)荷調(diào)整至220 MW（額定負(fù)荷36.7%），可以補(bǔ)償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)為132元/MWh。按照以往經(jīng)驗，深度調(diào)峰多發(fā)生在01：00—06：00，按照每月深度調(diào)峰100 h估算，深度調(diào)峰到220 MW每月可比之前增加補(bǔ)償收益為（240-220）×132×100=264 000元，深度調(diào)峰收益顯著。

5? ? 結(jié)語

本文以茂名熱電廠#7機(jī)組為例，對深度調(diào)峰面臨的問題和風(fēng)險進(jìn)行了分析，通過不斷實踐完善，制定了一系列針對性措施和調(diào)整方法，實現(xiàn)了220 MW負(fù)荷下無助燃方式的穩(wěn)定運(yùn)行，多次順利完成調(diào)峰任務(wù)，滿足了電網(wǎng)深度調(diào)峰需求，同時創(chuàng)造了良好的收益，初步估算，每月可以增加調(diào)峰補(bǔ)償26.4萬元。今后還可在給水泵控制邏輯完善、增加小機(jī)低壓汽源自動切換、增加低負(fù)荷下穩(wěn)燃自動投入、完善INFIT-CCS功能、空預(yù)器在線沖洗技術(shù)以及燃燒器風(fēng)粉均衡調(diào)整等方面進(jìn)行技術(shù)嘗試，進(jìn)一步深入挖掘機(jī)組深度調(diào)峰的能力，結(jié)合電網(wǎng)的深度調(diào)峰補(bǔ)貼政策，完善出一個與機(jī)組設(shè)備、煤質(zhì)、運(yùn)行狀況相匹配的最佳方案，從而實現(xiàn)收益最大化。

[參考文獻(xiàn)]

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[2] 600 MW機(jī)組集控運(yùn)行規(guī)程主機(jī)部分：Q/MZN-103.501—2016[S].

[3] 劉向治.淺談600 MW超臨界機(jī)組深度調(diào)峰技術(shù)[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)（學(xué)術(shù)版），2014，33（11）：44-45.

[4] 南方區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實施細(xì)則（2017版）[Z].

收稿日期：2020-04-08

作者簡介：姜杉（1981—），男，浙江江山人，高級政工師，研究方向：火力發(fā)電、熱能與動力、集控運(yùn)行技術(shù)、人力資源管理。