(国家能源集团谏壁发电厂)
摘要:2019年大部分时期，机组在加减负荷过程中，主、再汽温均出现明显下跌情况，且在长期低负荷工况下，汽温也处在较低的水平，造成了机组循环热效率的降低，同时不利于机组的长周期安全、稳定、高效运行。因此，通过技术手段提高主、再汽温动态稳定性迫在眉睫。本文对机组负荷波动时，主、再汽温异常下跌的情况进行了分析，找到了加、减负荷时气温下跌的两大原因，并针对这两大原因，分别提出了两种解决方案，经方案实施后，成功抑制了机组加、减负荷时，主、再汽温的异常下跌，为机组安全、经济、环保运行提供了更坚实的保障。
关键词:1000MW锅炉；变负荷；汽温下跌；一次风量；煤水比；二次风配风；低氮燃烧器改造；火焰中心；函数曲线
1锅炉简介及运行现状
该锅炉为上海锅炉厂生产的1000MW超超临界压力参数变压运行螺旋管圈直流锅炉，单炉膛塔式布置，四角切向燃烧，摆动喷嘴调温，平衡通风、全钢架悬吊结构、露天布置采用干式排渣的锅炉。采用正压直吹式制粉系统，共6台中速磨煤机，型号为HP1163/Dyn。燃烧器为A-F至下而上布置，F层燃烧器上方配置两层CCOFA风及Ⅰ-Ⅸ层SOFA风。锅炉从炉膛出口开始沿烟气流程的受热面布置顺序为：第一级过热器（逆流）、第三级过热器（顺流）、高温再热器（顺流）、第二级过热器（逆流）、低温再热器（逆流）和省煤器（顺流），全部受热面管束水平布置。
2019年大部分时期机组在加减负荷过程中，主、再汽温均出现明显下跌情况，且在长期低负荷工况下，汽温也处在较低的水平，如下图所示。
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2、变负荷时，主、再汽温下跌的原因分析
2.1 加负荷过程中，主、再汽温下降的原因分析
正常运行中，我们发现由于原磨煤机一次风量与煤量曲线设置不合理，正常工况下煤量所对应的一次风量数值偏高，使得在运行中，磨煤机对应的热一次风门均长时间处于开足状态。
从现象来看，就是加负荷时，给水量及送风量响应快而入炉煤粉量响应滞后，煤水比失调，直接造成了主、再汽温不正常下降。
2.2 减负荷过程中，主、再汽温下降的原因分析
2.2.1 低氮燃烧器改造对主、再汽温的影响
低氮燃烧器改造项目主要通过“空气分级燃烧技术”减少煤炭在燃烧过程中产生的NOx。其主要原理是：煤炭分别在下层燃烧区域缺氧燃烧和上层燃尽区域富氧燃烧，如图所示，可有效防止NOx瞬间增大现象的产生，起到控制和降低NOx生成的目的。
其中，具体分析α下变化对锅炉的影响，当α下逐渐下降时，下层主燃烧区域的缺氧程度逐渐增加；下层主燃烧区域中，未完全燃烧的煤粉及未完全燃烧的气体即还原性可燃气体（CO+H2）的生成量逐渐增多，逐渐增多的煤粉及还原性可燃气体（CO+H2）至上层燃尽区域燃烧，火焰中心高度也随之逐渐上升，主、再汽温相对逐渐升高。反之，当α下异常升高时，下层主燃烧区域进入富氧燃烧阶段，火焰中心高度也随之逐渐下降，主、再汽温相对有所下降。
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图2-2 空气分级燃烧示意图[38]
2.2.2 燃烧器区域二次风挡板对主、再汽温的影响及现状
具体分析我们目前的二次风挡板自动发现，其挡板开度随对应煤量的比例曲线并没有针对低氮燃烧器改造进行特定的优化，直接导致了在减负荷过程中，燃烧器区域二次风挡板开度并未能随煤量的减小而及时关小至合适的位置，造成了下层燃烧区域形成局部富氧，使得炉膛内整个火焰中心下移，主、再汽温异常下跌。
2.3 原因总结
根据上述分析，我们最终发现由于磨煤机一次风量设定值与煤量不匹配，运行中热一次风调门长时间处于开足状态，导致加负荷过程中，煤水比失调，造成主、再汽温异常下跌；燃烧器区域二次风挡板开度与煤量不匹配，导致减负荷过程中，燃烧器区域二次风挡板未能及时收小，α下超出合理范围，火焰中心下移，造成主、再汽温异常下跌。
3、调整优化策略及方案实施
3.1 磨煤机一次风量设定值的修正
结合本机组长时间掺烧褐煤，印尼煤等低热值的煤种，因此我们在研究向下修改磨煤机一次风量需求值的时候，重点通过实验参数优先满足各种工况下低热值，高水分，可磨性差得制粉系统，实验中，我们选取同种负荷工况分别对煤种为印尼煤的E磨煤机进行了四次不同煤种的变一次风量运行实验。
最终，根据具体试验数据得出结论，机组在完全满足静态稳定下，考虑到一定的一次风量安全余量，新磨煤机煤量与一次风量比例关系如下表所示。
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修改后的一次风量参数曲线使得磨煤机热一次风调门有一定的开度余量，确保了加负荷过程中，煤粉量能够及时跟踪上水量及风量的变化，保证了主、再汽温不会出现异常下跌的情况。
3.2 燃烧器区域二次风挡板开度的优化
由于在较低负荷工况下调整SOFA、CCOFA燃尽风挡板开度，可能会导致二次风压下降，低于规程规定的0.5KPA以下，可能影响炉膛内整体二次风刚性，不利于燃烧稳定，因此我们选择调整优化煤层辅助风。
根据多次变负荷时的调试以及低负荷时的试验参数比对，我们重新整定了煤层辅助风挡板开度与煤量比例关系。
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试验中，挡板开度数据以B层煤层辅助风挡板开度为例，记录了不同负荷对应的不同煤量指令下，挡板开度对相关指标的影响，并由此确认了全新的燃烧器区域二次风挡板开度与煤量对应比例关系。
最终，修改后的“燃烧器区域二次风挡板开度与煤量比例曲线”使得机组减负荷过程中，下层燃烧器区域相关二次风挡板能够自动随煤量及时进一步关小，确保了炉膛内部火焰中心位置的稳定，保证了主、再汽温不会出现异常下跌的情况。
4、经济效益
优化一次风量及二次风配风燃烧逻辑后，炉主汽温月均温度提高了0.8℃左右，再热汽温提高了1℃左右，大量节约了发电成本。单独从节约燃煤成本分析，根据《火力发电厂—节能和指标管理技术》计算数据，按平均煤耗290 g／(kW·h)得到的主蒸汽温度每变化1℃影响煤耗0．083 g/(kW·h)，再热蒸汽温度每变化l℃影响煤0．07 g／(kW·h)。以机组日均负荷800 MW计算，机组每年可节约燃煤成本超过50万元。
5、结束语
本文详细的分析了机组在加减负荷过程中，主、再汽温均出现明显下跌的原因，并从燃烧控制逻辑角度出发，创新的提出了通过重新修订一次风量曲线及优化二次分配风的方式，有效的解决了加减负荷时，主、再汽温的异常下跌，为锅炉设备的长周期安全运行打下了坚实的基础。