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火电机组深度调峰的难点分析和运行优化建议

发表时间：2020/9/27 来源：《基层建设》2020年第17期作者：和勇

[导读] 摘要：由于特高压输送电量逐年增加、新能源占比逐渐加大，造成电网峰谷差加大，火电机组需成为电网调峰的重要力量。

        华润电力投资有限公司深圳分公司广东深圳 518000
        摘要：由于特高压输送电量逐年增加、新能源占比逐渐加大，造成电网峰谷差加大，火电机组需成为电网调峰的重要力量。但火电机组深度调峰普遍存在机组调峰能力不足、负荷响应速率较低、系统自动投入率低、人员手动操作量大等问题。为深挖火电机组调峰能力，提高调峰安全性，本文就火电机组深度调峰难点进行分析，并提出运行优化建议。
        关键词：火电机组；深度调峰；难点分析；运行优化建议
        一、难点分析
        1、机组不投油稳燃负荷高，不能满足调峰至30%需求
        某电力集团有30万等级以上机组70台，只有4台机组能达到调峰至30%额定负荷，剔除因供热制约未进行调峰运行的8台机组外，58台机组稳定调峰运行负荷不能满足调峰至30%额定负荷需求，占比82.8%。其中32台机组需投油稳燃。
        2、调峰期间自动投入率低
        某电力集团46台机组提出需对调峰负荷段的协调控制系统开展优化，以适应快速调峰的要求。主要集中在以下六个方面：1）协调控制只能控制40%负荷以上工况；2）给水泵汽源自动切换；3）自动转态；4）减温水自动；5）给水泵自动切除、自动并泵；6）给水主、旁路自动切换。
        3、深度调峰影响经济性
        梳理某电力集团70台煤电机组，截至目前参与深度调峰共52台煤电机组，其中百万机组11台，60万等级机组20台，30万等级机组21台。依据这52台煤电机组参与深度调峰期间的DCS数据，计算机组的锅炉效率、汽轮机热耗率、厂用电率影响如下：
        （1）锅炉效率

        表1：50%调峰至40%额定负荷工况下锅炉效率变化
        表1为参考深度调峰的52台机组锅炉效率变化结果，百万机组从50%调峰到40%额定负荷，锅炉效率下降0.15～2.33%，平均下降1.02%。60万机组从50%调峰到40%额定负荷，锅炉效率下降0.0～1.0%，平均下降0.39%。30万机组从50%调峰到40%额定负荷，锅炉效率下降0.4～0.9%，平均下降0.48%。
        （2）汽轮机热耗率

        表2：50%调峰至40%额定负荷工况下汽轮机热耗率变化
        表2为参考深度调峰的52台机组汽轮机热耗率变化结果，百万机组从50%调峰到40%额定负荷，汽轮机热耗率上升137～343kJ/kWh，平均上升213kJ/kWh；60万机组从50%调峰到40%额定负荷，汽轮机热耗率上升82～390kJ/kWh，平均上升256kJ/kWh；30万机组从50%调峰到40%额定负荷，汽轮机热耗率上升80～368kJ/kWh，平均上升198kJ/kWh。
        （3）厂用电率

        表3：50%调峰至40%额定负荷工况下厂用电率变化
        表3为参考深度调峰的52台机组厂用电率变化结果，百万机组从50%调峰到40%额定负荷，厂用电率上升0.2～1.17%，平均上升0.68%。60万机组从50%调峰到40%额定负荷，厂用电率上升0.3～1.45%，平均上升0.79%。30万机组从50%调峰到40%额定负荷，厂用电率上升0.35～1.48%，平均上升0.77%。
        4、深调深度对安全性的影响
        机组深调时安全性影响主要存在以下几个方面：机组协调能力差、稳燃效果不好、干湿态转态及运行参数的变化等问题。
        （1）机组协调能力差
        机组正常的运行方式为投入AGC模式和协调模式，当机组负荷低于50%负荷时，需要解除AGC和协调，运行人员需要综合掌握燃料量、风量、给水流量的关系，按照一定的比例进行调整。如果协调控制系统不投入，负荷调节品质很难达到保证，主要表现在负荷调节速率、负荷调节精度、一次调频合格率等达不到调度的要求而受到考核。
        （2）稳燃效果不好
        在深度调峰工况下，当负荷达到40%负荷时，300MW机组需要运行两台磨煤机，尤其是对于切圆燃烧的机组，切圆效果不稳，稳燃接近临界值，炉膛负压波动，燃烧火检变差，对燃烧造成扰动，给机组安全带来安全风险。当燃烧出现恶化时，如果运行人员没有在第一时间发现，就会对燃烧造成严重危害，甚至出现锅炉灭火，MFT动作。
        （3）干湿态转态
        对于直流锅炉，因为有启动分离器，在分离器出口蒸汽参数达到临界参数时即主汽压力22.1Mpa，温度374.15℃，即为转态，直流锅炉和汽包炉比较时，运行的优势就是在蒸汽的参数在超临界转态。存在炉水循环泵的机组在转态时可以通过运行炉水循环泵来保证，没有炉水循环泵的机组只能是开启运行旁路，通过开启旁路的方式来保证锅炉的运行最小蒸汽流量，以保证安全运行。
        （4）小汽轮机汽源切换
        小汽轮机的汽源均为四抽汽源带，辅汽汽源和冷再作为备用汽源，当负荷低于40%负荷时，由于四抽蒸汽的压力和温度降低，根据能量守恒定律，四抽蒸汽的做功无法满足小汽轮机的做功，所以需要将小汽轮机的汽源切换至辅汽环带。汽源切换之前需要充分的暖管，保证小汽轮机不进水，安全运行。
        二、深度调峰的运行优化措施
        1、燃料调配
        深度调峰的机组可以优化入炉煤质结构，通过配煤掺烧试验，实现机组深度调峰和混煤掺烧的安全、经济运行。为提高燃料切换灵活性，减少高挥发分煤质的使用，降低燃料成本，增加一套调峰煤制粉和燃烧系统。当需要锅炉深度调峰时，快速将高挥发分调峰煤送入炉膛燃烧，增强锅炉低负荷稳燃能力。
        2、设备运行方式优化
        （1）低负荷工况风机的安全运行。
        评估锅炉低负荷期间风机运行的安全性，优化一次风机、静调轴流引风机的运行方式，改善风机在低负荷的运行特性，远离易失速区，提高风机的安全性和经济性。
        （2）烟道防积灰研究改造。
        机组长期低负荷运行，易导致折焰角斜坡烟道、空预器出口水平烟道积灰，对机组安全运行威胁较大。需要进行积灰监测、防止跨灰引发的燃烧不稳和火检动作，主要措施在折焰角下部增设流化风帽或增设吹灰气流平行于折焰角的吹灰器，尾部烟道积灰需进行烟道结构强度和基础校核，必要时增加除灰清灰装置。
        （3）汽轮机配汽优化。
        从高压调门实际流量特性实测入手，综合考虑调速系统稳定性与机组低负荷运行时的经济性、振动特性，进行高压调门管理曲线计算与优化，重新设计管理曲线。通过滑压运行优化与控制，掌握机组在低负荷运行时的特性，确定机组在不同负荷运行时的最优主汽压力，使机组在运行中保持最佳运行方式，提高机组的低负荷下的经济性。当前机组滑压优化区间主要集中在50-80%负荷区间，而对30-50%负荷区间机组的经济性缺乏试验研究。深度调峰期间机组将长时间运行在50%负荷以下，通过深度滑压优化试验，寻找到机组最优运行压力，提高深度调峰情况下机组滑压运行的安全性和经济性
        （4）低负荷切换工业供汽汽源。
        低负荷下机组各抽汽段参数降低，为保证工业用户蒸汽压力需求，可通过减温减压方式将锅炉主蒸汽或再热蒸汽抽出经高、低压两级减温减压器后对外供应；在热电机组深度调峰时段，需将主蒸汽或再热蒸汽通过高低压两级减温减压器系统直接供至热网系统，该方式降低了机组热利用率，但投资成本相对较低。
        （5）高加给水旁路辅助负荷调节控制技术。
        采用新增的高加旁路调门的快速响应和无扰退出，在保障安全稳定的前提下，动态分流流经高加的给水流量，从而间接辅助机组升降负荷；以某300MW机组为例，旁路100t/h给水约可提高机组负荷6MW，约2%额定功率。
        （6）抽汽节流辅助负荷调节控制技术。
        受低加和高加设备温度变化率的限制，常规高加或低加抽汽不能直接通过抽汽调节阀进行抽汽节流辅助负荷调节利用供热、工业抽汽或0#高加抽汽调节阀的快速响应和无扰退出，可在短时间内辅助机组升降负荷。
        三、结语
        以上主要通过对火电机组在深度调峰过程中，安全以及经济性方面存在的难点进行了简单分析，并提出运行优化建议，希望能为参与深度调峰的火电机组提供一定的参考及指导。