闫建平
国家能源集团河北国华沧东发电责任有限公司 061113
【摘 要】：随时煤电机组总体负荷率的逐年降低，电网日夜间负荷峰谷差值越来越大，通过对重庆电网能源结构包括新 能源调峰能力的分析，燃煤火力发电机组不可避免地加入了夜间深度调峰的行列，但传统观念认为燃煤机组的最低 稳燃负荷为设计容量的40%，极大地限制了燃煤火力发电机组的调峰能力。本文以 600MW亚临界机组为例，探讨大型火力发电机组安全调峰的技术措施，并针对深度调峰带来的经济损失和电网调峰补偿费用进行经济性分析。
【关键词】：燃煤机组；深度调峰；安全；环保；经济
A Study onshaving safety and economy of 600MW subcritical units
Yan Jianping
Hebei Guohua Cangdong Power Generation Co., Ltd., Cangzhou 061003,China
【Abstract 】：As the overall load rate of coal-fired power plants decreases year by year, the peak-to-valley load difference between the day and night of the power grid is getting larger and larger. Through the analysis of the energy structure of Chongqing power grid, including the peak-shaving capacity of new energy, coal-fired thermal power generation units inevitably join the night The ranks of deep peak shaving, but the traditional concept believes that the minimum stable combustion load of coal-fired units is 40%!o(MISSING)f the design capacity, which greatly limits the peak-shaving capacity of coal-fired thermal generating units. This paper takes 600MW subcritical unit as an example, discusses the technical measures for safe peak shaving of large-scale thermal power generating units, and conducts economic analysis on the economic losses caused by deep peak shaving and power grid peak shaving compensation costs.
【Keywords】:Coal-fired units; deep peak shaving; safety; environmental protection; economy
1 引言
随着我国水电、风电和光伏装机规模的迅猛增长，其发电出力的随机性和不稳定性给电力系统的安全运行和电力供应保障带来了巨大挑战。为提高系统调峰和对新能源的消纳能力，煤电机组需要减至超低负荷运行以进行深度调峰。另一方面随时煤电机组总体负荷率的逐年下降，长时间的低负荷和超低负荷运行也逐渐成为燃煤火力发电机组的新常态。
2 深度调峰的现状分析
2.1国内研究现状
随着我们国家额的电网峰谷差逐渐扩大，原有电力结构表现出的适应性问题受到了社会各界的广泛关注。现阶段我们国家的蓄能电站所占全国的比例为2%。与基本要求10%之间仍然相差较多。就我们国家的华中电网来说，其面临的调峰形势十分严峻。为了可以更好的解决现阶段额的调峰问题，华中电网提出通过建完善的电力系统来达到最终的目的。目前东中部电网提出了建立风抽水电形式的调峰电源，以解决所面临的发展问题。
表一 国内发电机组装机容量发展趋势
.png)
2.2集团公司深调数据统计
据统计2019年10月至2020年9月，国华40台机组深调（50%PE以下）时间总计：14907.35小时。其中40%-50%PE占86%，时长：12777.55；30%-40%PE占12%，时长:1766.2；20%-30%PE占2%，时长363.6。实现30%PE以下深度调峰的电厂为定州、沧东、孟津。
沧东电厂本年度调峰情况，截止9月30日，低于50%负荷总计调峰272台次，总时长约1117小时；低于40%负荷调峰123台次，总时长约432小时；低于30%负荷调峰33次，总时长约129小时，最低调峰深度达150MW。
.png)
.png)
1-9月份四台机组分别调峰停备2、4、2、3次，1号机组C修1次，总计启停机22次。1、2号机组调峰时长高于3、4号机组。调峰时长最多的月份为2月份（414.3h），较多的月份为3月、7月、8月、9月，均超过100h。1、2、3月份调峰时间段集中在0:00-7:00，10:00-14:00；7、8、9月份集中在8:00-13:00。
2.3深度调峰的时长分析
2019 年10月以来，600MW亚临界机组多次深调至240MW，燃烧都比较稳定。但一方面电网对电厂深调要求越来越高，另一方面，如果机组不能进行更大范围的深度调峰，就将进行深夜启停调峰，在这种方式下，将对机组特别是汽轮机带来巨大的寿命损耗，而且机组停运后带来的负荷损失对电厂而言也是较大的经济损失。所以，600MW亚临界机组进行25--45%ECR深度调峰的研究势在必行。
然而，燃煤机组深度调峰超低负荷运行可能会对机组的安全性、经济性、环保性等方面产生影响，这些问题极大的限制了燃煤机组的调峰能力。尤其在机炉设备安全可靠性、运行方式及热工控制方式均不满足深调需要，主要受以下条件限制：
3 深调安全措施及运行方式对比
.png)
.png)
4 深度调峰安全、经济性分析
4.1 深度调峰对经济性影响
机组负荷的降低，汽轮机热耗率、厂用电率显著增加，供电煤耗大幅度增加。如图1所示。当机组负荷从600 MW降到300 MW时，理论供电煤耗增加26.5g/kWh；当机组负荷从600 MW降到150 MW时，理论供电煤耗增加42.6g/kWh。为了方便计算，将供电煤耗随负荷变化曲线拟合为：bg=4.2×10-5P1－0.1263P1＋356.5。式中：bg为供电煤耗g/kWh，P1为机组负荷MW。
如图3 沧东电厂1号机组发电煤耗、供电煤耗与机组负荷的关系。
.png)
根据我厂相关计算、试验数据统计，目前1号机组150MW时，供电煤耗约为363g/kWh
4.1.1炉侧损耗：深度调峰期间，锅炉排烟损失、不完全燃烧损失增加，影响最大的是锅炉烟气含氧量的变化造成排烟损失的增加。下表为炉侧两项主要指标损耗明细情况，累计影响煤耗12.262g/kWh。
.png)
4.1.2机侧损耗：深度调峰期间，汽轮机热耗率上升，阀门控制方式由顺序阀切换为单阀方式；高加疏水切至凝汽器，热量无法回收；主再热汽温达不到额定值，主汽压力降低至8.5MPa。机侧主要指标损耗明细情况，累计影响煤耗33.43g/kWh。
.png)
4.1.3厂用电损耗：深度调峰期间，可以维持三台制粉系统运行方式，整台机组其余所有辅机均为正常运行时辅机运行方式，造成辅机出力的大量浪费。此外，需要投入等离子稳燃、开启凝结水再循环等额外消耗辅机电量的情况。为厂用电主要辅机损耗明细情况，累计影响厂用电率2.12%，累计影响煤耗6.784g/kWh。
.png)
4.1.4灰硫损耗。灰硫专业主要损耗体现在以下三个方面：
1）氧化风机一运一备，机组负荷高低均需运行一台，氧化风机风量不能根据机组负荷和燃煤硫份进行调节，氧化风机电耗不能实现经济调节。
2）浆液循环泵现最少两台运行，机组深调期间浆液循环泵运行不经济。因有浆液循环泵全停触发机组RB保护，目前情况下浆液循环泵不能单台运行。
3）电除尘器、湿式除尘器整流变因环保有电场投入率要求，机组深调时也均需要投入运行。（目前采取降低整流变二次电流节能）。
4.1.5其余损耗。深度调峰期间，需要投入辅汽至小汽轮机供汽、投入辅汽至轴封供汽；高加疏水切至凝汽器后，除热量无法回收外，还造成给水温度的下降；机组负荷过低后造成海淡及供热抽汽量的减少，影响制水及经济指标；为稳定燃烧，需要投入等离子或油枪稳燃，造成电量、燃油、设备维护成本的增加；低负荷期间需要投入空预器连续吹灰，造成蒸汽损失；低负荷期间锅炉燃烧质量变差，NOx生成量急剧增加，SCR喷氨量上升，以1号机组为例，300MW时喷氨量为35kg/h左右，150MW时增加到85kg/h左右，消耗量明显上升。
4.2 深度调峰对安全性影响
4.2.1对锅炉安全的影响
4.2.1.1汽包水位波动、炉膛负压波动增大：
锅炉汽包水位波动、炉膛负压波动增大，为保证机组安全，采取以下措施：
一期机组240MW以下调峰退出汽包水位保护；
深度调峰投入等离子或微油稳燃装置；
送风量手动控制，维持炉膛与二次风箱差压大于0.3kPa。负压与汽包水位波动明显好转。
.png)
4.2.1.2稳燃装置不适于频繁深度调峰：
等离子及微油稳燃装置均在1号磨煤机，正常运行期间为中间层磨煤机运行，接到深度调峰指令需要进行磨煤机倒换，增加低负荷操作风险，不能满足电网调峰速率要求。
问题：1）磨煤机切换需要大量时间；2）增加调峰期间人员操作量；3）稳燃装置长时间运行，缺陷增多；4）锅炉主、再热汽温下降。
应对措施：
?根据近期电网负荷积极与调度沟通，有调峰可能提前启动1号磨煤机
?稳燃装置出现缺陷及时消除，同时保证锅炉大油枪随时备用
?汽轮机及早切换至单阀运行，降低再热汽温下降幅度
?研究增加上层磨煤机稳燃装置可行性
4.2.1.3制粉系统运行台数少带来的风险：
由于运行制粉系统少，锅炉燃烧减弱，制粉系统故障增加了锅炉灭火机组跳闸风险。一期亚临界汽包炉调峰期间保持3台制粉系统运行，二期直流炉调峰期间保持4台制粉系统运行。为防止低负荷磨煤机跳闸，总煤量大幅降低时给水自动调节导致给水流量低，我厂实际调峰期间保持4台磨煤机运行（不执行3台磨），给水流量设置最小流量（3号机680t/h、4号机750t/h），给水自动切至定流量运行。调峰期间开启一台汽泵再循环，确保给水流量波动时不会出现再循环突开突关。深度调峰期间保持稳燃装置投运。调峰期间保持锅炉大油枪可靠备用并具备随时投运条件
4.2.1.4锅炉总风量手动控制在800-900T/h，总风量再降低则接近报警及保护值，总风量小炉膛与风箱差压低，导致锅炉燃烧不稳负压波动大。制粉系统故障跳闸及送风机故障跳闸，存在锅炉风量低保护动作风险。
4.2.1.5.等离子持续稳燃，缺陷增多，等离子故障期间长时间投大油枪稳燃，对空预器、电除尘器系统正常运行造成恶劣影响。
4.2.1.6.深调工况下锅炉无法有效吹灰，受热面积灰结焦造成加负荷期间管壁温度易出现超温。
4.2.1.7.为防止空预器堵塞及再燃烧，低负荷空预器吹灰频次增加，加大了空预器吹损程度，目前已发现4号机空预器冷端吹损，加速设备损耗。
4.2.1.8.负荷越低，锅炉的炉膛热强度便越弱，煤粉燃烧的稳定性越低，适应工况变动的能力较弱，此时小的扰动就有可能导致燃烧不稳定甚至灭火事故。
4.2.1.9.当机组进入深度调峰工况时，原控制系统中的机组协调、风烟、给水、汽温等模块的自动调节品质变差，极易出现机组主参数波动幅度过大等问题。
4.2.1.10.燃烧器
1、2号锅炉等离子低负荷频繁烧损及断弧，缺陷增多。频繁出现等离子阴、阳极烧损情况，至目前为止以更换阳极11个，阴极16个。等离子发生器的使用寿命为5-8年，等离子发生器线圈组件使用寿命为5年，目前公司1、2号锅炉等离子2013年随燃烧器改造更换，使用年限均已达到设计，尤其是点火线等电器元件。点火、断弧缺陷的频繁发生，已表明部件性能已经劣化。且目前稳然时长已超出原设计条件，更加速部件劣化。
图6 稳燃装置缺陷统计
.png)
4.2.2 深调对汽机安全的影响
4.2.2.1深度调峰时汽轮机单阀运行，机组高调门开度较小，易发生高频振动，影响热工LVDT及EH油管焊口安全运行。1号机组深调期间1、3号高调门存在摆动和气流激振现象。
4.2.2.2.深度调峰时汽轮机的进汽量大大降低，各部进汽量无法平衡，造成汽轮机各部受热不均，容易出现轴瓦振动超标等问题，一次深度调峰对汽轮机寿命影响甚于一次启停机。
4.2.2.3.部分压力容器及汽水管道存在汽水共存现象，引起管道振动。高加存在液位偏高或疏水不畅现象，特别是23高加正常疏水管路负荷低于300MW振动加剧，存在管路泄漏风险。
4.2.2.4.高加危急疏水门开启、汽泵再循环开启，导致冲刷严重，凝结水再循环管路投入，管道和阀门振动大。
4.2.2.5.除氧器压力低导致前置泵入口压头低，前置泵内部容易汽蚀导致泵轴向窜动大，长时间运行将会引发轴承磨损、机封泄漏等问题。
4.2.2.6. 2号机组深度调峰期间21、22小机低压调门开度偏差大（最大达25%），有两台汽泵抢水风险，严重影响给水系统自动调节。
4.2.3深调对环保专业的影响
4.2.3.1 深度调峰对脱硝系统影响：
机组深调至150MW时喷按量增加，1号机组喷氨量A侧由25kg/h增加到52kg/h，B侧由21kg/h增加到46kg/h，氨逃逸明显升高，尤其是B侧由1.06mg/Nm3升高到7.86mg/Nm3（远超2.28mg/Nm3的标准限值），此种工况极易形成空预器冷端硫酸氢氨板结堵塞。2.1号机组深度调峰试验最低负荷降至195MW，该工况下锅炉排烟温度偏低、SCR入口NOx浓度大幅升高。
.png)
深度调峰期间，A侧氨逃逸数值在负荷讲至250MW以下快速上升，入口氮氧化物在负荷降至225MW以下快速升高，经过降低锅炉总风量至795T/h：调整锅炉配风后，150MW时入口氮氧化物含量控制在350mg/Nm3以下，较调整前降低150mg/Nm3，但两侧氨逃逸仍然超报警值。
氮氧化物升高、氨逃逸升高应对措施：
2号机组负荷降至150MW，脱硝反应器入口NOX最高上升至500mg/Nm3左右，经过手动降低锅炉风量至850T/h，入口氮氧化物能够控制在400mg/Nm3以下，降低锅炉总风量至795T/h,2号机组调峰至150MW进行NOX调整试验，调整经验总结如下：
总煤量80t/h，21-23制粉系统运行，24磨煤机通风37t/h备用。
锅炉总风量减至795t/h，锅炉氧量7.0%。
AB/BC辅助风门开度20%，AA层二次风门开度15%、UFA层二次风门开度12%。
六层SOFA风门调整任意一层效果基本一样，最终保持SOFA-A,SOFA-B开度20%，其余四层均保持关闭。上述调整后，炉膛大差压维持在450pa以上。
燃烧器摆角不宜过高，燃烧器摆角由50%提至65%发现燃烧有不稳迹象。最终燃烧器摆角放至60%，锅炉燃烧稳定。
经过调整，脱硝反应器入口NOX降至340mg/Nm3左右，且锅炉燃烧稳定。
4.2.3.2 深度调峰对电除尘系统影响
① 两台机组电除尘器炉整流变性能下降
整流变运行中二次电流偏低（300mA）且调整电压无效，整流变性能严重下降；部分整流变升压时存在打火和波动现象导致二次电流达不到额定值,二次电流在900-1000mA之间。原因为机组长时间低负荷运行，尤其是深度调峰期间氨逃逸增大和投油助燃，氨、油、灰的混合物在极线上沉积形成包裹，影响极线放电导致性能下降。
② 锅炉氧量上升，影响烟尘测量指标上涨，电除尘整流变及湿除整流变电流设定值升高，增加除尘系统电耗。
4.2.3.3深度调峰对脱硫系统影响
① 低负荷为保证机组安全未执行单台浆液循环泵运行，两台浆液循环泵运行二氧化硫排放指标个位数，个别时段接近0，对环保监测不利，降低吸收塔PH值导致吸收塔供浆流量降低，长时间运行供浆管路易发生浆液沉积堵塞管路，带来供浆中断风险。
② 机组深调期间由于烟气量降低，吸收塔浆液蒸发量减少，液位居高不下，化学工业废水使用量降低。
③ 吸收塔液位偏高导致除雾器冲洗频次降低，增加除雾器堵塞积率。
4.2.4 设备寿命影响
深度调峰运行在提高机组运行灵活性的同时，不可避免地对机组运行经济性和设备寿命产生一定的影响。经济性方面的牺牲可以通过深度调峰政策补贴进行补偿，但是在进行深度调峰时，系统工艺参数严重偏离各种设备的额定设计工况，尤其在快速动态调节过程中产生的压力、温度及流量的变工况参数及其波动幅度等都对各种设备寿命存在不可忽视的影响，这种影响无法避免。
4.3 600MW机组深度调峰几点建议
4.3.1、优化热值校正回路控制。在深度调峰时，由于蒸汽参数下降，机组效率降低，机组做功能力下降，造成水煤比等偏离设计值，应优化热值校正回路，对入炉煤量热值进行校正，确保机组运行参数稳定。
4.3.2、增加油枪自动投入逻辑。在本套制粉系统的火检出现多个降低及闪烁时，及时自动投入油枪运行，防止出现制粉系统着火不稳定引起炉膛负压波动。
4.3.3、增加小机备用高压汽源自动投入功能 。根据实验确定小机调门重叠度，在小机综合调速指令大于一定数值时，缓慢开启高压调门， 保证机组给水系统的安全稳定。
4.3.4、低压缸零出力改造。通过改造，相同锅炉蒸发量条件下，低压缸零出力供热可提高供热抽汽能力，相同抽汽流量条件下，低压缸零出力供热可使机组发电功率降低，提高机组深度调峰能力。
5 结论
本文选取沧东电厂600MW亚临界机组，从锅炉、汽轮机主机及各辅助系统分析，600MW亚临界机组若想适应目前深度调峰的大趋势，就必须进行针对性优化修改部分控制逻辑及设备、系统改造，使设备、系统的适应性更广泛，同时做好入炉煤掺烧；调峰至240MW以上，锅炉燃烧稳定，可以不投油枪；为了确保机组运行安全，保留3台磨煤机运行，煤量控制在120t/h，通过试验数据及机组停备期间消缺发现，机组调峰至30%--45%ECR负荷以上，对设备的使用寿命及机组的安全影响较小，锅炉燃烧稳定，满足脱硝运行要求，汽轮机各参数控制在正常范围，控制系统稳定，不仅满足电网调峰要求，还保证了机组的安全、环保、经济运行，大大提高了机组在电网中的竞争力，为电厂争取发电量和提高小时利用数提供了有力保证。但继续深调至30%负荷以下，对设备的使用寿命及机组的安全影响较大：主、再热器汽温偏低，降负荷初期汽温降幅很大，主再热汽温将降至500℃以下，调峰深度越大，汽温越低，调峰至150MW时，主蒸汽温度降至494.8℃，再热蒸汽温度降至483℃。已严重偏离设计值；通过2号机组C修切管检查发现，氧化皮脱落严重，600MW亚临界机组应该引起注意；综上所述，为了确保机组长周期安全运行，不建议机组进行30%以下负荷调峰。
为最大限度地接纳风能、光伏等新能源，合理调配电网结构，燃煤机组深度调峰运行已是当前火电机组的必经之路，对于深度调峰过程中出现的问题大家也在不断摸索和总结。本文就沧东运行人员在深度调峰过程中面临的问题及实际操作进行了分析探讨，提出一些自己的建议，仅为同行提高参考借鉴，如有不妥，敬请斧正。
参 考 文 献
[1]齐建军，廉俊芳，赵志宏.660MW火电机组深度调峰能力探讨与经济安全性分析[J].内蒙古电力技术，2013,31（4）：51-53.
[2]沈利，徐书德，关键，等.超临界大容量火电机组深度调峰对燃煤锅炉的影响[J].发电设备，2016，31（1）：21-23.
作者简介：
闫建平，男，1981-09-04,2006年毕业于华北电力大学，本科。国家能源集团河北国华沧东发电责任有限公司，高级工程师，主要从事火电厂集控运行方面调整，河北省沧州市渤海新区河北国华沧东发电责任有限公司，061113,15333178356，E-mail：161117091@chnenergy.com.cn。