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華能九臺電廠深度調峰及節能優化控制技術應用
作者:管理員    發布于:2018-05-04 14:01:59    文字:【】【】【

  摘要:隨著社會的進步和發展,清潔能源的迅速開發利用,再加上用電結構的變化,使電網峰谷增大,火電機組調峰任務愈來愈突出,在調峰過程中如何保證機組安全經濟運行,是值得探討的課題。本文主要針對華能九臺電廠兩臺國產670MW超臨界機組在參與電網深度調峰的過程中不斷摸索與總結經驗,成功將機組負荷降至30%進行深度調峰,并探索出提高機組低負荷運行安全性、經濟性的最佳運行方式的過程。

  關鍵詞:深度調峰 火電廠 節能環保 安全運行

  0引言

  近年來,隨著國家對風電、光伏等綠色能源的重視程度的不斷升級,新能源接入的增加及電網棄風電現象日益增加,為了電網的穩定運行,增加火電廠的深度調峰能力,正成為一種新常態。根據國家能源局和東北能監局出臺的鼓勵火電廠靈活性改造和深度調峰的政策文件,火電機組在電網需求降低時進行深度調峰,將獲得相應的調峰補償收益。為了積極響應電網要求,同時獲得相應的調峰補償收入,九臺電廠根據本廠機組容量高且為褐煤塔式鍋爐及風扇磨制粉系統的優勢,進行了一系列的深度調峰的試驗和研究,在確保機組運行安全的前提下,本著不斷拓展調峰“深度”和“廣度”、減少調峰燃油消耗量、增加深度調峰期間的自動投入率、最大限度地減輕運行人員勞動強度的原則,通過對機組安全隱患地排查整改、及時發現并處理缺陷等手段,不斷增加設備運行可靠性;通過對相關系統的邏輯、保護進行優化,來適應機組在低谷負荷工況下的長周期安全穩定運行。經過一段時間的探索與實踐,形成一套比較成熟的深度調峰工作方案和保證安全技術措施,使深度調峰工作得以順利進行。

  1設備概況

  華能九臺電廠2×670MW超臨界機組鍋爐為哈鍋制造的超臨界參數燃用褐煤的塔式鍋爐,型號為HG2100/25.4-HM11型,采用單爐膛、一次中間再熱、變壓運行、平衡通風、緊身封閉布置,固態風冷干除渣、全鋼構架、全懸吊結構。鍋爐大板梁標高127米,爐膛斷面尺寸21.2273m×21.2273m,最大連續蒸發量2100t/h,過熱器蒸汽出口溫度571℃,再熱器蒸汽出口溫度569℃,給水溫度283.3℃。鍋爐設計燃用扎賚諾爾褐煤,制粉系統采用8臺風扇磨煤機,采用熱風+熱爐煙+冷爐煙三介質干燥,磨煤機通風量以磨煤機抽吸高溫煙氣為主,熱風及冷爐煙主要調節磨煤機出入口風溫及磨煤機出口干燥介質的含氧量。正常運行時6臺磨煤機運行可滿足BMCR工況運行的要求,鍋爐采用燃燒器八角布置雙切圓燃燒,每臺磨煤機引出5根煤粉管道分別連接到鍋爐一角的5層燃燒器,其中#2、#6磨煤機燃燒器配有少油點火裝置,以達到啟動節油的目的。

  汽輪機為哈汽生產的超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸、四排汽凝汽式汽輪機。

  發電機為哈爾濱電機有限責任公司制造的QFSN-670-2型三相交流隱極式同步發電機,采用水-氫-氫的冷卻方式。

  2為機組適應深度調峰所做的改造

  為了保證機組在深度調峰期間不因輔機跳閘導致鍋爐滅火等不安全事故,我廠對輔機的缺陷及隱患進行了徹底治理,從多角度、全方位考慮突發事件帶來的安全隱患并制定應對措施。

  2.1防止磨煤機積粉(堵煤)打粉的改造

  為了防止深度調峰期間因制粉系統跳閘,鍋爐燃燒率快速下降帶來的安全隱患,對制粉系統的給煤機、磨煤機等進行了部分改造 ,降低了制粉系統設備跳閘頻次和風扇磨積粉(堵煤)、打粉等現象對爐內燃燒帶來的大幅擾動,提高了設備運行的安全可靠性。

  2.1.1磨煤機葉輪更改打擊板寬度和厚度:

  將外打擊板由260mm寬改為310mm寬,內打擊板由260mm寬改為210mm寬,增加打擊面面積,減小磨煤機動靜間隙增加磨煤機通風、干燥出力,防止積粉;對打擊輪連接梁及打擊板進行改造,打擊板磨損裕量提高至100mm,延長使用時間500小時。

  2.1.2合理制定制粉系統檢修周期確保出力:

  磨煤機運行1500小時后檢查(3000小時左右葉輪大修),打擊板補焊高強度防磨層,磨損處進行修補,確保磨煤機干燥、通風、磨煤出力不至于過低導致積粉、打粉。

  2.1.3減小葉輪與護鉤的間隙:

  將葉輪與護鉤間隙由35~50mm縮小為25mm,減小了葉輪與護鉤間隙,既增加磨煤機處理,也防止因煤濕留在動靜間隙中形成積粉(堵煤)。

  2.1.4磨煤機入口導流板、引流板改造,避免風扇磨“打粉”和打擊板不均勻磨損。

  根據磨煤機打粉現象和打擊板不均勻磨損分析,磨煤機入口導流板、引流板存在堆積現象,下煤不夠均勻,我廠成立攻關組,增加了入口導流板的坡度,又試驗不同形狀的引流板,運行一段時間后查看打擊板磨損情況,確定最佳形狀,逐步更換,做到下煤均勻,打擊板磨損均勻,既避免因堆積導致的打粉現象,也延長了打擊板使用壽命。

  2.2防止制粉系統跳閘所做的改造

  2.2.1原煤斗內的疏松機滑片對于較濕的煤沒有好的效果,反而成為濕煤掛壁、棚煤的附著點,后來全部拆除,使煤倉內部光滑。兩側自制懸吊式振打錘在煤斗煤位到中低煤位時再振打,而高煤位越振打越實,不利于棚煤處理。

  2.2.2定期將煤層厚度調節擋板抬高,放出聚集的大煤塊,在擋板后加裝5片刀片,用于擠壓、切割大塊煤或麻絲袋等雜物。

  2.2.3給煤機端部擋板由垂直改成一定坡度,有利于塊煤、濕煤下落。

  在原煤斗下方增設檢修孔,當發生棚煤、堵煤或需要內部檢查時可通過此孔進行快速處理。

  2.2.4給煤機箱體下部貼瓷片,落煤管取消插板門,將落煤管更換為光滑直管,防止給煤機墊煤和落煤管掛壁堵煤。

  3深度調峰及節能優化運行

  為了機組能夠適應深度調峰工作,做了大量工作,利用褐煤塔式爐燃燒器燃燒穩定、燃燒室與燃燒器布置合理、鍋爐穩燃能力較強的優勢,進行了大量試驗研究,確保機組深度調峰期間安全穩定經濟運行。成果如下:

  3.1協調控制系統優化

  3.1.1對低負荷運行期間小汽機用汽安全制定了詳盡的技術措施,還針對汽泵給水流量下限設定值由原630t/h降低至500t/h,防止因深度調峰期間給水流量過量,使貯水箱見水,鍋爐由干態轉濕態運行,增加了調整難度,從而達到了節能降耗目標,機組深度調峰期間給水實現自動調節。

  3.1.2在協調控制系統中特別設計了壓力拉回回路,當主汽壓力偏差超過±0.3MPa時,汽機主控協助鍋爐參與壓力調節,當主汽壓力偏差繼續增大超過±0.8MPa時,汽機主控只保壓力,不控制功率,直到壓力偏差返回,機組負荷、壓力參數均可根據需要調整。

  3.1.3機組投入條件其一是機組負荷大于290MW,為了防止深度調峰期間因協調投不上,導致一次調頻無法投入被電網考核,運行部經過試驗,逐漸將協調投入負荷下限由290MW逐漸降低至190MW,不但適應深度調峰的要求,而且降低了運行人員工作壓力和勞動強度。

  3.1.4深度調峰時,經過探討分析,優化機組滑壓曲線,實現了深度調峰時汽輪機采用順序閥控制,經西安熱工院試驗證實采用順序閥控制比采用單閥控制煤耗降低約4g/(kw.h),機組能耗指標得到進一步好轉。

  3.1.5對油槍投入邏輯進行優化,確保四套制粉系統運行時其中一套制粉系統跳閘后燃燒率銳減后,相應的大油槍能夠迅速自動投入進行穩燃,防止鍋爐滅火。

  3.2磨煤機運行方式及上煤方式的優化

  隨著能源 的日益緊缺,鍋爐燃煤煤質多變復雜,而且公司為了保證效益最大化,摻燒輔煤不斷增加,使得鍋爐的穩定燃燒一直困擾機組安全運行,再加上機組深度調峰,穩燃問題更為突出。燃用煤種見下表:

  


  在眾多煤中,扎賚諾爾由于水分小、揮發份高,硫分小,低位發熱量高,成為深度調峰主要用煤。為了實現機組穩燃,其調節手段是#2、#6磨煤機對應原煤斗上扎賚諾爾配合#2、#6磨煤機部分少油槍。

  針對四套制粉系統運行深度調峰最佳運行方式進行試驗研究,最終確定200MW左右負荷運行#1、2、4、6或#2、4、6、8四套制粉系統鍋爐燃燒最為穩定;在深度調峰之前要做好系統的擺布,為了規范操作,在大量試驗的基礎上,制定了詳盡的《機組深度調峰期間保證安全的技術措施》和深度調峰操作票,運行各值按規定操作,確保深度調峰期間機組的安全運行。

  通過做試驗及采取合理的磨煤機運行方式和上煤方式,將機組最低不投油穩燃負荷由280MW降到260MW,深度調峰負荷在280MW至260MW期間,每小時可節燃油1.2t/h。

  3.3低負荷脫硝系統優化

  為了確保深度調峰期間維持脫硝系統的入口煙溫不低于293℃的保護跳閘值,維持脫硝系統全程投入,經過大量試驗,確定了四套制粉系統最佳上煤方式為三個斗扎煤(高熱值、高揮發分的設計煤種)一個斗輔煤(熱值、揮發分相對較低的摻燒煤種)的上煤方式,維持合理的總燃料量,以保證4套制粉系統能夠維持正常運行。此方法既能保證脫硝系統入口煙溫,使脫硝系統正常投入,也能夠加大熱爐煙的再循環量;開大每臺磨煤機對過燃風擋板采用分級配風減低NOx產生。

  3.4開式冷卻水泵運行優化

  開式冷卻水泵為工頻泵,入口水源為循環水提供壓頭為0.15Mpa至0.21Mpa左右,出口壓力為0.75Mpa。機組深度期間,機組負荷低,各冷卻器需要的冷卻水量低,冷卻器冷卻水調門開度減小,開式冷卻水系統節流損失大,也容易超壓。通過研討將開式冷卻水泵改為變頻運行,既解決開式水系統超壓問題又解決低負荷時節流損失大問題,生產廠用率降低了0.004%。

  3.5優化氧量運行

  因深度調峰負荷率較低,加之為保持脫硝入口煙溫正常投入需要加大送風量,提高火焰中心位置、提高煤粉燃盡度,爐膛維持氧量較高,會造成NOX生成量加大,液氨耗量增加,排煙損失有所上升,也增加了空預器、低溫省煤器等下游設備硫酸氫氨凝結堵塞的風險,因此,通過做試驗,找到煙氣中CO含量上升的拐點,結合脫硝系統入口溫度及飛灰、大渣含碳量,在不同負荷下采取不同的氧量負向偏置,使鍋爐處在最佳氧量工況下運行,收到較好節能減排效果。經比較氧量優化后,同負荷下送引風機耗電率之和下降了0.1~0.15%,脫硝入口NOX濃度下降50~100mg/Nm3,而飛灰和大渣含碳量上升幅度較小。

  3.6優化脫硫運行方式

  根據輔煤含硫量、發熱量等參數將不同煤種上至不同原煤斗進行摻燒,通過FGD入口SO2濃度確定漿液循環泵運行臺數及磨煤機運行方式,確保脫硫耗電率最低,SO2達標排放。

  3.7優化電除塵及輸灰系統運行方式

  根據機組負荷率,通過調整電除塵電場電流極限、工作方式等方法進行及時調整,在確保粉塵濃度達標排放的前提下,與同負荷優化前相比,降低除塵系統耗電率約0.12~0.18%。同時對輸灰方式和邏輯進行優化,輸灰空壓機運行臺數由原來2~3臺運行將為1臺運行。

  總之,為確保機組深度調峰期間的安全、穩定、經濟運行,九臺電廠做了大量的試驗研究工作,根據機組自身優勢和不斷探索實踐,深度調峰最終能夠實現正常模式下4套制粉系統運行負荷降至200MW穩定運行,2017年全年獲得深度調峰補償獎勵8000余萬元,環比2016年深度調峰補償獎勵多6524余萬元。

  


  兩臺機組深度調峰全景

  4結語

  燃煤機組在進行深度調峰優化時,機組的最低穩定負荷主要受鍋爐的燃燒穩定性、環保及輔機系統的安全性等因素的制約。九臺電廠雖然在機組深度調峰工作上取得了一些成績,機組未發生過由于深度調峰導致鍋爐滅火的事故。但深度調峰也帶來了一些安全隱患,機組長周期深度調峰,設備及調節系統在極限方式下運行會帶來很大的技術風險和不可預知的突發事故,也會對設備帶來一定的損害,而度電煤耗和發電廠用電率等經濟指標會有所上升,但是九臺電廠各級技術人員、運行人員在各級領導的支持鼓勵下,依靠自身技術優勢,通過不斷探索和大膽實踐,將兩臺機組深度調峰工作提到了一定高度,取得了很大成績,在沒有進行脫硝煙氣旁路、省煤器水旁路等靈活性改造的前提下,攻克一道道難關,取得不菲戰績,相信他們定會繼續努力,不斷探索實踐并應用當今先進技術,定會將大機組深度調峰工作做得更加完美出眾。

  參考文獻:

  [1] 《華能吉林發電有限公司九臺電廠#1、#2鍋爐燃燒調整試驗及運行優化報告》

  [2] 《華能吉林發電有限公司九臺電廠1、2號鍋爐SCR煙氣脫硝裝置噴氨優化調整試驗報告》

  [3] 華能九臺電廠主機運行規程,華能九臺電廠,2017年。

  [4] 華能九臺電廠輔機運行規程,華能九臺電廠,2017年。

  作者簡介:

  耿文峰,男,1972年12月生,長春市人,大學本科學歷,熱動專業高級工程師,長期從事大機組生產及管理工作,現任華能九臺電廠生產副廠長。

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