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华能九台电厂深度调峰及节能优化控制技术应用
作者:管理员    发布于:2018-05-04 14:01:59    文字:【】【】【

  摘要:随着社会的进步和发展,清洁能源的迅速开发利用,再加上用电结构的变化,使电网峰谷增大,火电机组调峰任务愈来愈突出,在调峰过程中如何保证机组安全经济运行,是值得探讨的课题。本文主要针对华能九台电厂两台国产670MW超临界机组在参与电网深度调峰的过程中不断摸索与总结经验,成功将机组负荷降至30%进行深度调峰,并探索出提高机组低负荷运行安全性、经济性的最佳运行方式的过程。

  关键词:深度调峰 火电厂 节能环保 安全运行

  0引言

  近年来,随着国家对风电、光伏等绿色能源的重视程度的不断升级,新能源接入的增加及电网弃风电现象日益增加,为了电网的稳定运行,增加火电厂的深度调峰能力,正成为一种新常态。根据国家能源局和东北能监局出台的鼓励火电厂灵活性改造和深度调峰的政策文件,火电机组在电网需求降低时进行深度调峰,将获得相应的调峰补偿收益。为了积极响应电网要求,同时获得相应的调峰补偿收入,九台电厂根据本厂机组容量高且为褐煤塔式锅炉及风扇磨制粉系统的优势,进行了一系列的深度调峰的试验和研究,在确保机组运行安全的前提下,本着不断拓展调峰“深度”和“广度”、减少调峰燃油消耗量、增加深度调峰期间的自动投入率、最大限度地减轻运行人员劳动强度的原则,通过对机组安全隐患地排查整改、及时发现并处理缺陷等手段,不断增加设备运行可靠性;通过对相关系统的逻辑、保护进行优化,来适应机组在低谷负荷工况下的长周期安全稳定运行。经过一段时间的探索与实践,形成一套比较成熟的深度调峰工作方案和保证安全技术措施,使深度调峰工作得以顺利进行。

  1设备概况

  华能九台电厂2×670MW超临界机组锅炉为哈锅制造的超临界参数燃用褐煤的塔式锅炉,型号为HG2100/25.4-HM11型,采用单炉膛、一次中间再热、变压运行、平衡通风、紧身封闭布置,固态风冷干除渣、全钢构架、全悬吊结构。锅炉大板梁标高127米,炉膛断面尺寸21.2273m×21.2273m,最大连续蒸发量2100t/h,过热器蒸汽出口温度571℃,再热器蒸汽出口温度569℃,给水温度283.3℃。锅炉设计燃用扎赉诺尔褐煤,制粉系统采用8台风扇磨煤机,采用热风+热炉烟+冷炉烟三介质干燥,磨煤机通风量以磨煤机抽吸高温烟气为主,热风及冷炉烟主要调节磨煤机出入口风温及磨煤机出口干燥介质的含氧量。正常运行时6台磨煤机运行可满足BMCR工况运行的要求,锅炉采用燃烧器八角布置双切圆燃烧,每台磨煤机引出5根煤粉管道分别连接到锅炉一角的5层燃烧器,其中#2、#6磨煤机燃烧器配有少油点火装置,以达到启动节油的目的。

  汽轮机为哈汽生产的超临界、一次中间再热、单轴、三缸、四排汽凝汽式汽轮机。

  发电机为哈尔滨电机有限责任公司制造的QFSN-670-2型三相交流隐极式同步发电机,采用水-氢-氢的冷却方式。

  2为机组适应深度调峰所做的改造

  为了保证机组在深度调峰期间不因辅机跳闸导致锅炉灭火等不安全事故,我厂对辅机的缺陷及隐患进行了彻底治理,从多角度、全方位考虑突发事件带来的安全隐患并制定应对措施。

  2.1防止磨煤机积粉(堵煤)打粉的改造

  为了防止深度调峰期间因制粉系统跳闸,锅炉燃烧率快速下降带来的安全隐患,对制粉系统的给煤机、磨煤机等进行了部分改造 ,降低了制粉系统设备跳闸频次和风扇磨积粉(堵煤)、打粉等现象对炉内燃烧带来的大幅扰动,提高了设备运行的安全可靠性。

  2.1.1磨煤机叶轮更改打击板宽度和厚度:

  将外打击板由260mm宽改为310mm宽,内打击板由260mm宽改为210mm宽,增加打击面面积,减小磨煤机动静间隙增加磨煤机通风、干燥出力,防止积粉;对打击轮连接梁及打击板进行改造,打击板磨损裕量提高至100mm,延长使用时间500小时。

  2.1.2合理制定制粉系统检修周期确保出力:

  磨煤机运行1500小时后检查(3000小时左右叶轮大修),打击板补焊高强度防磨层,磨损处进行修补,确保磨煤机干燥、通风、磨煤出力不至于过低导致积粉、打粉。

  2.1.3减小叶轮与护钩的间隙:

  将叶轮与护钩间隙由35~50mm缩小为25mm,减小了叶轮与护钩间隙,既增加磨煤机处理,也防止因煤湿留在动静间隙中形成积粉(堵煤)。

  2.1.4磨煤机入口导流板、引流板改造,避免风扇磨“打粉”和打击板不均匀磨损。

  根据磨煤机打粉现象和打击板不均匀磨损分析,磨煤机入口导流板、引流板存在堆积现象,下煤不够均匀,我厂成立攻关组,增加了入口导流板的坡度,又试验不同形状的引流板,运行一段时间后查看打击板磨损情况,确定最佳形状,逐步更换,做到下煤均匀,打击板磨损均匀,既避免因堆积导致的打粉现象,也延长了打击板使用寿命。

  2.2防止制粉系统跳闸所做的改造

  2.2.1原煤斗内的疏松机滑片对于较湿的煤没有好的效果,反而成为湿煤挂壁、棚煤的附着点,后来全部拆除,使煤仓内部光滑。两侧自制悬吊式振打锤在煤斗煤位到中低煤位时再振打,而高煤位越振打越实,不利于棚煤处理。

  2.2.2定期将煤层厚度调节挡板抬高,放出聚集的大煤块,在挡板后加装5片刀片,用于挤压、切割大块煤或麻丝袋等杂物。

  2.2.3给煤机端部挡板由垂直改成一定坡度,有利于块煤、湿煤下落。

  在原煤斗下方增设检修孔,当发生棚煤、堵煤或需要内部检查时可通过此孔进行快速处理。

  2.2.4给煤机箱体下部贴瓷片,落煤管取消插板门,将落煤管更换为光滑直管,防止给煤机垫煤和落煤管挂壁堵煤。

  3深度调峰及节能优化运行

  为了机组能够适应深度调峰工作,做了大量工作,利用褐煤塔式炉燃烧器燃烧稳定、燃烧室与燃烧器布置合理、锅炉稳燃能力较强的优势,进行了大量试验研究,确保机组深度调峰期间安全稳定经济运行。成果如下:

  3.1协调控制系统优化

  3.1.1对低负荷运行期间小汽机用汽安全制定了详尽的技术措施,还针对汽泵给水流量下限设定值由原630t/h降低至500t/h,防止因深度调峰期间给水流量过量,使贮水箱见水,锅炉由干态转湿态运行,增加了调整难度,从而达到了节能降耗目标,机组深度调峰期间给水实现自动调节。

  3.1.2在协调控制系统中特别设计了压力拉回回路,当主汽压力偏差超过±0.3MPa时,汽机主控协助锅炉参与压力调节,当主汽压力偏差继续增大超过±0.8MPa时,汽机主控只保压力,不控制功率,直到压力偏差返回,机组负荷、压力参数均可根据需要调整。

  3.1.3机组投入条件其一是机组负荷大于290MW,为了防止深度调峰期间因协调投不上,导致一次调频无法投入被电网考核,运行部经过试验,逐渐将协调投入负荷下限由290MW逐渐降低至190MW,不但适应深度调峰的要求,而且降低了运行人员工作压力和劳动强度。

  3.1.4深度调峰时,经过探讨分析,优化机组滑压曲线,实现了深度调峰时汽轮机采用顺序阀控制,经西安热工院试验证实采用顺序阀控制比采用单阀控制煤耗降低约4g/(kw.h),机组能耗指标得到进一步好转。

  3.1.5对油枪投入逻辑进行优化,确保四套制粉系统运行时其中一套制粉系统跳闸后燃烧率锐减后,相应的大油枪能够迅速自动投入进行稳燃,防止锅炉灭火。

  3.2磨煤机运行方式及上煤方式的优化

  随着能源 的日益紧缺,锅炉燃煤煤质多变复杂,而且公司为了保证效益最大化,掺烧辅煤不断增加,使得锅炉的稳定燃烧一直困扰机组安全运行,再加上机组深度调峰,稳燃问题更为突出。燃用煤种见下表:

  


  在众多煤中,扎赉诺尔由于水分小、挥发份高,硫分小,低位发热量高,成为深度调峰主要用煤。为了实现机组稳燃,其调节手段是#2、#6磨煤机对应原煤斗上扎赉诺尔配合#2、#6磨煤机部分少油枪。

  针对四套制粉系统运行深度调峰最佳运行方式进行试验研究,最终确定200MW左右负荷运行#1、2、4、6或#2、4、6、8四套制粉系统锅炉燃烧最为稳定;在深度调峰之前要做好系统的摆布,为了规范操作,在大量试验的基础上,制定了详尽的《机组深度调峰期间保证安全的技术措施》和深度调峰操作票,运行各值按规定操作,确保深度调峰期间机组的安全运行。

  通过做试验及采取合理的磨煤机运行方式和上煤方式,将机组最低不投油稳燃负荷由280MW降到260MW,深度调峰负荷在280MW至260MW期间,每小时可节燃油1.2t/h。

  3.3低负荷脱硝系统优化

  为了确保深度调峰期间维持脱硝系统的入口烟温不低于293℃的保护跳闸值,维持脱硝系统全程投入,经过大量试验,确定了四套制粉系统最佳上煤方式为三个斗扎煤(高热值、高挥发分的设计煤种)一个斗辅煤(热值、挥发分相对较低的掺烧煤种)的上煤方式,维持合理的总燃料量,以保证4套制粉系统能够维持正常运行。此方法既能保证脱硝系统入口烟温,使脱硝系统正常投入,也能够加大热炉烟的再循环量;开大每台磨煤机对过燃风挡板采用分级配风减低NOx产生。

  3.4开式冷却水泵运行优化

  开式冷却水泵为工频泵,入口水源为循环水提供压头为0.15Mpa至0.21Mpa左右,出口压力为0.75Mpa。机组深度期间,机组负荷低,各冷却器需要的冷却水量低,冷却器冷却水调门开度减小,开式冷却水系统节流损失大,也容易超压。通过研讨将开式冷却水泵改为变频运行,既解决开式水系统超压问题又解决低负荷时节流损失大问题,生产厂用率降低了0.004%。

  3.5优化氧量运行

  因深度调峰负荷率较低,加之为保持脱硝入口烟温正常投入需要加大送风量,提高火焰中心位置、提高煤粉燃尽度,炉膛维持氧量较高,会造成NOX生成量加大,液氨耗量增加,排烟损失有所上升,也增加了空预器、低温省煤器等下游设备硫酸氢氨凝结堵塞的风险,因此,通过做试验,找到烟气中CO含量上升的拐点,结合脱硝系统入口温度及飞灰、大渣含碳量,在不同负荷下采取不同的氧量负向偏置,使锅炉处在最佳氧量工况下运行,收到较好节能减排效果。经比较氧量优化后,同负荷下送引风机耗电率之和下降了0.1~0.15%,脱硝入口NOX浓度下降50~100mg/Nm3,而飞灰和大渣含碳量上升幅度较小。

  3.6优化脱硫运行方式

  根据辅煤含硫量、发热量等参数将不同煤种上至不同原煤斗进行掺烧,通过FGD入口SO2浓度确定浆液循环泵运行台数及磨煤机运行方式,确保脱硫耗电率最低,SO2达标排放。

  3.7优化电除尘及输灰系统运行方式

  根据机组负荷率,通过调整电除尘电场电流极限、工作方式等方法进行及时调整,在确保粉尘浓度达标排放的前提下,与同负荷优化前相比,降低除尘系统耗电率约0.12~0.18%。同时对输灰方式和逻辑进行优化,输灰空压机运行台数由原来2~3台运行将为1台运行。

  总之,为确保机组深度调峰期间的安全、稳定、经济运行,九台电厂做了大量的试验研究工作,根据机组自身优势和不断探索实践,深度调峰最终能够实现正常模式下4套制粉系统运行负荷降至200MW稳定运行,2017年全年获得深度调峰补偿奖励8000余万元,环比2016年深度调峰补偿奖励多6524余万元。

  


  两台机组深度调峰全景

  4结语

  燃煤机组在进行深度调峰优化时,机组的最低稳定负荷主要受锅炉的燃烧稳定性、环保及辅机系统的安全性等因素的制约。九台电厂虽然在机组深度调峰工作上取得了一些成绩,机组未发生过由于深度调峰导致锅炉灭火的事故。但深度调峰也带来了一些安全隐患,机组长周期深度调峰,设备及调节系统在极限方式下运行会带来很大的技术风险和不可预知的突发事故,也会对设备带来一定的损害,而度电煤耗和发电厂用电率等经济指标会有所上升,但是九台电厂各级技术人员、运行人员在各级领导的支持鼓励下,依靠自身技术优势,通过不断探索和大胆实践,将两台机组深度调峰工作提到了一定高度,取得了很大成绩,在没有进行脱硝烟气旁路、省煤器水旁路等灵活性改造的前提下,攻克一道道难关,取得不菲战绩,相信他们定会继续努力,不断探索实践并应用当今先进技术,定会将大机组深度调峰工作做得更加完美出众。

  参考文献:

  [1] 《华能吉林发电有限公司九台电厂#1、#2锅炉燃烧调整试验及运行优化报告》

  [2] 《华能吉林发电有限公司九台电厂1、2号锅炉SCR烟气脱硝装置喷氨优化调整试验报告》

  [3] 华能九台电厂主机运行规程,华能九台电厂,2017年。

  [4] 华能九台电厂辅机运行规程,华能九台电厂,2017年。

  作者简介:

  耿文峰,男,1972年12月生,长春市人,大学本科学历,热动专业高级工程师,长期从事大机组生产及管理工作,现任华能九台电厂生产副厂长。

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