330MW热电联产机组深度调峰技术探讨与优化方案.pdf

科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald科技创新导报Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 能 源 与 环 境 工 程330MW热电联产机组深度调峰技术探讨与优化方案姚卫强 步晓波（国能大武口热电有限公司 宁夏石嘴山 753099）摘要：深度调峰成为当前火电机组普遍追求的目标，但对于热电联产机组，保供热与深度调峰时的低负荷运行存在一定的难题。本文针对某亚临界热电联产机组的深度调峰优化方法展开研究，系统地分析了机组实现深度调峰所面临的问题，并针对这些问题提出了相应的优化方法。优化内容包括锅炉和汽轮机控制、燃料和风机等多个方面。通过优化，机组实现了30%额定负荷的深度调峰能力，为其它同类型机组的改造工作提供了参考。关键词：深度调峰 亚临界 风机 给煤机 锅炉中图分类号：TM621文献标识码：A文章编号：1674-098X(2022)10(c)-0138-05Discussion and Optimization of Deep Peak Shaving Technology for 330MW Cogeneration UnitYAO Weiqiang BU Xiaobo(CHN Energy Dawukou Thermoelectric Co.,Ltd.,Shizuishan,Ningxia Hui Autonomous Region,753099 China)Abstract:Depth peak regulation has become the common goal of thermal power units,but there are some problems in the low load operation and heat preservation for cogeneration units.In this paper,the optimization method of depth peak regulating for a subcritical unit is studied,the problems faced by the unit to achieve depth peak regulating are systematically analyzed,and the corresponding optimization method is proposed to solve these problems.The optimization content includes boiler and steam turbine control,fuel and fan and so on.Through optimization,the unit achieves the depth peak regulating capacity of 30%of the rated load,which provides a reference for the transformation work of other similar units.Key Words:Depth peaking regulation;Subcritical;Fan;Coal feeder;Boiler新能源受季节性及环境因素影响较大，波动幅度、频度均较大。经常出现连续多天频繁、大幅波动，且多集中在供热期间，需要火电机组频繁启停调峰，电力平衡安排困难1-2。同时，现阶段新能源“大装机，小电量”特点突出，导致其在迎峰度夏、度冬，早高峰、晚高峰期间系统“顶峰能力”不足3-4。此外，我国的能源资源禀赋决定煤电仍将是当前及未来较长一段时期内我国电力、电量的主体。提高煤电机组的灵活性，特别是深度调峰能力，对保障民生供热和电力可靠性供应，实现火电机组发展转型具有重大意义。深度调峰会使机组面临诸多经济性和安全性问题5-6，对此，许多学者提出了针对性的解决方案7-8。文献9详细论述了深度调峰背景下超临界机组在不同负荷段的控制特性，并针对性的给出了对应的控制策略。文献10通过掺烧高品质煤种的方式实现了某超临界机组32%额定负荷的无助燃调峰运行，并验证了锅炉水冷壁、燃烧器和脱硝装置在低负荷状态下的适应性。文献11针对低负荷状态下风机运行的节能问DOI：10.16660/ki.1674-098X.2212-5640-6176作者简介：姚卫强（1986），男，本科，工程师，主要从事自动化控制设计及优化等工作。138科技创新导报Science and Technology Innovation Herald科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 能 源 与 环 境 工 程题，提出采用低速运行方案提高机组运行经济性。文献12基于相关试验建立了深度调峰模式下的机组控制系统优化策略，涵盖锅炉、给水、磨煤机等设备。文献13详细论述了机组深度调峰中锅炉侧的潜在故障。本文以某330MW亚临界机组为研究对象，系统分析了亚临界机组深度调峰面临的问题，并针对性的给出了相关优化方法。通过优化，机组30%深调能力，为其它同类型机组的改造工作提供了参考。1 深度调峰问题分析机组设计为2330MW亚临界抽凝式燃煤机组。市区供热面积近1200万m2。在深度调峰时，仍存在诸多问题亟需解决。1.1 锅炉方面低负荷时，锅炉煤量偏低，炉膛温度较低，极可能发生燃烧不稳，甚至灭火的情况；而且后屏过蒸汽量较低，存在超温的风险。在低负荷阶段，加减负荷时机组协调预加减煤量过大，易造成燃烧不稳、汽包水位大幅波动的不安全现象。现有控制模式下无送风机最低出力限制，易发生锅炉低风量保护动作及送风机失速的不安全现象，且原有协调逻辑锅炉风煤配比过高，导致锅炉燃烧效率下降。同时，由于没有一次风机最低出力限制，易出现一次风压、风量过低引发磨煤机堵煤，锅炉燃烧失稳的不安全现象。此外，低负荷时锅炉火检弱、火检信号波动大，存在火检丧失MFT动作风险。1.2 汽机方面低负荷时机组滑压运行曲线及高调门线性不合适，高调门开度过小且不均匀，机组节流损失大，存在汽轮机振动上升的安全隐患。而且，机组供热能力不足，冬季供热期不具备机组深调能力。1.3 控制系统方面在机组控制方面，一是风量测量装置在30%左右负荷时，测量元件可靠性下降，使总风量MFT保护及正常的自动调节存在风险。二是深度工况下，汽动给水泵实际给水流量离给水流量保护定值及汽泵再循环调门自动开启保护定值的间隔很小，存在给水流量保护MFT的风险。1.4 环保方面深调期间锅炉过量空气系数过大，生成的NOx及SO3浓度增加，锅炉喷氨量增加，使空预器硫酸氢氨污堵速度明显提高。而且，硝入口烟温过低，易造成脱硝催化剂低温失效、效率下降，NOx不能达标排放。2 深度调峰优化方案分析2.1 燃烧优化（1）进行燃烧调整试验。为了解决机组低负荷时锅炉燃烧不稳定的问题，对锅炉进行了燃烧调整试验，根据目前煤种状况、设备状态，制作了燃烧优化调整和磨煤机风量调整优化卡片，通过优化锅炉燃烧调整，合理进行锅炉配风，降低灰渣含碳量，降低排烟温度，提高过热、再热蒸汽温度，确保机组安全经济运行。（2）通过燃烧调整试验，确定深调期间稳燃煤种限制要求，煤质允许偏差范围如表1所示。（3）加强运行人员技能培训。针对深调期间易发生的锅炉燃烧失稳、汽轮机振动大、风机抢风喘振、屏过超温、锅炉灭火、汽包水位调整难度大等隐患，制定深调期间运行注意事项及应急处置措施，开展运行人员深调工况应急处置专项培训，提高运行人员技能水平。2.2 锅炉稳燃改造（1）进行磨组动态分离器改造。完成两台炉全部磨组（10台）动态分离器改造，将磨组煤粉细度由改造前的30%/1%（R90/R200），下降至改造后的22%/0.4%（R90/R200），提升锅炉低负荷稳燃能力。（2）进行磨组原煤仓虾米煤斗改造。为控制燃料成本，原有掺配煤泥比例较大，磨组原设计煤仓存在堵煤频繁的安全隐患，为保证低负荷磨组运行稳定性，对#1、#2炉A-D磨虾米煤斗改造，改造后磨组原煤仓堵煤现象基本消失，大大提升了深调期间锅炉稳燃能力。（3）进行锅炉微油枪改造。在原有BC、DE层大油枪基础上，对#1、#2炉A、C层微油枪改造，提升低负荷锅炉稳燃能力，减少深调期间稳燃油耗量。2.3 控制系统优化（1）增加自动投油稳燃逻辑（BC、DE层）。针对低负荷时极可能发生燃烧不稳，甚至灭火的情况，增加有功功率小于150MW且炉膛负压在-500Pa+500Pa时，给煤机运行期间同层任一角煤火检值50延时10s、磨煤机跳闸自动投入对应角大油枪助燃逻辑，确保不发生锅炉灭火及爆燃的不安全现象。（2）优化炉主控预加煤逻辑。为防止加减负荷时预加减煤量过大所造成的燃烧不稳、汽包水位大幅波动、后屏过急速升温等现象，增加当负荷小于160MW且加减负荷时，减少预加减煤量保证有充足的燃料稳定燃烧，增加“总煤量低于66t禁降锅炉主控输出”逻表1煤质允许偏差范围成分偏差干燥无灰基挥发分Vdaf31%收到基灰分Aar39%收到基低位发热量Qnet.ar（3950100）kcal/kg139科技创新导报Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald能 源 与 环 境 工 程辑；在动态CCS变负荷试验中发现升负荷时后屏过部分温升较大，为防止超温在变负荷前馈中加入了上下限功能，在低负荷小流量时对预加量限制，保证机组运行参数稳定。修正函数如表2所示。（3）送风自动优化。为防止发生锅炉低风量保护动作及送风机失速的不安全现象，对送风控制逻辑风量偏置后加法器输出下限为30，送风动叶输出下限由0%改为5%；对燃料空气指令进行逻辑优化，取消主蒸汽流量与总燃料量补偿计算逻辑。如图1所示。（4）一次风自动优化。为防止低负荷下一次风压、风量过低引发磨煤机堵煤，锅炉燃烧失稳的不安全现象，对一次风机变频逻辑输出下限进行限制，增加低负荷函数段输出上限为11，输出下限为7.5，如图2所示。（5）给煤机煤量自动优化。为防止协调方式下调节量过大，给煤机煤量过低引发锅炉燃烧失稳的不安全现象，对给煤机煤量自动下限进行修改：给煤机煤量自动下，有功功率160MW且煤量自动指令22本给煤机煤量输出禁降。（6）滑压函数优化（增加低负荷下函数段）。为提高深调期间机组低压力运行工况灵活性，优化机组运行经济性，对原滑压函数进行优化，如图3所示。（7）汽机主控优化。为确保深调期间负荷控制灵活性，提高深调盈利能力，对原汽机主控修正逻辑进行修改以适应当前运行工况。取消压力设定与实际压力偏差大修正逻辑。（8）AGC中调指令量程修改。确保上传中调AGC指令正确性，避免两个细则考核。将原有负荷量程160-330改为90-330，修改后，与中调核对信号。（9）开展机组阀序优化工作。针对低负荷高调门开度过小、不均匀问题，对阀序及开度进行优化，同时针对切阀过程负荷波动大等问题进行逻辑优化，优化后切阀过程有功功率变化量约7MW（之前20MW），切阀过程变化量大幅下降，保证机组深调期间安全性。（10）汽动给水泵再循环开启逻辑优化。针对机组深调期间给水流量低汽泵再循环频繁开启、汽包水位调节难度大问题，通过与生产厂家沟通，在确保汽动给水泵运行安全性前提下，将汽泵动给水泵再循环调整门开启条件由260t/h下调至180t/h，杜绝了因再循环调整门开启导致的汽包水位大幅波动现象发生。2.4 环保达标排放对#1、#2炉省煤器水旁路改造，将30%深调期间脱硝入口烟温由290提高至300以上，提高了脱硝催化剂效率，确保了深调期间NOx达标排放。2.5 火检优化改造针对机组存在低负荷时锅炉火检弱、火检信号波动大，易发生火检丧失MFT动作问题。组织热控专业分析原因，经过实地检查发现原因为火检光纤探头支架安装角度过小，导致检测范围对准燃烬区域、且检测范围大，燃烬区火焰强度弱频率低，造成火检系统无法对比出背景火焰与喷燃器火焰，误发无火信号。通过对火检探头位置进行调整、参数进行优化，消除了低负荷炉膛火检丧失的不安全隐患，锅炉低负荷运行安全表2修正函数负荷系数00110013001350.11400.3150116513301图1送风控制逻辑140科技创新导报Science and Technology Innovation Herald科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 能 源 与 环 境 工 程性大幅提高。3 优化效果分析基于上述优化工作，机组具备了30%深调能力，2020 年机组深调收益 570 万元，2021 年深调收益956.72万元，大幅提升了机组发电盈利能力。同时，通过实施灵活性改造、燃烧调整优化、控制系统优化等工作，深调期间机组安全运行能力大幅提高，未发生因机组深调导致的不安全现象事件发生。4 结语低负荷状态下，锅炉极可能发生燃烧不稳，过热器存在超温的风险，且存在汽包水位大幅波动的不安全现象；汽轮机滑压运行曲线及高调门特性曲线不合适，存在汽轮机振动上升的安全隐患。而且，机组供热能力不足，冬季供热期不具备机组深调能力；在环保方图3滑压曲线图2一次风自动优化变频逻辑141科技创新导报Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald能 源 与 环 境 工 程面，容易发生脱硝催化剂低温失效、效率下降，NOx不能达标排放等诸多问题。为了实现机组的深度调峰能力，通过燃烧调整试验，确定深调期间稳燃煤种限制要求。对磨组动态分离器和原煤仓煤斗等设备进行改造，提升低负荷锅炉稳燃能力。对锅炉和汽轮机相关控制逻辑进行优化，以适应低负荷段的控制特性。基于上述优化方案，实现了机组30%额定负荷的平稳运行，实现了热电联产机组的深度调峰。参考文献1 谭增强,王一坤,牛拥军,等.双碳目标下煤电深度调峰及调频技术研究进展J.热能动力工程,2022,37(8):1-8.2 万宏斌.660MW超超临界火电机组深度调峰能力试验研究D.兰州：兰州交通大学,2020.3 安麒,王剑晓,武昭原,等.高比例可再生能源渗透下的电力市场价值分配机制设计J.电力系统自动化,2022,46(7):13-22.4 杨铠帆.火电机组深度调峰经济运行优化研究D.沈阳：沈阳工程学院,2021.5 张亚凯,毕虎才,王兴.某深度调峰机组水冷壁泄漏原因分析及预防J.电站系统工程,2022,38(6):15-18.6 刘云锋,李宇峰,王健,等.汽轮机深度调峰的水蚀问题研究J.发电技术,2021,42(4):473-479.7 黎潇云,陈得胜,张虎,等.适应火电机组深度调峰的轴流式送风机改造研究J.风机技术,2021,63(3):88-93.8 杨威,琚敏,陈勤根,等.深度调峰下电站锅炉动调轴流引风机节能改造技术研究J.风机技术,2021,63(3):94-100.9 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