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火电厂燃煤机组深度调峰技术分析

摘要：目前在我国电力系统中，常规火力发电依然占有较高的比例，当电力系统中不确定性电源占比较高时，常规的火电机组需要进行深度调峰，以满足系统内的功率实时平衡和系统的安全稳定运行。深度调峰即火电机组在电网调度指令下运行出力在50%以下甚至更低的水平，这样的运行状态对火电机组具有较大的影响，会折损火电机组的运行寿命，并且也不利于火电机组的安全经济运行。本文详细分析了火电厂燃煤机组深度调峰技术，在实际中具有较强的实际应用价值。

关键词：燃煤机组；深度调峰；精细化运行

由于风电、光伏发电的随机性、间歇性较强，其大规模并网给电网的安全稳定运行带来了负面影响。为提高可再生能源的消纳能力，承担着全国70%以上发电量的火电机组须承担电网的调峰任务。提高燃煤机组深度调峰能力主要包括两个方面：1）锅炉精细化运行调整；2）提高机组主辅机及其环保装置在低负荷下的设备适应性。本文将就燃煤机组深度调峰的主要技术进行论述，为即将开展火电灵活性改造的机组提供改造思路。

1锅炉精细化运行调整

当前300MW以上新投产烟煤机组的设计不投油稳燃负荷为35%额定负荷左右，但实际运行时最低稳燃负荷仅为50%额定负荷左右。可见，大部分锅炉的低负荷稳燃能力值得挖掘。锅炉精细化运行调整旨在在现有煤质和设备条件下挖掘锅炉的低负荷稳燃能力，其包括以下方面。

1.1粉管一次风速大小及其偏差调整

研究发现随着煤阶的增加，最低着火温度对应的煤粉浓度逐步增加，如烟煤的最佳煤粉浓度约为0.5kg/kg，贫煤、无烟煤为1.0kg/kg以上。然而，大部分锅炉实际运行过程中，粉管内平均煤粉浓度仅为0.3~0.4kg/kg。因此，应先将各粉管一次风速偏差调平，在确保不堵管的前提下，适当降低一次风速，增加粉管内煤粉浓度。

1.2煤粉细度调整

随着煤粉细度的降低，煤粉颗粒的比表面积增加，煤的表观活化能大大降低，有利于挥发分的析出和颗粒的非均相着火。研究发现随着煤粉粒径的降低，煤粉着火温度明显降低，以晋城无烟煤为例，煤粉平均粒径从90μm降低至60μm后，其着火温度从640℃左右降低至570℃左右。在机组深度调峰期间，可通过调整磨煤机分离器挡板或转速，在保证磨煤机运行安全的前提下降低煤粉细度。

1.3配风方式调整

配风方式对锅炉低负荷稳燃能力的影响与燃烧器的结构形式有关。针对四角切圆锅炉，低负荷下应适当关小周界风，降低煤粉着火热，同时投运燃烧器之间的辅助风开度应合适，过大或过小都不利于低负荷稳燃；针对前后墙对冲旋流燃烧器，低负荷下内二次风风量应适当关小，过大会增加煤粉的着火热。

1.4燃烧器旋流强度调整

对前后墙对冲燃烧锅炉，可通过调整燃烧器旋流强度改变燃烧器喷口一、二次风和高温烟气的流场分布，调节煤粉的着火距离。在一定范围内，旋流强度越大，高温烟气回流量越大，煤粉着火越容易，着火距离越近，燃烧越稳定，但旋流强度过大会导致气流“飞边”现象，引起风粉分离，反而不利于低负荷稳燃。因此，低负荷下燃烧器应维持相对较强的旋流强度，同时确保二次风对煤粉有较好的“包裹”作用。

1.5运行氧量调整

合适的运行氧量有利于提高锅炉低负荷稳燃能力。运行氧量过大，总风量增加，会导致炉内平均温度降低，影响燃烧稳定性；反之，运行氧量过小，一、二次风混合变差，炉内煤粉颗粒燃烧不完全，也会威胁锅炉的燃烧稳定性。考虑到锅炉低负荷运行过程中，大多存在运行氧量偏大的情况，因此在确保炉内气体和固体可燃物充分燃尽的同时，适当降低运行氧量。

1.6磨煤机投运方式调整

磨煤机投运方式对锅炉低负荷稳燃能力的影响十分明显。相对于分散火嘴燃烧，集中火嘴燃烧稳定性更强，因此低负荷下应投运相邻的燃烧器。此外，适当减少磨煤机或给粉机的投运台数，粉管煤粉浓度会相应提高，热负荷会更加集中，锅炉低负荷稳燃能力也会增强。

2提高主辅机及环保装置适应性

机组在深度调峰过程中，可能存在设备低负荷下适应性差问题，制约其深度调峰能力，因此需提高主辅机及环保装置的适应性。

2.1锅炉受热面超温

锅炉低负荷下炉膛火焰充满度较差，可能存在偏烧的现象，且工质流量低，水动力特性变差，易发生水冷壁等受热面超温现象，尤其当直流锅炉湿态转干态时其受热面超温现象较为突出。因此，深度调峰的机组需要开展锅炉水动力核算和受热面壁温偏差计算，以及相关的摸底试验，以确定锅炉安全运行的负荷下限。针对直流锅炉，需通过水动力计算确定干态安全运行的最低给水流量。对于因热负荷偏差导致的受热面超温，可以通过调整配风方式、磨煤机投运方式等运行优化来缓解，必要时可进行受热面的材料升级。

2.2磨煤机振动、风机喘振

磨煤机低出力下易出现振动现象，风机低出力下也易出现“抢风”、“喘振”等现象，从运行方式上可采取减少磨煤机投运台数、单风机运