1000MW机组低负荷锅炉安全运行分析

1000MW机组低负荷锅炉安全运行分析

陈武治

天津国投津能发电有限公司， 天津 滨海新区 300480

摘要：通过对天津国投津能发电有限公司的#1锅炉进行低负荷锅炉燃烧异常工况进行多角度分析，指出了在低负荷锅炉燃烧工况主要参数（过热度、储水箱水位、过热汽温等）发生异常的原因，是炉内燃烧组织不好，燃烧滞后，水冷壁吸热降低。针对升负荷及降负荷两种典型工况出现的燃烧异常工况，提出了卓有成效的对策。

关键字：1000MW机组；锅炉；低负荷；燃烧安全

1、引言

随着风电、光伏等新能源发电项目的快速发展，火电机组低负荷运行时间不断增加。低负荷期间锅炉运行不稳定因素增多，如何保证在超低负荷下锅炉运行的安全，就成为一项重要课题。

天津国投津能发电有限公司的一期两台1000MW机组，负荷小于350MW时锅炉为湿态运行，大于400MW为干态运行。两台机组机组正常调峰范围是400MW-1000MW，在近期低负荷（400MW-600MW）期间，经常会出现锅炉汽水分离器出口蒸汽过热度低、锅炉储水箱满水、过热汽温高、减温水量大的情况。这样的现象的出现，根本原因在于炉内燃烧过程的恶化，严重威胁锅炉的安全运行，很有可能造成锅炉过热器水塞、过热汽温高触发MFT或发生锅炉灭火。

在锅炉低负荷运行期间，由于氧量增大，污染物NOx生成量也大幅增加，脱硝反应器喷氨量也被迫增加。同时，脱硝反应器入口温度也持续降低，将会导致脱硝反应效率下降，喷氨量大幅上升，生成的硫酸氢氨沉积在空气预热器的波纹板上，导致空预器烟气侧和空气侧差压均增大，不但增加风烟系统电耗，还会使炉膛负压波动变得很大，影响锅炉运行安全。

对于以上影响锅炉低负荷燃烧和脱硝系统安全运行的两种情况，有必要进行分析，采取相关对策，保证机组低负荷调峰期间锅炉运行安全。

下面天津国投津能发电有限公司#1锅炉为例，进行分析。

2、低负荷400MW-600MW燃烧出现异常的工况

2.1 降负荷期间燃烧出现异常的典型工况

负荷从500MW降至400MW过程中，按照掺烧低热值、高硫分煤方案要求，停运最底层A磨煤机，剩余B、C、D磨煤机运行，过热器汽温上升较快，总煤量减少较多，汽水分离器出口过热迅速降低，导致储水箱出现水位，若过热的持续降低，甚至为0℃，储水箱将满水。同时火焰电视变暗，出现闪烁。

2.2升负荷期间燃烧出现异常的典型工况

升负荷时，如负荷从400MW升至500MW，过热度下降较快。由于之前过热汽温高，过热度控制较低，10℃以内，很快过热度为0℃，储水箱也将很快满水。过热汽温仍保持高位运行。

3、过热度低，储水箱水位高的原因分析

过热度低、储水箱水位高、主汽温高这些现象都是锅内、水汽测的异常，在锅炉水动力循环正常的情况，根本原因还是在于炉内燃烧过程的异常。

3.1对降负荷过程出现储水箱高水位的分析

停运1A磨煤机后，由于炉内燃烧火焰中心上移，燃烧过程滞后，过热汽温加之A磨煤机的煤发热量比其余磨煤机B、C、D磨煤机高，水冷壁吸热减少，由于热偏差的存在，部分分离器入口为湿蒸汽，经分离器旋转分离，干蒸汽进入顶棚过热器，水分进入储水箱，储水箱出现水位。随着燃烧的继续恶化，左右切圆开始出现燃烧不均，右侧切圆煤粉着火不良，炉内燃烧温度下降，火焰电视变暗。右侧烟气温度降低，导致右侧过热汽温明显下降，右侧过热器减温水关小至0。而左侧过热汽温明显上升，三级减温水全开。

3.2对升负荷期间储水箱出现高水位的情况的分析

升负荷时，由于机组协调控制系统的特性、给水增加较多，煤量相对增加较少，同时给水增加的延迟较小，约10s即可显示效果，而给煤量增加延迟较大，约2min才可显示效果，过热度下降较快。由于之前过热汽温高，过热度控制较低，10℃以内，很快过热度为0℃，储水箱也将很快满水。过热汽温由于燃烧滞后，仍保持高位运行。此时由于煤量较大，两个切圆燃烧没有出现恶化。

4、对低负荷期间锅炉燃烧异常的调整对策建议

针对锅炉低负荷期间燃烧恶化的原因，在这里提出应对策略。

4.1 延迟停运第四台磨煤机

机组负荷由500MW降至400MW时，视燃煤发热量情况选择停运第四台磨煤机的时机，防止在燃煤发热量较低时过早停运，造成过热度快速下降。同时及时降低燃烧器摆动喷嘴，降低火焰中心位置，提高过热度。需要注意的是，延迟停运第四台磨煤机时要监视NOx污染物生成量的变化，提前干预，适当增加喷氨量，防止烟囱出口NOx超标。

若已出现过热度为0℃，储水箱满水，过热汽温高而且偏斜的情况，果断启动1A磨煤机，稳定燃烧，防止锅炉灭火，保证机组安全。实践表明，如图1所示，A磨煤机的运行对炉内燃烧具有类似压舱石的稳定作用，可使过热度重新上升、储水箱水位下降、右侧超温且左侧低温的过热汽温恢复正常，迅速将炉内燃烧转危为安。

4.2 升负荷时及时启动第四台磨煤机

机组升负荷时，及时查看调度计划曲线，负荷指令在450MW以上时，及时启动第四台磨煤机，及时增加总煤量，强化炉内燃烧，提升过热度。

4.3400MW-450MW低负荷保持A、B、C磨煤机运行

由于煤场近期低发热量、高硫分煤库存很大，锅炉必须全力掺烧低发热量、高硫分煤。在掺烧方案中，B、C、D、E磨煤机上低发热量、高硫分煤，需保持长期运行。目前的问题是，在低负荷400MW时，运行B、C、D磨煤机，过热度、汽温控制难度较大，安全裕量不大，容易出现燃烧恶化现象。可改成A、B、C、D磨煤机上低发热量、高硫分煤，保持A磨煤机长期运行。这样，在400MW时保持A、B、C磨煤机运行，过热度、汽温都可以很好的保持在安全的范围内，储水箱水位高的现象也将大幅改善。

由于微油点火装置安装在A磨煤机出口燃烧器前，只有A磨煤机的运行才能保证微油枪随时可以投入助燃。经验表明，在燃烧恶化后及时投入微油枪，可在第一时间使锅炉燃烧变好。在一期机组完成灵活性运行方式改造后，在更低的负荷范围（200MW-400MW），也要求A层微油枪及A磨煤机运行保持连续运行。

4.4 优化机组协调控制系统中，总煤量增加的逻辑。

目前在机组协调控制系统中，满负荷总煤量是按设计煤种的发热量（5200大卡）计算的，为377t/h。由于煤炭市场的变化，厂内存煤都是以4500-4600大卡的低发热量燃煤。在机组升降负荷时，协调控制系统自动增减的煤量幅度过小，导致升负荷时煤量增加过少，导致过热度降低，直到启动备用磨煤机后方才缓解。适当增加煤量的增加，可以改善这样的现象，但需要经过严格试验方可确定增加的幅度，以保证锅炉过热汽温不飞升。

5、结语

面对新时代的能源和生态环境危机，我国提出了“3060”碳达峰、碳中和的宏伟目标。 火电机组将成为最重要的调峰资源，低负荷运行的时间会进一步加长，调峰的深度会进一步增加。火电机组低负荷运行安全是保证调峰能力实现的重要保障。本文通过分析1000MW机组锅炉在低负荷期间过热度低、储水箱水位高、过热汽温高现象的分析，找出了其中的根本原因在于炉内燃烧的组织不力，并从运行角度提出了解决此类现象的对策。

参考文献：

1、刘彤 电站锅炉运行特性中国电力出版社 2018.3

2、王宇 一期锅炉燃烧调整措施 2022.2

3、一期集控主机运行规程 天津国投津能发电有限公司 2021.11

4、一期集控辅机运行规程 天津国投津能发电有限公司 2021.11