某超临界660MW机组直流锅炉深度调峰实践

朱建平

（新能集团有限责任公司乌鲁木齐电力建设调试所，新疆 乌鲁木齐 830000）

国家发展改革委、国家能源局在2016年正式发布文件，推进了火电机组灵活性改造试点在全国多个省份16个点的建设，旨在促进我国火电生产的更高灵活性的运行，提升调峰电网消纳新能源的能力。本地区政府也通过出台辅助调峰服务市场运营管理办法、深度调峰机组补贴等活动，来鼓励燃煤机组参与开展深度调峰中，从而推进深度调峰机组的全面建设。燃煤机组在参与深度调峰过程中，它们需要考虑热电耦合、锅炉安全运行等技术方面的问题。本文通过介绍某超临界600MW机组直流锅炉，研究了开展锅炉深度调峰的实践过程。

1 锅炉概况

某超临界660MW机组中的生产锅炉为超临界参数变压直流炉DG1900/25.4-Ⅱ1，由东方锅炉厂生产，采用全吊悬式、单炉膛、固态排渣的Π型结构，燃用为烟煤，无灰基挥发份为39%，收到基低位发热量为21300kJ/kg。配置5台中速ZGM113G磨煤机，布置3层式一共24台HT-NR3旋流燃烧器，前后对冲燃烧。在额定负荷工况，锅炉热效率为94.04%，最低可稳燃负荷是35%的额定负荷。

2 锅炉深度调峰技术

锅炉燃烧采用的煤质的挥发分较高，着火容易，通过调整，能够降低锅炉最低不投油稳燃负荷，以此作为主要突破口，能够提高锅炉深度调峰能力。

2.1 燃烧器稳燃结构

炉内煤粉着火时的热量主要由旋流燃烧器卷吸的高温烟气提供，而旋流强度既与与煤粉着火的稳定呈正相关，也与燃烧器外二次风旋流叶片角度的大小呈正相关。因此，应当控制好HT-NR3旋流燃烧器外二次风旋流叶片角度，以此增强旋流及煤粉着火稳定性，保障锅低负荷期间能够稳定燃烧，提高调峰的范围。以二维粒子成像测速（PIV）方式来测定该系统在外二次风旋流的不同强度下，其燃烧器出口流场及喷口火花示踪情况。

图1 45%叶片开度下燃烧器喷口流场

图2 55%叶片开度下燃烧器喷口流场

图3 65%叶片开度下燃烧器喷口流场

图4 45%、55%、65%叶片开度时燃烧器喷口的火花示踪

图1、2、3分别为45%、55%、65%叶片开度的HT-NR3型旋流燃烧器时，其喷口流场分布，图4则为喷口火花示踪状况。叶片开度为45%时，会在一次风两侧形成涡流，能够更好地促进煤粉、风力及高温烟气的混合，增强让煤粉能够在100°的喷口火焰角中，包裹在烟气中，获得良好的燃烧效果。叶片开度为55%时，则可以见到旋涡进一步增大，其混合引燃能力也更强，获得了120°的喷口火焰展示角，有利于稳定燃烧。叶片开度为65%时，则没有旋涡，接近180°的扩展角让风粉与外二次风分离开来，以开放式气流将煤粉推着沿壁面运动，不充分的燃烧会加剧浪费，加大最低燃烧负荷。因此，将叶片开度设计在50%～55%比较合理，也能增大HT-NR3旋流燃烧器的燃烧充分性。

2.2 锅炉风、粉调整

本调整试验通过改变一次风速、煤粉细度、运行氧量、配风方式、磨煤机投运方式、磨煤机出口风粉温度等条件，来探究最适应本锅炉，能够保障更低负荷稳定燃烧的风、粉条件，从而提高深度调峰能力。其观测指标主要是锅炉的各方面运行参数的变化，包括炉膛内的负压、温度，燃烧器喷口处的温度、距离、火焰强度等，从而评估被影响条件下，锅炉的低负荷燃烧状况。该试验基础条件为35%额定负荷，利用A、B双台磨煤机，如表1为调整的运行参数。

表1 锅炉风、粉在35%额度负荷的调整前后参数

从表1参数可知，本次调整的参数包括降低一次风速的偏差、煤粉细度、燃尽风挡板开度，适当控制一次风速、运行氧量，还适当提升了磨煤机出口的风粉温度。在实施这些技术措施后，检测前后的被影响指标，发现炉膛负压没有大幅度波动，总体燃烧比较稳定；投运层燃烧器的喷口温度则有很大提升，从1290℃变化成1320℃，其火检闪烁频率也从1次/min下降到0.5次/min，可以直观地看到火孔的着火点提前了；屏式过热器底的烟气温度测定值从880℃降到860℃，火焰中心温度的这个降幅能够提升锅炉在低负荷下的燃烧稳定性。在参数调整前后，这些被影响指标的变化，反映出锅炉低负荷稳燃能力的提升，有利于推进锅炉开展深度调峰。

2.3 锅炉水动力特性分析

水动力即在锅炉运行过程中，水的蒸发、流动等活动的所需动力，它的稳定性对超临界直流锅炉的深度调峰工况安全性有重要意义。若水动力特性差，则会导致低负荷的管中水流量分配不均，让并联、串联管的流量都无规律地增减，给管束冷却带来不利影响。波动的蒸发点也会加剧金属在水流蒸发的疲劳性，减少设备正常运行的时间。而且，不稳定的锅炉水动力特性，也会使得锅炉管束出口有不同的状态及参数，如单相水、汽水混合、饱和蒸汽等，加剧了管子因过热爆管损坏问题。根据风、粉调整试验，可以发现，35%额定负荷下，锅炉能够保持自身的稳定运行，且在水冷壁受热面的温度也在材料可承受范围内容，如图5为对其中各点温度进行测试后得到的温度分布图。

图5 锅炉水冷壁在35%额定负荷下的壁温分布情况

水冷壁壁温整体比较均匀，只在后墙、右墙等测点的温度稍高，分析因磨煤机投运与水冷壁的后部、右部等接触更紧密有关。结合锅炉构造及其运行参数，把水冷壁视作流量回路、压力节点、连接管构成的网络系统，以质量、动量、能量的守恒原则计算水动力，可以得到超临界锅炉水冷壁的数学计量模型，以此求解非线性流量、压降平衡可以得到：锅炉承受25%额定负荷时，能够在经历热绕动后回复稳定，且此时以2台磨煤机投运并把水流量降到410t/h，能够保障锅炉运行安全。即在一次风速23m/s、运行氧量6.5%、磨煤机出口风粉温度83.9℃、2台磨煤机投运、水流量为410t/h的条件下，锅炉能够适应25%额定负荷，可开展深度调峰。

3 结语

本文主要研究了对某超临界600MW机组直流锅炉进行深度调峰时，若不通过改变设备构造及装置构成，只从风、粉调整、稳燃结构参数设定、水动力特性参数设计等方面进行安全约束，是否能将原锅炉的最低不投油稳定运行35%额定负荷，降至25%额定负荷，从而保障锅炉能够安全开展深度调峰实践活动。参数调整的优化最终结果也反映出这样的结果，将叶片开度设计在50%～55%能够增大HT-NR3旋流燃烧器的燃烧充分性，并进行风、粉参数调整，再加上数学计量模型计算，能够以2台磨煤机投运并把水流量降到410t/h，保障锅炉运行安全及其对25%额定负荷的适应，从而开展深度调峰。