摘要：近年来，东北地区风电、光伏等新能源电力装机容量快速增长的影响，电网迫切需要火电机组在供暖期参与电网调峰甚至是深度调峰，以提高电网对新能源的消纳能力。为此国家能源局先后下发通知推动火电机组灵活性改造，要求挖掘火电机组调峰潜力，提升我国火电运行灵活性，提高新能源消纳能力。根据《东北电力辅助服务市场运营规则（ 试行）》要求，对于东北电网区域内火电机组，若实施灵活性改造参与深度调峰辅助服务，可根据调峰深度不同，获取一定的补偿收益，若不参与深度调峰服务，则需要分摊相应的深度调峰费用。为响应国家号召，提高机组的上网竞争力和盈利能力，有必要通过实施灵活性改造，参与深度调峰辅助服务，以实现企业效益最大化。
关键词：锅炉；低负荷稳燃技术；研究；应用
要实现锅炉降负荷深度调峰，一方面是必然需降低锅炉出力降低，锅炉燃烧稳定性变差，需进行辅助稳燃，防止因燃烧不稳造成锅炉灭火等故障发生；另一方面时低负荷运行方式要保证锅炉主、再热汽温正常，需要合理的磨煤机运行方式。因此，为提升机组灵活性，亟需解决锅炉低出力稳燃问题。
一、设备现状及存在的问题
目前锅炉实际运行最低稳燃出力为50%锅炉额定出力，约460t/h蒸发量。要实现深度调峰25%锅炉出力，制约主要因素有：
1、脱硝系统入口烟温低问题。当锅炉出力低至50%锅炉额定出力时不能保证脱硝系统正常投运，原设计310℃。尤其是在春秋两季，环境温度低于20℃，暖风器不投运时，脱硝系统入口烟温特别低。为保证脱硝系统正常投运，目前不得不采取低负荷下投运四台磨煤机及适当上摆燃烧器喷口的运行方式，当燃烧器上摆时油枪不能正常投运，火检闪烁及燃烧异常时将不能及时投油稳燃，机组低出力下多投运一台磨煤机也使得燃烧器喷口煤粉浓度降低，稳燃能力下降，厂用电升高。一方面供暖期享受不到调峰补贴，也威胁到低出力下锅炉运行安全性及经济性。
2、锅炉再热器蒸汽温度偏低，燃烧稳定性差问题。目前锅炉在50%出力多种磨投运方式下能做到不投油运行，稳燃效果较好，后续拟将不投油稳燃负荷降至40%锅炉额定出力。主要考虑低负荷稳燃的安全性及主、再热蒸汽温度达标的经济性。低负荷下燃烧控制的原则是尽量集中投运燃烧器喷口，使得热负荷相对集中，减少灭火风险，同时为使得再热蒸汽温度达标，又必须适当减少炉膛水冷壁吸热量，在不增加运行氧量的情况下增加炉膛出口及尾部对流受热面吸热份额，
3、由于龙煤价格较高，电厂偶尔燃用褐煤，尽管其着火点低于一般的烟煤，燃尽指数也较高，但其高水分严重影响了锅炉的着火及稳燃性能。针对电厂目前实际燃用低质烟煤后续灵活性改造后还应考虑锅炉最低不投油稳燃出力降至25%锅炉额定出力的目的，并使点火方式改造与燃烧系统改造相结合。
二、低负荷稳燃技术
低负荷稳燃技术目前有：等离子点火、富氧燃烧、微油点火三种技术。
1、等离子点火稳燃技术
1.1 等离子点火技术原理
等离子体发生器将压缩空气电离，产生稳定连续的空气等离子体流进入燃烧器，形成温度4000K～5000K等离子体高温火核。高温等离子体流与煤粉气流发生热化学反应，煤粉中的挥发物的含量提高1.2～1.8倍，煤粉被快速加热燃烧，形成燃烧火焰喷入炉膛。可实现冷风点火。等离子点火技术较为成熟，应用广泛；如惠来电厂低负荷时直接投运两层等离子，运行情况良好。
1.2 等离子点火改造经济型
1.2.1 适应的煤质范围更广：当燃用高反应性的烟煤时，可通过提高风粉速度及降低等离子体发生器功率等方式实现；反之，当燃用低反应性煤种时，亦可通过降低风速及提高等离子体发生器功率实现。
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1.2.2 点火初期燃尽率更高：通过对燃烧器内各区域的风粉速度、风粉浓度、引燃煤粉百分比、煤粉停留时间等关键参数的优化，可有效的降低等离子体点火燃烧器对低风速运行的苛刻要求，同时可有效的提高煤粉燃尽率，满足煤火检保护投入的要求。
1.2.3 对煤粉浓度适应性广，更好的满足锅炉升温升压曲线要求；
1.2.4 对制粉系统的（如煤粉管道风速、制粉量、煤粉浓度）要求更灵活，不容易堵粉，便于安全运行；
1.2.5 燃烬率更高，避免了尾部再燃和催化剂烧结，进一步保证了安全生产；
1.2.6 电除尘、脱硫脱硝的启炉过程中一直投入运行，满足环保要求。
2、富氧燃烧技术
2.1 富氧燃烧技术原理
提高稳燃气体的氧浓度，采用比空气氧浓度（21%）高的富氧空气作为稳燃气体，使得煤粉的燃烧特性得到改善。富氧条件下能够改善煤粉的燃烧特性，降低煤粉的着火温度及燃尽温度，强化煤粉燃烧并能够促进煤粉的燃尽与点燃，并能够减少烟气量，使烟气中的飞灰含量降低，从而实现了煤粉清洁、高效的燃烧。
富氧微油点火与稳燃技术是在成熟的微油点火技术的基础上，结合富氧燃烧技术的特点发展而来的。该系统通过在微油点火燃烧器的合适位置加入少量纯氧辅助煤粉的点火，燃油与煤粉在着火初期处于富氧状态，可以降低煤粉的着火点，提高燃油与煤粉的着火强度，使微油点火系统的点火及稳燃性能大大提高，同时增加了煤粉燃烬率，既提高了点火燃烧器对劣质燃料的应用范围，又能充分发挥燃用优质燃料的性能，进一步提高点火燃烧器的性能和节油率。
2.2 富氧微油稳燃技术改造经济性
应用富氧微油稳燃技术后，可以通过小油枪顺利点燃煤粉，且相对前期大油枪点火，投氧投粉后，煤粉能够被充分点燃，点火初期煤粉燃尽率高。氧气的加入，可以使火焰温度提高超过200℃，且相对前期大油枪点火，可大量节约点火过程中的燃油消耗，降低机组启动成本。机组深度调峰期间，在机组低负荷运行需要投油稳燃时，可以投入氧气减少燃油的使用，节约稳燃成本。
3、微油点火稳燃技术
3.1 微油点火稳燃技术原理
与富氧微油稳燃技术类似，也采用气化小油枪点火稳燃，不同之处在于燃烧中并不通入氧气或富氧空气。微油点火稳燃的原理是利用较小的功率，将一部分较高浓度的含粉气流点燃，利用含粉气流本身的火焰传播能力，逐步将整个含粉气流点燃，从而达到较大地节省点火用油的目的。
微油燃烧器仅为整个锅炉的一部分，它的使用必须满足锅炉的整体需要，同时又受到锅炉，以至整台机组及其系统的限制。因此必须以系统工程的观点来考虑微油点火稳燃系统。
鉴于A磨已加装小油枪以解决点火稳燃问题，本次灵活性改造主要解决低负荷稳燃问题，因此改造仅增加C磨4只微油燃烧器。每只微油燃烧器斜插一支小油枪，单只点火小油枪的出力控制在80～150kg/h，并且适当缩短点火距离，避免油火焰冲刷外壁，减小燃烧器超温烧坏和结渣的风险。
3.2 微油点火稳燃技术改造经济性
机组深度调峰期间，在机组低负荷运行需要投油稳燃时，可以投入小油枪减少燃油的使用，节约稳燃成本。
结论：等离子点火稳燃技术、富氧燃烧技术、微油点火稳燃三个技术可行的方案。目前富氧燃烧技术主要用于劣质煤稳燃使用，在低负荷稳燃灵活性改造项目中无实例，其在低负荷下稳燃能力无广泛样本来作出评价，存在一定技术风险。而微油点火虽然投资最低，但存在两个缺陷，一方面油枪出力偏低，燃烧状况恶化时有微油油枪救不过来的情况，另外微油稳燃也得消耗燃油指标，与目前尽力减少燃油消耗的原则相违背。A层燃烧器喷口原设计为等离子燃烧器，电厂具有丰富等离子燃烧器运行及维护经验。因此，低负荷稳燃改造宜采用等离子点火稳燃技术。
作者简介：丁建平，（1976）男 工程师 本科 现从事电厂生产技术管理工作。
论文作者:丁建平
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/6
标签：锅炉论文; 煤粉论文; 负荷论文; 技术论文; 机组论文; 燃烧器论文; 等离子论文; 《电力设备》2018年第31期论文;