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摘要：绝大多数的电网结构都是由火力发电机组组成，并且随着国内燃煤发电机组容量的不断增加，国内用电量开始逐渐发生改变，需要大机组调峰能力快速提升，才能满足电网容量扩增的需要。基于此，本文以汽轮机深度调峰为主要的研究，对电厂锅炉深度调峰的影响展开详细的论述，并提出汽轮机调峰的优化措施。
关键词：电厂；汽轮机；调峰
前言
目前国内新能源发电机组总容量逐渐增加，然而新能源机组在运行的过程中却很容易受到外界因素的影响，负荷变化就不能在第一时间感知。特别是应用新能源机组比较多的地区，需要火力发电机组共同进行深度调峰。从相关数据调查中可以看出，火力发电设备的使用时间在不断减少，充分说明我国电力行业的供应已经明显大于需求。针对这一问题，必须对大型发电机组进行深度调整，才能对可再生能源快速消纳，为优化电力市场提供稳定的前提。
1.深度调峰试验
1.1汽轮机专业深度调峰的边界条件
汽轮机振动、瓦振过大；汽轮机轴承温度过高；高中压缸胀差异常问题；低压缸排气温度比较高；小机转速过低，给水流量过低。当其中任何一种参数达到边界条件后需要马上暂停负荷或终止试验，由专门的人员按照规定程序进行针对性的处理。当条件改善后就可以继续开展后续的试验，如果条件没有发生任何的改善，则本负荷为试验的最终负荷。其平均偏差及波动值不能超过表1所示的范围。
1.2试验方法及流程
在进行试验时，需要针对性的选择机组负荷，如果机组负荷达到300MW，需要以手动的方式进行降低，使其保持在265MW左右即可。机组在该负荷环境中运行的时间必须超过两小时以上。机组由265MW手动降负荷，以保证深度调峰能力可以达到实际需要，直至任一参数达到深度调峰的边界条件。
机组对深度调峰试验时间进行了确定，在操作过程中需要在470MW负荷状态下，切单阀运行。当415MW负荷时对小机汽源进行切换，由辅助蒸汽代替四段抽汽，并降四段抽汽汽源作为备用[1]。
当负荷量降至340MW时，将给水泵最小流量循环门全部打开。当负荷继续降低至240MW时，脱硝入口烟气温度会接近三百度，需要对锅炉燃烧进行调整，当脱硝入口烟气温度继续下降，处于285。C以下时，立即终止试验。触发脱硝环保边界条件。
1.4试验分析
汽轮机及其辅机状态在整个过程中都比较稳定，可以满足深度调峰的需要，并且还有继续深度调峰的空间。但是还要在长时间运行过程中，暴露出更多的问题和弊端，进行总结和分析，并采取有效的措施进行改善。该机组的负荷下降后，负荷热耗率逐渐升高，与设计热耗所对应的负荷热耗之间并没有明显的差异，具体如图1所示。
图 1 设计热耗与试验修正热耗的拟合曲线分析
2.电厂锅炉汽轮机深度调峰的影响
2.1对电厂锅炉自身的影响
一般来说，汽轮机组深度调峰具有最低安全荷载值，主要受锅炉侧燃烧稳定性的影响。在低负荷调峰状态下，锅炉对燃料的需求量也随之降低，同时一二次风量在减少，但风煤比的增大进而带来炉膛温度降低的影响。由于电厂锅炉内氧量的增多和汽化现象的发生，这就使锅炉内的热负荷和温度保持着相对较低的数值，电厂锅炉炉膛内部热强度也就被削弱，它的抗干扰能力也就被降低了，外部工况极小的变化也会给燃烧的稳定性带来极大的影响，给锅炉运行带来了不安全隐患。当前，燃煤机组煤粉炉较多利用四角切圆和对冲燃烧的方法，这样制粉系统就会通过中速磨正压直吹的形式来提高电厂锅炉燃烧的稳定性，进而降低其运转成本[2]。
2.2对电厂锅炉燃煤机组的脱硝的影响
从根本上说，氧化氮代谢产物净化排放技术与以往的燃煤机组脱硝方法是相似的，主要的不同之处在于技术的升级转化和选择性催化剂层数。近年来，氧化氮代谢产物净化排放技术得到了广泛应用，电厂锅炉大都引进了低氮燃烧器材和选择性催化还原技术，可实现联合脱硝的目的。利用创新改良后的燃烧器调整二次风和燃尽风的占比，从而减少了电厂锅炉燃烧过程中产生的氧化氮代谢物。利用增加催化剂的层数提高选择性脱硝技术，全面提升超净脱硝的净化能力[3]。
当前电厂锅炉汽轮机设备虽较为成熟，但是在低温条件下，它就无法进入正常的运行状态，选择性催化剂无法实现应有的效用。在对电厂锅炉深度调峰时，它内部氧化氮代谢物生成量随之减少的原因在于：燃料使用总量降低的同时，含氮量也随之降低；锅炉内部温度与氧化氮代谢物的形成有着一定的关联性——温度降低，氧化氮代谢物的形成量也在降低[4]。
2.3对电厂锅炉燃煤机组除尘的影响
倘若电厂锅炉在低负荷的状态下运转，煤炭等燃料随之降低，燃烧释放的烟气量降低，气体流通的速度就会放缓。电厂锅炉设备长时间在流速较慢的低烟气中运转，灰尘的积淀量增加达到一定量时还会延缓氮氧化物的催化还原速度。电厂锅炉燃煤机组超净排放除尘的方法主要由低温静电除尘法、湿式电除尘法、电袋复合除尘法、高频电源除尘法等。倘若对超净排放除尘效率有较高的需求，利用上述除尘方法就达到目标标准，灵活使用低温静电除尘法和电袋复合除尘法，可提升燃煤机组的除尘效果[5]。
低温静电除尘技术在我国的电厂锅炉除尘领域得到了广泛地应用，相较于以往的除尘法，该种技术只需在现有的静电除尘器中安装低温省煤器，温度就可保持在90℃至100℃之间[6]。当除尘浓度较大时，通过低温省煤器降低烟气温度，并保证其高于酸露点温度，否则燃烧物释放的酸性气体待其凝结后可吸附一些灰尘，会致使低温省煤器发生腐蚀现象。除此之外，烟气温度的降低会使硫化物和氯化氢蒸汽等聚集吸附在液膜上[7]。
2.4对电厂锅炉空预器的影响
当燃烧物释放的烟气中水蒸气、硫酸气体到达低温受热面时，他们会与相对低温的受热面相遇，在凝结的同时也会对炉壁造成一定的侵蚀。对于温度较低的锅炉金属空预器是比较容易出现低温腐蚀的区域。由于空气过量系数的增长，三氧化硫的生成量也会随之上涨，在水蒸气的作用下，会产生大量的硫酸蒸汽，当烟气的温度低于硫酸蒸汽的酸露点时，金属就会出现腐蚀现象，甚至形成大量的粘结灰，通常情况下，排烟温度的降低是负荷降低造成的，电厂锅炉空预器在低温状态下出现腐蚀的概率大大加重，设备运行的稳定性也就大打折扣[8]。
3．电厂锅炉汽轮机调峰的优化措施
挖掘自身调峰潜力，火电企业所有的机组，在对火电方案进行选择时，是在保证投资资金不会增加的基础上，对本身的深度调峰潜力进行挖掘。优化运行方式，机组降负荷运行时如果对压力进行控制，会产生多种益处，同时在节流方面也不会产生较大的损失；从根本提升高压缸效率，给水泵产生的功耗也比较小；温度可以保持恒定的状态，汽轮机热应力小；在对再热气温进行调节时也会更加地便利。
电厂锅炉汽轮机在进行深度调峰时，锅炉在不同环境下产生的负荷有所不同，如果在燃烧状态中，燃烧负荷直接决定调峰的最低负荷，锅炉厂所设置的最低负荷是以煤种条件进行确定，而最低负荷会受到多种因素的影响，需要对不同的因素有所了解。近些年来，我国相继出台了多种政策，煤价持续升高，发电企业为了对投入资金进行控制，经常直接燃用高挥发份煤种，对低负荷风险进行了有效的控制。当发电用煤质量与设计煤种之间存在差距时，会对制粉系统的运行产生影响，制粉系统会发生破坏、或者大范围地进行振动，导致锅炉燃烧稳定性持续下降，受热面积累大量的灰尘，如果磨损问题不能得到有效的控制，还会导致灭火事件的产生。
所以为了降低燃煤产生的影响，可以积极推广清洁能源。风能是重要的清洁能源，使用燃煤十分不利于环保事业的发展。但是目前调峰需要面临很多的困难，相关技术人员正在加强研究力度，已经取得了很多的成果，相信在未来发展过程中，该问题会被彻底解决，风力发电也会拥有更加广阔的发展空间。
只有将脱硝系统入口烟温度控制在293℃以上，才能保证深度调峰时段锅炉的正常运作，经过大量的数据分析和实验验证，使用高热值、高挥发的上煤方法和热值低、低挥发的上煤方法，在保证锅炉最低安全负荷下合理的调整燃料使用量，都可以维持脱硝系统入口烟气温度在293℃以上，采用空气分级燃烧技术将燃烧的过程分阶段完成，合理分配主燃料区和燃尽风配风比例，以此减少氮氧化物的生成，从源头降低大气污染发生的概率。
由于深度调峰负荷率为相对较低，且为了保证脱硝入口温度能够满足送风量的供应，通过架高火焰焰心的位置、增加炉膛内部氧气含量的方式，虽然可以让燃料得以充分燃烧，但是却会产生大量的氮氧化物，这样一来SCR脱硝装置所需的液态氨量就会大幅增加，硫酸氨也会大量凝结到低温省煤器中去，堵塞严重时会损坏各受热面。经过调研发现，如果能够找到释放烟气中一氧化碳上升的拐点，并参照电厂锅炉飞灰和未燃尽燃料量，在不同负荷模式中，利用不等量的氧量负荷促进节能减排的实现。
当负荷不断升级时，调门的安全运行方式，会直接影响汽轮机的热力供应安全。当处于低负荷运行状态时，调门开度比较小的环境中，需要对调节安全性更加重视。负荷率会增加汽轮机的热耗，主要就是因为蒸汽阀门节流方面会产生大量的损失。处于低负荷状态会使主蒸汽量不断下降，如果阀门开度不断变化，就会产生更多的节流损失；如果阀门开度保持不变，蒸汽参数将会发生变化，此时机组将不能有效循环，经济效益也会受到影响。因此汽轮机热耗与负荷之间的关系呈现反比。处于低负荷状态时，低压加热器抽汽压力会逐渐减少，可能会影响低压加热器的疏水，导致不同热器水位出现变化，而发生报警。
当负荷减少时，也会导致除氧器进汽压力发生变化，前置泵的有效汽浊余量不断减少，使前置泵发生汽浊问题。如果给水量不断减少，为了满足最小流量需求，需要开启再循环调门，当调门开启时会对调门阀芯产生严重的冲击，如果阀门关闭后出现缝隙，将会从根本降低水泵带负荷能力。由于深度调峰时，机组降负荷运行的时间不能确定，导致给水泵在处于低负荷运行状态时，一般保持备用。在低负荷运行时，汽泵在控制过程中，水位会不断发生变化，并列给水泵运行抢水时，产生的风险也会比较多。
结论
综上所述，本文结合现实情况，对电厂锅炉汽轮机深度调峰相关事宜进行了详细的研究和论述。由于深度调峰涉及多方面的技术，对其进行深入研究具有重要的价值，可以为电网最大化的使用风力发电，减少能源的消耗，另一方面可为我国火电机组优化发展提供可参照的依据。
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论文作者:高占平
论文发表刊物:《电力设备》2019年第12期
论文发表时间:2019/10/23
标签：负荷论文; 锅炉论文; 机组论文; 电厂论文; 汽轮机论文; 深度论文; 温度论文; 《电力设备》2019年第12期论文;