1 引言
随着河南电网峰谷差逐渐增大，为满足电网负荷要求，并网机组在电力负荷低谷阶段，需按照省网调度指令实时控制发电机出力。2015年春节期间，我公司发电机组按照省网调度指令参与3次深度调峰，期间4、5#机组降负荷至50%连续运行5小时以上。随着机组负荷降低，炉内燃烧相应减弱，燃烧调整的操作难度逐渐增大，各种不安全因素逐渐显现。为提高低负荷工况下安全风险管控能力，针对我公司300MW机组“W”火焰锅炉的运行特点，从运行调整角度出发，对低负荷稳燃的操作经验进行分析、总结。
2 概况
2.1 锅炉型式简介
我公司4#锅炉为东方锅炉(集团)股份有限公司按照从美国福斯特·惠勒能源公司引进的技术，设计、制造的 “W”型火焰锅炉。型号：DG1025/17.4-Ⅱ14，型式：亚临界压力中间一次再热的自然循环锅炉，双拱形单炉膛，燃烧器布置于下炉膛前后拱上，“W”型火焰燃烧方式，尾部双烟道结构，采用挡板调节再热汽温，固态排渣，全钢结构，全悬吊结构，平衡通风，露天布置。锅炉运行中可带基本负荷，并具有一定的调峰能力[1]。
2.2 机组低负荷运行的必要性
滑参数启动过程中，机组在低负荷工况下进行短时间必要的停留暖机，可减少各金属部件在启动过程受到的热应力及热变形。滑参数停运过程中，机组低负荷工况运行，可在安全范围内加速各金属部件的冷却，有利于机、炉检修工作提前开工。另外，低参数蒸汽也可对汽轮机叶片起清洗作用。在电网调度进行深度调峰时，通过低负荷连续运行可减少机组启停操作，不但能延长机组寿命，对缓解锅炉承压部件的疲劳损伤也有较大的益处。
3 影响锅炉低负荷稳燃的因素
随着机组负荷降低，入炉燃料量减少，燃烧相应减弱，炉内温度场水平随之下降。炉内温度降低后，煤粉的着火条件变差，锅炉的稳燃性能下降。若入炉煤质变差，煤的热值、挥发份偏低或煤粉细度不合格时，会造成煤粉着火困难、着火距离推迟，引起炉内燃烧恶化失稳。其次，随着燃烧减弱，锅炉总风量亦随之降低，风机运行工况进入不稳定区域后，相对容易出现抢风现象，会对炉膛压力的稳定产生不利影响。另外，机组低负荷运行期间，只有两台磨煤机运行，对应的任一台给煤机断煤，都会对锅炉稳燃产生巨大的威胁。第四、若机组长周期高负荷运行，进入低负荷工况运行后，在升、降负荷的变工况过程中，容易出现脱焦现象，严重时将导致锅炉灭火。为保证机组低负荷稳定运行，公司规定锅炉最低稳燃负荷为180 MW，若机组负荷低于180MW运行须投油助燃。
4 低负荷工况下的稳燃调整
4.1 制粉系统的规范操控
低负荷运行期间，保证入炉煤质的稳定性和均匀性，可有效保持炉内燃烧稳定。除此外，运行值班员及时查阅入炉煤煤质分析化验单，掌握煤质情况，规范的对制粉系统进行操控调整，对锅炉稳燃也起关键作用。对制粉系统进行调整时应注意以下方面：
为防止磨煤机出力过大影响煤粉细度，两台磨组运行期间控制总给煤量不超110t/h且单台磨煤机给煤量不超55t/h，根据燃烧状况控制机组出力，不能强带负荷，避免因煤粉细度不合格引起燃烧恶化。
当粉管泄漏或均分器堵塞需退出某台燃烧器时，临近对应的侧墙燃烧器可暂时加入运行。消缺结束后及时将侧墙燃烧器切换退出，避免炉内结焦加剧。投、退燃烧器要逐个、平稳进行，操作过程中注意炉膛燃烧状况的变化，防止燃烧扰动过大，影响风烟系统的平衡稳定。
运行中因煤质发生变化或给煤机频繁断煤等因素造成锅炉燃烧工况发生改变时，应注意平缓调整磨煤机入口热风调节挡板和一次风机变频器，防止调整幅度过大造成燃烧不稳。在调整过程中若炉膛压力波动至±200Pa时，应及时投油稳燃;当每台磨煤机煤火检均少于4个且炉膛压力波动达±500～600Pa燃烧已经恶化时则禁止投油助燃，此时若投油助燃锅炉易发生爆燃事故。
4.2 煤粉火焰的观察与分析
在燃用煤种和燃烧装置为既定的条件下，正常的燃烧工况通过恰当的配风和煤粉细度来维持，可根据炉内火焰电视摄像监控系统及炉膛出口烟温、氧量等参数对炉内的燃烧工况进行观察。但由于煤粉在炉内停留时间短、燃烧过程迅速、测量表计的时滞等因素，单纯依赖仪表并不能及时、全面、准确的判断炉内燃烧状况，仍需要运行人员通过长期积累的经验，现场观察炉内的火焰情况，进而作出判断并及时进行针对性的调整。炉膛火焰状态分析如表1：
表1 炉膛火焰状态分析表
正常稳定的燃烧说明风煤比恰当，这时炉膛内应具有光亮的金黄色火焰，火焰均匀地充满炉膛但不触及四周水冷壁，火色稳定，火焰中没有明显的星点。若有星点可能是炉膛温度低或煤粉太粗。只有通过现场观察，才能进行针对性的优化调整，有效的维持炉内稳定燃烧。对于运行人员来讲，积累观察判别炉内燃烧状况的经验和能力是非常有必要的[2]。
4.3 低负荷运行对炉膛压力的监控调整
炉膛压力是监控锅炉稳燃的重要参数之一。炉膛负压维持过大，会增加炉膛和烟道的漏风，引起燃烧恶化，严重时导致灭火。若炉膛压力变正，则高温火焰及烟灰就要向外冒，不但会影响卫生，烧坏设备，还会造成人身事故。实践证明，当炉内燃烧发生变化时，炉膛压力的变化最为明显。低负荷运行中必须严密监视炉膛负压的变化趋势，并按照不同的情况对引风机出力进行谨慎调整。调整操作要点如下：
低负荷运行时，两台引风机静叶开度应尽量接近，增减风量时两台风机同步调整，避免风量、风压不平衡，并控制两侧烟温偏差。低负荷运行中改变机组运行工况时，先投入2支以上油枪稳燃，再调整两侧引风机出力，维持炉膛负压。如发生断煤等突发事件需要快速调整时，应平稳控制引风机静叶调节速度，并保持两侧风机出力的平衡状态。
在风机投入自动时，严密监视风机出力调整的同步性。若两台引风机的电流偏差异常增大，需及时解除引风自动进行手动调平。若调整静叶开度而风机电流、炉膛压力等参数无相应改变时应查找原因，不要盲目继续调整静叶开度。若引风机静叶出现卡涩故障时，可通过手动调节维持炉膛负压及风量，并及时组织消缺。
4.4 引风机抢风后的处理
机组低负荷运行中，风机进入不稳定区域，运行值班人员应谨慎平稳调整引风机出力，避免出现引风机抢风情况。若出现引风机静叶开度增大而风机出力下降、电流明显减少等现象时，需及时将引风自动切为手动，就地确认设备无异常后，根据引风机电流、炉膛压力等参数变化，平缓调整风机的静叶开度，直至风机电流回升至正常值。预控措施为：1)保持足够的通风量。2)及时布袋除尘器吹灰进行，避免布袋除尘器堵塞，减小烟道阻力，保持各侧通风量均匀。
案例：2010年6月23日4:51，#6机负荷208MW，总风量625km3/h，A引风机静叶开度43%，操作员将B引风机静叶由44%关小至43%的过程中，炉膛压力波动升至530Pa，A引风机电流由122A升至155A，B引风机电流由120A降至105A，A侧电除尘出口烟气压力测点由-2.5kPa升至-1.8kPa后稳定在-2.2kPa;B侧由-2.5kPa升至-1.3kPa后稳定在-1.8kPa;出现抢风后，操作员平稳关小A引风机静叶，5:30，A引风机静叶关至39%时电流降至119A，B引风机电流由106A升至119A，炉膛压力、及后部烟道压力均恢复正常。
5 低负荷稳燃的安全防范
无论是滑参数启、停，还是深度调峰，机组低负荷运行过程均面临着各种不稳定因素。前期充足的防范准备及降负荷后的积极应对，都有利于锅炉的燃烧稳定。结合运行实践，低负荷运行需防范以下几点：
(1)实时掌握电网形势，积极与省网调度协调沟通。若确定夜间深度调峰，及时和燃料部做好沟通，保证低负荷运行期间入炉煤质稳定。
(2)针对滑参数启动，对先投运的两台磨组上优质煤种。针对滑参数停机，根据检修需要，对后停运的两台磨组上优质煤种。
(3)低负荷运行期间，监盘人员要集中精力，提高监盘质量。根据机组负荷、蒸汽流量、总燃煤量、煤仓煤位、给煤机转速、磨煤机运行参数等情况，分析煤质变化情况，做好相应的燃烧调整工作。
(4)提前建立燃油压力，做好随时投油准备。关注炉膛负压和煤火检的变化趋势，当出现炉膛负压波幅度加大，多个火检波动等燃烧失稳现象时应果断投油助燃，避免燃烧恶化锅炉灭火。锅炉投油后对空气预热器连续吹灰，防止发生二次燃烧，燃烧恢复稳定后及时退油。
(5)低负荷运行中，根据负荷及煤质的变化合理配风，防结焦的同时兼顾炉膛温度稳定，避免大幅调整一次风压，避免大幅扰动配风，防止燃烧恶化。
(6)经常检查各给煤机下煤情况，煤仓振打器、疏松机等设备可靠备用，备足够数量的大锤，做好断煤处理的应对准备，防止长时间断煤造成的燃烧波动。
6 其它注意事项
6.1 给水系统的调整
机组低负荷运行工况下，随着给水流量的减小，给水泵转速在逐渐下降。我公司电动给水泵在3850rpm附近运行时振动会急剧增加，严重时达到8丝以上，超出允许范围。可通过以下方法避免在该转速区域运行：1)改变两台给水泵的出力偏置。2)及时开启给水泵再循环阀门，增大给水泵出力。3)增加机组负荷。4)及时测振，跟踪关注给水泵振动变化趋势。
另外，对于电动给水泵，若前置泵入口流量小于125t/h，再循环门仍在关位，延时15秒后会触发保护动作跳泵。对于汽动给水泵，当流量小于232t/h且再循环电动门或气动门未开，延时15秒会触发保护动作导致汽泵小机跳闸。因此，在低负荷运行中，要关注给水泵流量降低后再循环阀门的联锁动作情况，若出现拒动及时处理，避免异常事件发生。
6.2 顺阀运行方式下阀门开度的拐点
如图1所示，4、5#机组的高压调节汽阀在“顺阀”方式下运行时有3个拐点。CCS指令在67.951～78.598之间时，CV1、CV2调门开度变化幅度大。CCS指令在87.259～93.727之间时，CV3调门开度变化幅度大。99.242～100之间时，CV4调门开度变化幅度大。
图1 顺阀运行调门开度与CCS指令对应图
在拐点区域内，CCS指令小幅变化，相应调门会进行大幅的开或关，机组出力、主蒸汽参数会随之出现波动，严重时主蒸汽管道会出现明显的晃动。为避免机组调门波动，机组应避开拐点运行。可采取的措施：1)升高或降低主蒸汽压力。2)改变负荷目标值。3)切顺阀为单阀控制。4)切功率控制为阀位控制。
7 结束语
锅炉燃烧状况对整台机组的安全经济运行有着极大的影响。安全方面，燃烧是否稳定直接关系到机组的可靠运行;经济方面，燃烧是否充分、炉膛内温度是否均匀直接影响到机组运行的经济性。机组低负荷运行中，值班人员充分重视稳燃调整操作，及时总结经验，采取有效应对措施，可保持较好的锅炉稳燃性能水平，在保证机组安全稳定运行的基础上，达到提高企业效益的预期目的。
参考文献
[1] 东方锅炉(集团)股份有限公司.锅炉运行说明书.2004.04，6-13
[2] 章德龙主编.锅炉设备及其系统.中国电力出版社，2007.06，240-247
声明：
“浅析“W”火焰锅炉低负荷工况下的稳燃调整” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
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编辑：中冶有色技术网
来源：河南中孚电力有限公司
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