1000MW燃煤机组超低负荷断煤风险分析与应对策略研究

1 机组概况

国能粤电台山发电有限公司1 000 MW机组,锅炉为上海锅炉厂有限责任公司生产的3 091 t/h超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛塔式布置、四角切向燃烧、摆动喷嘴调温、平衡通风、全钢架悬吊结构、露天布置。锅炉燃烧设计煤种时，制粉系统采用中速磨冷一次风机直吹式制粉系统，每台锅炉配置6台中速磨煤机，BMCR工况下5台投运，1台备用[1]。汽轮机为上汽超超临界、一次中间再热、单轴四缸四排汽双背压凝汽式，型号N1000—26.25/600/600(TC4F)。发电机为上海电气THDF125/67型三相同步、水氢氢冷汽轮发电机。DCS系统采用和利时分散控制系统。中速磨煤机采用一次风正压直吹式制粉系统，主要包括6只原煤斗、6台电子称重式给煤机、2台动叶可调轴流一次风机、6台HP1163中速磨煤机(带动态旋转分离器)、煤粉管、石子煤排放装置等设备。

2 现状分析

通过查给煤机运行记录，年内#6机断煤共17台次，#7机断煤共11台次，每年4月—10月为高发期，每月都有2~3次断煤，且呈现连续发生的特征，即当发生一次断煤后，1~2天内再次发生断煤的概率较高。

2.1超低负荷断煤过程及异常现象断煤前机组工况如下:

23:11，负荷337 MW，CCS协调控制方式，6C/6D/6E制粉系统运，给煤机均投入自动模式，锅炉主控指令36.5%，总煤量154 t/h(其中C:51 t/h，D:52 t/h，E:51 t/h;给煤机自动方式下上限为85 t/h)，给水流量1105 t/h，主汽压力11.5 MPa，中间点温度389℃ ，高调门开度24%，烩值设定2926kJ/kg，实际烩值2 930 kJ/kg，烩值设定与实际烩值几乎无偏差。

23:12，6D给煤机发断煤报警，煤量反馈为0 t/h，总煤量瞬间降至95 t/h后升至143 t/h，立即投入C2、C3、C4三支油枪稳燃。

23:29，经持续敲打D给煤机进口管道筒壁后仍无煤落下，启动备用B磨煤机通风，此时锅炉主控指令35.3%，中间点温度374℃，给水流量1111 t/h，烩值设定2 926 kJ/kg，实际烩值2881 kJ/kg，烩值设定与实际值偏差45 kJ/kg。

23:30，中间点温度降至363.5 ℃，过热度12.4 ℃报警，烩值设定2 926kJ/kg，实际烩值2 843kJ/kg，烩值偏差扩大至83 kJ/kg，给水泵指令1 025 t/h，实际给水流量1 031 t/h，A、B汽泵转速分别为2 908、2 950 r/min。

23:35，机组控制方式切TF，锅炉主控指令36.5%，高调门开度21.8%，负荷最低降至308 MW，B给煤机煤量39t/h，总煤量154t/h，退出油枪，给水流量1040t/h，煤水比7.0，中间点温度由380℃快速上升，手动设给水偏置从—50 t/h加至+30 t/h。

23:45，给水流量1 222 t/h，总煤量156 t/h，煤水比8.1，中间点温度从最低点363℃升至438℃后回落，15 min内涨幅达75℃(图1)。

此次超低负荷给煤机断煤处理中出现以下几个异常现象。

1)给水流量指令在自动模式下降至1 025 t/h;

2)启动B磨煤机通风时中间点温度下降，而给煤机启动后中间点温度15min内快速上涨75℃ ;

3)机组切TF方式后,高调门未直接开启,而是先关后开,负荷从330 MW下降至308 MW后回升。

2.2本次超低负荷断煤后出现异常现象的原因分析

2.2.1给水流量指令下降分析

该厂百万机组给水控制采用闭环控制,干、湿态控制逻辑不同。干态下,给水流量指令由锅炉负荷(锅炉主控指令)计算的基本指令和烩值调节器指令组成,前者维持燃水比在基本范围,后者通过烩值偏差修正给水流量指令。

工况稳定时,烩值偏差大于±10 KJ/Kg,烩值控制器开始起调节作用;升降负荷时,烩值偏差大于±60 KJ/Kg,烩值控制器开始起调节作用。当机组发生负荷闭锁增的情况时,烩值控制器输出值被减闭锁,即不可以使用烩值控制器控制加水;当机组RB动作7 min后或给水流量达到低限值后,烩值控制器的输出被增闭锁,即不可以使用烩值控制器控制减水。

所以,正常运行中给水流量指令由锅炉主控和烩值控制器共同控制,同时可通过给水偏置人工调节,但因为是闭环控制,给水偏置作用经过一定运算周期后,将被抵消偏置作用。6D给煤机断煤后,其余两台给煤机给煤量自动增加,锅炉主控维持36.5%不变,对给水流量的指令输出是不变的,但由于隔层运行,火焰充满度不够,水冷壁吸热减弱,中间点温度下降,导致计算出来的实际烩值下降,与烩值设定偏差增大。烩值控制器为提高一过入口烩值, 自动减小给水流量指令;同时,值班员为防止水冷壁出口温度低于饱和温度使分离器见水,手动设定给水负偏置,两者作用叠加导致给水流量指令低于1 080 t/h的下限值。

2.2.2B制粉系统对中间点影响分析

该厂百万机组燃烧器自下而上对应A、B、C、D、

E、F层,根据上锅塔式直流炉特性,B磨煤机开大冷/热风门建立启动风量时,下层磨通风将会抬高火焰中心,导致水冷壁吸热减弱,中间点温度下降;而B给煤机启动后,上层给煤机煤量自动减少,火焰中心下移,中间点温度回升。正常运行中,给水流量稳定或者上升,对中间点温度的影响也在可控范围。但由于此次是超低负荷断煤,给水流量降低,煤多水少,严重恶化中间点温度控制。因此,当中间点温度上升至380℃时,立即解除锅炉主控自动,机组切至TF控制方式,手动增加给水偏置并降低烩值设定,抑制中间点温度过快上涨。

2.2.3机组负荷波动至308 MW分析

6D给煤机断煤后,燃料量骤减,叠加给水流量低至1 025 t/h,锅炉产汽量减少,导致主汽压力降低,这是机组负荷下降的主因。在CCS协调方式下,锅炉控制主汽压力、汽机控制机组负荷,而当机组控制方式从CCS切至TF方式后,汽轮机运行于初压模式,只调节主汽压力,不调节负荷,负荷设定值跟踪实际负荷,协调控制的压力指令会跟踪当前值后,再按滑压曲线计算得出。当实际压力低于压力指令值时,汽轮机为控制压力会关小调门,本次高调门最小关至21.8%后,压力指令与实际压力无偏差,高调门才逐渐开启,导致负荷先降至308 MW后回升(图2)。

2.3 百万机组超低负荷给煤机断煤主要风险点分析

1)燃烧不稳引发全火焰丧失或炉膛负压保护动作,锅炉MFT[2];

2)烩值偏差过大引起给水流量剧烈波动,触发给水流量低保护动作,或给水流量过高煤水比失调,机组转湿态;

3)一次风机因开度小、流量低诱发喘振;

4)燃烧减弱导致负荷下降,四抽压力低于除氧器压力,引发除氧器湿蒸汽倒灌小机汽源,造成小机水冲击跳闸,进而触发给水流量低锅炉MFT保护动作。

3针对以上风险点的控制策略研究

3.1 燃烧稳定性控制研究

低负荷运行时,一旦发现给煤机断煤报警,立即投入最下层运行磨煤机对应油枪稳燃,密切监视炉膛火焰电视及炉膛负压波动,当负压大幅波动时,应关注送引风机动叶/静叶调节状态,防止因指令反馈偏差大导致调节失灵,炉膛负压保护动作MFT。

3.2 给水流量调节优化研究

超低负荷干态运行方式下,若给水流量低于1 080 t/h,需立即检查给水流量指令与反馈有无偏差。无偏差时,给水流量下降多由锅炉主控指令降低或实际烩值低于设定值所致,可通过增加给水偏置或降低烩值设定提升流量;有偏差时,提示给水系统异常(如再循环阀突开、小汽轮机转速进入不稳定区、低压汽源做功不足等),需逐项排查,同时解除AGC,稳定负荷,未查明原因前避免不必要的给水操作,必要时切至手动调节,切手动后,若实际烩值小于烩值设定值且分离器水位满足条件,机组将转入湿态,调节时更需注意DCS逻辑对小机转速2850、5 500 r/min的上下限限制。

3.3 一次风机防喘振控制研究

低负荷时一次风机开度小、母管压力高,断煤后需严防磨煤机跳闸,因为磨煤机跳闸将导致冷热一次风门及磨煤机出口门联锁关闭,严重干扰一次风系统,易诱发一次风机喘振[3]。

该厂百万机组磨煤机因断煤跳闸的逻辑为“给煤机运行120s后断煤且磨煤机电流小于40 A”(图3),断煤后跳闸给煤机的逻辑为“给煤机运行120 s后断煤且断煤延时30s”。即给煤机发断煤信号后,若30 s内断煤信号未消失,则触发给煤机跳闸条件,此时只要磨煤机电流不小于40A,不会触发磨煤机跳闸,但磨煤机还可能因无落煤、出口温度高(104℃三取二)跳闸。

因此,给煤机断煤后,值班员需分工明确,在两人监盘的情况下,一人负责投油及监视调整协调、汽水参数,另一人专门负责监视制粉系统,第一时间开大冷风并关小热风,控制磨煤机不因出口温度高跳闸,并根据一次风母管压力情况,适当开大备用磨煤机风门,避免诱发一次风机喘振。

3.4 负荷与汽压协同控制研究

低负荷断煤后,燃烧率短时下降将导致主汽压力及汽温降低。在CCS协调方式下,若燃料主控未达上限,锅炉主控会自动增加指令,机炉系统可逐步恢复稳态;若燃料主控达上限或不响应,需迅速增加油枪投入量或通过降低热值修正提升燃料量。在TF控制方式下,断煤后锅炉主控保持手动不变,若发现主汽压力下降、高调门关小,需及时手动增加锅炉主控或燃料主控指令,维持燃烧率,避免负荷大幅下跌引发小机水冲击及轴向位移超限保护动作。

4 结束语

在构建新型电力系统的背景下,火电机组用电低谷期的超低负荷运行已成常态,同时雨季、台风季时,给煤机断煤、堵煤问题更是频发。机组50%额定负荷以上断煤可触发RB功能,主参数调节裕度较大,风险相对可控;但在超低负荷运行区间,燃烧与汽水系统已接近设备调节极限,当自动控制失效时需运行人员快速手动干预,且由于给煤机断煤发生的时间与负荷段具有很大不确定性,留给运行人员处理的窗口期很短,所以要求值班人员必须熟练掌握超低负荷运行风险及应对策略,通过精准高效操作保障机组安全稳定运行。

[参考文献]

[1] 尹小军.台山电厂二期首两台1 000 MW机组运行培训教材锅炉运行分册[Z],2009.

[2]赵世伟,刁润丽,刘嘉,等.鲁阳发电厂原煤仓下煤不畅的治理[J].浙江电力,2016,35(2):63-67.

[3]胡文飞,安钢,高峰,等.制粉系统断煤的逻辑优化[J].吉林电力,2018,46(3):54-56.

《机电信息》2025年第17期第5篇