前言

提高终端能源消费清洁度是我国重要的战略需求［1］。随着特高压跨区域输电、风电、光伏等新能源发电的大力发展，社会用电负荷增速逐渐放缓，火电机组利用小时数将逐年减少，峰值调整形势日益严峻，特别是供暖季节，为了保障民生，“热电”模式大大降低了供热机组的峰值调整能力，使纯凝机组用电负荷较低，锅炉甚至需要燃油燃烧［2］。具有随机性、不连续性和逆调峰特性的风电大规模并网，进一步加剧了系统调峰压力，给承担电网系统调峰的煤电机组带来了新的挑战［3］。火电机组，特别是600MW超临界火电机组，现已成为电网的主要调峰机组，频繁参与负荷调节［4］。提高燃煤锅炉低负荷稳燃能力是火电机组提高调峰能力的重要方面。因此，有必要对锅炉进行深度峰值调整试验，进行精细燃烧调整，探索锅炉安全环保运行负荷下限，掌握锅炉燃烧性能、煤炭适应性等，为锅炉侧灵活性改造提供基本数据［5］。

1试验对象概述

本文以某600MW纯凝机组的锅炉为试验对象。锅炉为公司生产的超临界压力、变压运行的直流锅炉，四角切圆燃烧、单炉、尾双烟道、中间再热、平衡通风、全钢架悬挂结构、П露天布置，炉底采用风冷固态排渣。采用SCR脱硝系统，布置在省煤器与空气预热器之间。采用正压直吹制粉系统，配有6台双进双出钢球磨煤机，磨煤机出口为静态分离器。低NOx同轴燃烧系统用于燃烧。煤粉燃烧器为固定燃烧器，水平浓淡分离，浓煤粉面向火侧，淡煤粉面向背火侧；二次风与一次风相间布置，共有6层煤粉喷嘴，上面布置5层可上下、水平摆动分离燃烧（SOFA）喷嘴。Ｂ层燃烧器为微油点火燃烧器，其他五层燃烧器配有相应的点火油枪。在实际运行中，由于燃煤复杂、掺烧不当、运行参数控制不佳等原因，负荷低于260ＭＷ容易出现燃烧不稳定现象，需要投油稳定燃烧，以满足低负荷调峰的要求。为适应当前峰值调整情况，根据机组实际情况进行深度峰值调整试验和调整优化，探索现有峰值调整深度、辅助机器状况、环保装置状况等，找出限制峰值调整深度的问题，指出灵活性转型的方向。

2深度调峰试验方法

影响锅炉深度峰值调整的主要因素是燃烧特性和锅炉燃烧稳定性。煤电机组的环保排放要求越来越严格，低负荷时SCR入口烟温普遍较低，严重影响脱硝系统的正常运行，因此SCR入口烟温也是影响锅炉深度峰值调整的主要因素。此外，水动力特性和辅助机器运行的安全性对锅炉深度峰值调整有一定的影响。

2.1混煤掺烧

从稳燃的角度来看，燃煤可分为三类：第一类是煤种1，煤种1、煤种2，挥发性高，煤粉容易着火，一般布置在下燃烧器，有利于锅炉低负荷稳定燃烧，但控制煤粉细度和一次风速，防止燃烧器燃烧；第二类是煤种3、煤种4，挥发性接近设计煤质，对锅炉适应性强，但煤种4硫含量大，不仅增加脱硫成本，而且增加尾烟道低温腐蚀的可能性；第三类是煤种5、煤种6，挥发分低，煤粉着火困难，低负荷容易引起燃烧不稳定，一般布置在燃烧器上，可通过提高煤粉细度和浓度、磨煤机出口温度等措施降低燃烧温度。煤种6的硫分量较大，可提高烟气的露点温度。试验时，采用“分仓煤、磨内混合、炉内混合”的混煤方式，保持三台磨煤机运行。深度峰值调节试验期间燃煤质量如下：

(1)煤种适应性试验时，保持B、C、D磨煤机运行，其中，Ｂ磨煤机对应第一类煤种，Ｃ第二类煤种分别安装在磨煤机的两个煤仓中，Ｄ第三类煤种分别安装在磨煤机的两个煤仓中。主要目的是了解锅炉稳定燃烧负荷与第三类煤混合燃烧比高的对应关系，掌握低负荷煤的适应性。

（2）在稳定燃烧能力燃烧调整试验中，所有运行的磨煤机都燃烧了接近设计挥发性成分的第二类煤。主要目的是探索锅炉安全环保运行时的最低稳定燃烧负荷，找出限制深度峰值调整的瓶颈。

2.2燃烧调整参数

根据锅炉燃烧调整分析，试验调整参数包括煤粉细度、磨煤机风煤比、运行氧量、燃烧器组合模式、SOFA风门开度、燃煤热值、二次风配风模式等。

试验从300MW开始减轻负荷。当负荷降至242MW时，锅炉干运行，辅机运行正常，但炉膛负压波动显著增加，SCR系统入口烟温303℃。针对锅炉燃烧不稳定和SCR系统入口烟温低的问题，进行了调整和优化试验，直到燃烧稳定性和SCR系统入口烟温得到改善。如果调整后不能满足任何约束条件，则可以确定锅炉负荷为深度峰值调整的下限。

3深度调峰试验

在试验过程中，机组采用定期运行模式，机组切割为“机跟”模式。

3.1煤种适应性试验

试验分别为300MW、285MW、270MW、260MW、250MW进行。在各负荷点，保持负荷稳定，逐步增加D磨煤机输出，减少B磨煤机输出，直至炉膛燃烧接近不稳定燃烧。此时，D磨煤机输出比为锅炉稳定燃烧的第三类煤的混合比高。随着负荷的降低，第三类煤的混合比高限不断降低，当负荷低于250MW时，不适合混合低挥发性煤。燃煤挥发性分数越低，相应的着火温度越高，就越不容易着火。负荷的降低使炉膛温度降低，低挥发性煤不易着火，不利于锅炉燃烧的稳定性。

3.2调整煤粉细度试验

当机组负荷为242MW时，将三台磨煤机出口的分离器挡板分别定在45°、40°、35°、30°进行测试。随着煤粉细度的降低，SCR系统入口烟气温度略有降低，炉负压波动范围降低，灰渣碳含量逐渐降低，但SCR系统入口NOx质量浓度没有明显变化。降低煤粉细度，增加煤粉颗粒比表面积，同体积煤粉颗粒与氧接触较多，有利于降低煤粉着火温度，煤粉容易着火，有利于提高锅炉燃烧稳定性，也有利于煤粉的燃烧。煤粉提前着火会导致炉内火焰中心下降，SCR系统入口烟气温度略有降低。低负荷时，降低煤粉细度，双进双出钢球磨煤机单耗变化不明显。综上所述，为了稳定锅炉燃烧，将分离器挡板控制在30°较为合适。

3.3调整风煤比试验

当机组负荷为236MW时，为了保证煤粉的正常运输，试验调整磨煤机的风煤比分别为2.0、1.9、1.8、1.7，降低了磨煤机的风煤比，降低了炉膛负压的波动范围，降低了灰渣的碳含量，但对SCR系统入口的烟气温度和NOx质量浓度没有明显影响。降低风煤比，增加煤粉浓度，降低煤粉着火温度，有利于提高锅炉燃烧稳定性。此外，风煤比的降低降低了煤粉的细度，也有利于锅炉的稳定燃烧。当风煤比为1.7时，计算喷嘴风速约为20.3m/s，不影响燃烧器的安全，两台一次风机并列运行正常。因此，磨煤机的风煤比控制在1.7。