火电机组深度调峰存在问题分析

火电机组深度调峰存在问题分析

摘要：随着我国“双碳”目标的进一步推进，风电、光伏建设如火如荼，火电机组逐渐沦为保供电源。为满足电网公司能源结构优化的要求，火电机组深

度调峰提上日程。

关键词：深度调峰；水动力差；脱硝效率低；空气预热器堵塞；烟气流场不畅；

0引言

随着我国碳达峰、碳中和目标的推进，电力系统清洁低碳转型的步伐进一步

加快，火电装机和发电量占比不断降低，灵活调节能力要继续提升。当前电力需

求刚性增长、能源结构优化难度增大、国际形势变化都给电力行业带来新的挑战。对于很多火电机组来说，机组深调将成为今后的常态，未来火电机组的一大部分

收入将来源于调峰和辅助服务。随着大量火电机组深调的推进，机组深调运行暴

露的问题也越来越多。

1锅炉侧问题

锅炉深度调峰存在问题突出表现在锅炉燃烧不稳、水冷壁水动力差、局部受

热面超温、设备可靠性下降、烟道积灰、脱硝入口烟温低等。

1）锅炉燃烧不稳

煤电机组在进行深度调峰时，锅炉总给煤量小，炉膛温度下降，燃烧状况恶化，燃烧稳定性变差。受限于风机最低出力，为保证粉管最低风速（防止堵粉），低负荷下煤粉浓度下降，加剧了燃烧状况的恶化。各大电厂为降低成本，入厂煤

种杂，煤质掺烧导致燃烧着火特性差，加大了低负荷炉膛稳燃难度。

2）水冷壁水动力差

当机组负荷低于30%额定工况时，锅炉水冷壁流量接近最低流量，水循环出

现恶化，管内工质流量偏差增大，低负荷下二次风压较低，射流刚性差，致使烟

气侧燃烧热负荷均匀性变差，水冷壁换热失去平衡，造成水冷壁局部超温或壁温

偏差增大，热应力增加，导致水冷壁开裂。尾部受热面通常不装壁温测点，无法

监视壁温差，同样存在类似问题。对于超超临界机组，深调还存在锅炉干、湿态

转换问题。通常机组在负荷30%左右锅炉干、湿态转换，当深调至额定负荷30%

以下时，锅炉有可能转入湿态运行。锅炉因频繁干、湿态转换，水冷壁应力将会

增加，受热面使用寿命进一步缩短，爆管风险也会增加。

3）爆磨、风机喘振风险增加

机组深调时，给煤量偏低，受最低一次风量限制，磨煤机煤粉浓度有所下降，进入爆炸浓度范围，显著增加了磨煤机的爆磨风险。为防止燃烧恶化，深度调峰

时电厂一般会选用挥发分高的优质煤种。由于深调峰时所需一次风量低，一次风

机运行在小流量、高压力工作范围，增加了一次风机失速、喘振的风险，从而增

加机组非停的机率。

4）脱硝SCＲ效率低无法正常投入

机组深调时，炉膛温度下降，尾部烟温也随之降低。当脱硝SCＲ入口烟温过

低时，催化剂活性将会大幅下降，脱硝效率也会随之降低，进而导致氨逃逸增加，造成空预器堵塞。由于脱硝效率低，再加上低负荷下SCＲ入口流场均匀性变差，

易造成NOx排放超标，导致环保考核。为保证催化剂活性，需确保锅炉SCＲ入口

烟温在300℃以上，如不能满足，脱硝存在切出风险。

5）烟气流场不畅问题

低负荷下烟气流场均匀性较差，易造成局部烟气流速偏高，受热面磨损。长

时间低负荷运行，锅炉无法吹灰，造成烟道积灰，烟道载荷增加，会加剧烟气流

场的不通畅，形成积灰塌灰。脱硝氨逃逸率高，锅炉空气预热器冷端综合温度低，易造成硫酸氢胺结晶，导致空气预热器堵塞。锅炉深调时，空气过量系数增大，

会生成更多的SO3，加上较低的排烟温度，会加剧空气预热器的腐蚀和堵塞。

2机侧安全运行问题

机侧在机组深调时主要存在给水泵再循环开度、给水泵小机汽源切换、低压

缸末级叶片水蚀、高、低加正常疏水不畅、轴封汽源调整、汽机调门单顺阀切换、机组振动等问题。

1）机组振动影响

在机组深调时，可能会出现低压转子振动大的问题，表现为动静摩擦，主要

原因是机组真空过高，引起低压缸弹性变量过大所致；

2）低压缸末级叶片水蚀

部分机组在深调时末级叶片容易出现冲蚀损伤，甚至使叶片发生颤振，严重

的造成叶片断裂、飞脱，降低末级叶片效率；

3）汽轮机进汽参数波动大

机组深调时，部分机组由于调节特性差，可能会造成主、再热蒸汽温度的大

幅度波动，使汽轮机内外缸温差变大、转子内外温差波动，金属疲劳应力增加；

4）给水泵再循环阀操作风险增大

机组深调时、给水流量降低至最小流量阀保护自动开启值，须精心监视或调整，否则极易造成给水流量低低，触发锅炉MFT导致机组跳闸；

5）给水泵小机汽源切换

给水泵小机汽源一般采用四段抽汽，同时设置冷再和辅汽作为备用汽源。机

组深调时，四段抽汽压力降低、无法满足小机汽源需要，如备用汽源暖管不充分，进汽温度骤降，容易导致汽泵小机进冷汽或水击；

6）高、低加正常疏水不稳

机组深调时，由于汽机各段抽汽压力下降且相邻段蒸汽压差减小，使相邻高、低加间疏水差压同步减小，导致正常疏水动力不足，造成加热器水位波动、危急

疏水阀开启或加热器解列。

3发电机转子匝间短路问题

机组深调时，发电机定子、转子铁芯与绕组热膨胀系数不同、相对速率较快

的负荷深调将引起温度变化率差异较大。机组长期、频繁深调，发电机定子、转

子铁芯与绕组受绝缘材料与铜导体膨胀系数不同，形成剪切应力，造成两者间的

连接破坏，使得铜导体表面环氧云母绝缘发生分层或脱壳，降低绝缘材料的性能，进而加剧了绕组的松动。频繁膨胀、收缩使转子铜线，尤其是转子端部顶匝线圈

的铜线容易因应力蠕变而发生变形，进而发展为匝间短路。

4控制系统问题

控制系统设计大部分未考虑深调工况，适应性有待改善。机组深调时，控制

系统主要存在监控不足、预警能力差、基础逻辑限制、自动控制投入差、功率振

荡风险增加等问题。

1）因工况不稳易引发保护误动作

机组深调时，大量辅机设备接近极限运行工况，辅机设备跳闸、锅炉MFT等

保护和自动切除功能回路如发生误动或切手动都威胁机组的深调运行安全。由于

低负荷下磨煤机运行台数少，因此MFT保护与点火助燃逻辑在深调时也变得十分

关键，然而火检信号质量差及动作逻辑往往都无法满足要求；

2）测点精度和自动调节品质差

DCS控制逻辑未在深调工况下进行调试，给水流量等重要测点在机组深调时

精度差、波动大，严重影响回路计算的稳定性；风、水、煤、协调、一次调频等

回路由于调节对象特性均变差，控制品质一般都无法满足自动连续运行要求；

3）变负荷速率与主要运行参数失配