近年來，隨著國民經濟宏觀調控政策的落實和電力體制改革及電源建設步伐的加快，長期制 約國民經濟發展和人民生活水平提高的電力供應緊缺問題基本得到緩解。但是，由於用電結構發生明顯變化，電網負荷峰谷差呈不斷增大趨勢，電力系統面臨著電網峰谷差偏大、調峰能力不足的矛盾。因此，大型火電機組參與電網調峰運行早已迫在眉睫。
如何提高大型火電機組的調峰性能，盡量滿足電網峰谷負荷調節要求，是國內各大電網競相攻關的技術難題之一。為此，早在1996年湖南省電力試驗研究所等單位就已開展了「國產300MW火電機組調峰運行可行性試驗研究」課題，在1997年年初取得了石門電廠2台300MW機組達到廠家不投油最低穩燃負荷保證值180MW下調峰運行的階段性成果后，課題組成員繼續攻關，在1998年8月該廠2號機組大修后，又實現了可在160MW負荷下調峰運行的目標。特別是在鍋爐燃用煤質明顯低於設計煤種的情況下，機組調峰運行負荷突破廠家最低穩燃負荷保證值，使國產300MW機組調峰試驗試驗研究取得關鍵性進展。
1 機組設計特點
湖南省石門電廠2×300MW火電機組，鍋爐型號：HG1021/18.2-540/540-WM10型亞臨界壓力中間再熱自然循環汽包爐；汽輪機型號：N300-16.7/537/537單軸2缸2排汽反動凝汽式機組。1、2號機組分別於1996年2月和12月完成168h基建調試，移交生產投入商業化營運。
1.1 設計煤種特性
石門電廠鍋爐設計燃用煤種有一定的獨特性，是由燃燒特性相差很大的晉東南無煙煤和陝西黃陵煙煤各50%的混煤組成，為鍋爐的設計選型及實際運行，特別是調峰運行帶來了較大的技術難度，因此，製造廠在燃燒系統設計中採用了新技術，為機組的安全穩定運行創造了條件。設計煤種特性見表1。
表1
設計煤種煤質特性分析
項 目 晉東南無煙煤
(A) 黃陵煙煤
(B) 設計
A∶B=1∶1 Car/% 69.12 57.02 63.01 Har/% 2.80 3.38 3.09 Oar/% 3.11 4.80 3.95 Nar/% 0.97 0.84 0.91 Sar/% 0.34 1.33 0.83 Aar/% 17.99±4 21.6±4 19.82 Mt/% 5.67±3 10.99±3 8.33 Mad/% 1.91 1.65 1.78 Vad/% 5.48 26.20 11.37 Vdaf/% 7.02±1 34.16±5 14.50 Qan.ar
/kJ.kg-1 25539±1675 21724±1675 23632 1.2 燃燒系統設計特點
鍋爐採用四角切圓燃燒方式，共5層20個一次風噴口，其中下2層是固定式可調腰部風的雙通道自穩式燃燒器，為清華大學專利技術，首次應用在國產300MW火電機組鍋爐上；上3層是可調傾角的「WR」型濃淡燃燒器，為美國CE公司成熟技術產品。
1.3 制粉系統
鍋爐採用中間儲倉式熱風送粉制粉系統，配4台MT3570Ⅲ型鋼球磨煤機。
1.4 製造廠的保證值
機組以帶基本負荷為主，但具有一定的調峰能力，在保證鍋爐熱效率時，不投油最低穩燃負荷：(1)燃用設計煤種不大於55%MCR(180MW)；(2)負荷為額定蒸發量時，鍋爐保證熱效率不低於91%。
2 技術改造措施及效果
為實現石門電廠2號機組160MW負荷調峰運行，在鍋爐大修期間採取了以下措施：
2.1 爐內敷設衛燃帶
根據石門電廠鍋爐實際燃用煤質(Mt=9.8%、Aad=30.8%、Vad=10%、Qnet.ar=20500kJ/kg)比設計煤種差，爐內火焰溫度水平偏低等情況，決定在爐內敷設75m2衛燃帶。后經實測爐內燃燒中心區域四角火焰平均溫度為1216℃，比原來的1191℃上升了25℃，這說明爐內火焰溫度水平有所升高，對低負荷燃燒穩定和經濟性提高十分有利。
2.2 燃燒器的修復與更換
大修中共更換了燒損嚴重的A1、A3、A4、B1及B4共5隻通道自穩式燃燒器，對於損壞較輕的A2、B2、B3等3隻燃燒採取了修補措施。
2.3 改善燃燒器出口結構
由於雙通道自穩式燃燒器在熱態運行時易燒損變形，導致爐內氣流偏斜，影響燃燒穩定性，為此在A、B兩層一次風噴口的左右兩側中間均開「V」型口以防受熱變形。
2.4 制粉系統改造
石門電廠300MW機組投產後，制粉系統運行狀況不理想，主要存在如下問題：
2.4.1 排粉機入口擋板開度只能小於50%
這是由於設備選型偏大所致，其後果一是節流損失增大，經濟性下降；二是擋板調節範圍小，運行操作不便，磨煤機入口負壓常處於頂表狀況，造成系統負壓過大，冷風漏入量增加，對爐內燃燒工況干擾較大。
2.4.2 細粉分離器效率偏低
多次測試結果：其細粉分離器效率僅為81%，由此導致三次風帶粉嚴重，不利於爐內燃燒穩定，在機組低負荷運行時尤為明顯。
通過採取縮小排粉機葉輪尺寸、加裝細粉分離器二次分離裝置等技術措施后，排粉機入口擋板開度可控制在70%～90%，細粉分離器效率提高到86%，改善了制粉系統運行狀況，為鍋爐低負荷的經濟穩定運行打下了基礎。
3 機組低負荷運行優化調整措施及經濟性分析
保證火電機組低負荷穩定經濟運行的關鍵是鍋爐燃燒調整及時、配風方式合理及汽輪機DEH控制系統運行方式最佳，對此，我們做了大量的現場測試分析工作。有關調峰試驗數據及性能指標見表2。
前4次調峰試驗燃用煤種為北方混煤，第5次為本省低質煤。5次調峰試驗平均負荷162.3MW，平均穩定運行時間近3h(第4次時間短為調度原因)；降負荷變動率1.53%/min(不包括第1次)，負荷變動率1.75%/min；調峰幅度為機組最大出力的49.2%，額定出力的54.1%，突破了廠家最低穩燃負荷55%MCR的保證值。
表2
調峰試驗數據及性能指標
項 目 試 驗 數 據 1 2 3 4 5 試驗日期 08-29 08-30 09-23 09-24 09-25 1.低負荷運行時的主要參數： 低負荷運行時間
/min 211 175 180 53 258 試驗負荷/MW 161.66 161.43 163.02 162.67 162.93 主蒸汽流量/t.h-1 539.85 536.80 548.00 521.00 519.00 主蒸汽溫度/℃ 539.5 539.0 540.6 537.0 542.0 主蒸汽壓力/MPa 14.64 14.50 14.36 14.30 14.40 再熱蒸汽壓力/MPa 2.01 2.03 2.02 1.94 1.92 再熱蒸汽溫度/℃ 503.7 501.0 508.0 496.4 502.0 爐膛出口氧量/% 4.1 3.8 4.5 4.4 5.6 排煙溫度/℃ 123.4 125.0 114.0 110.0 121.0 2.性能指標： 降負荷變動率/
%.min-1 0.51 1.77 1.51 1.44 1.38 升負荷變動率/
%.min-1 3.04 1.62 2.30 1.23 1.10 調峰幅度/%MCR 48.99 48.92 49.40 49.30 49.40 調峰幅度/%Ne 53.89 53.81 54.34 54.2 54.3 3.燃煤工業分析、取樣分析： 收到基水分/% 9.60 9.20 8.90 9.00 10.55 空氣乾燥基灰分/% 23.43 29.73 30.98 28.23 33.53 空氣乾燥基揮發
分/% 11.52 9.89 9.68 10.54 9.60 收到基低位發熱
量/kJ.kg-1 23100 21230 20864 21919 19110 飛灰可燃物/% 6.28 10.05 7.48 7.28 11.11 爐渣可燃物/% 12.67 16.22 14.35 16.59 13.82 4.結
果
鍋爐效率/% 90.15 87.79 89.21 89.73 85.47 發電煤耗/
g.(kW.h)-1 339 343 342 331 345 3.1 一次風火嘴投運方式
有關燃燒器試驗研究結論表明：雙通道自穩式燃燒器具有較好的低負荷穩燃特性，因此，在調峰試驗初期，採用穩定下層(A、B)、調節中層(C、D)、停運上層(E)的燃燒方式，但是存在再熱汽溫度的問題。為此，機組在160～180MW負荷運行時，進行了退出A層，穩定B、C層，調節D、E層一次風火嘴投運方式的試驗，其結果表明：機組負荷在160～180MW時，保持2套制粉系統運行，採用上4層一次風火嘴相對集中投運方式，爐膛負壓波動小，爐內燃燒穩定性較好，機組運行狀況平穩，再熱汽溫度可提高10℃左右，改善了機組低負荷調峰運行的經濟性。有關試驗數據及燃用煤質見表3。
表3
一次風投運方式對再熱汽溫的影響
項 目 機組負荷180MW 機組負荷160MW 下4層
燃燒器 上4層
燃燒器 下4層
燃燒器 上4層
燃燒器 過熱汽壓力/MPa
