鍋爐低負(fù)荷最佳運(yùn)行參數(shù)的若干分析與研究

邱代林

摘 要：基于海量實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行火電機(jī)組鍋爐性能指標(biāo)的計(jì)算和分析，并從鍋爐的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)、運(yùn)行工況、數(shù)據(jù)修正、性能計(jì)算及各參數(shù)影響權(quán)重等多方面進(jìn)行電站鍋爐最佳運(yùn)行參數(shù)研究。

關(guān)鍵詞：電站鍋爐；實(shí)時(shí)優(yōu)化；節(jié)能減排；運(yùn)行參數(shù)

中圖分類號(hào)：TK227.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）01-0016-02

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的整體放緩，加上國(guó)內(nèi)電源建設(shè)的快速發(fā)展，電力供需矛盾已趨緩和，火電機(jī)組利用小時(shí)數(shù)逐年降低，低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間增加。分析和研究鍋爐偏離設(shè)計(jì)工況的低負(fù)荷下的最佳運(yùn)行參數(shù)，提高機(jī)組的整體經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)當(dāng)前的節(jié)能減排工作具有重要的意義。

鍋爐爐膛出口氧量是機(jī)組運(yùn)行中最容易調(diào)整、變化范圍最寬、與其他運(yùn)行指標(biāo)耦合性最強(qiáng)、對(duì)經(jīng)濟(jì)性和污染物排放量影響最大的參數(shù)之一。機(jī)組若想實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)保的目標(biāo)，關(guān)鍵是尋找最佳運(yùn)行氧量曲線。

制粉系統(tǒng)和送引風(fēng)機(jī)電耗率（設(shè)備電耗/上網(wǎng)電量）約占機(jī)組2%的廠用電率，降低設(shè)備電耗可以帶來(lái)直接的經(jīng)濟(jì)效益。

從鍋爐最佳運(yùn)行氧量?jī)?yōu)化、制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式和參數(shù)優(yōu)化、送引風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式優(yōu)化等方面出發(fā)，結(jié)合火電廠現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的實(shí)際情況及實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行穩(wěn)定運(yùn)行全工況運(yùn)行參數(shù)分析，并基于單機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行情況的縱向比較分析和基于多電站運(yùn)行情況的橫向比較分析進(jìn)行鍋爐最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)的分析和研究，提出了若干措施，為機(jī)組低負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)環(huán)保運(yùn)行提供了非常重要的工程實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)。

1 鍋爐最佳運(yùn)行氧量?jī)?yōu)化技術(shù)

在各項(xiàng)熱損失中，排煙熱損失是最大的一項(xiàng)，因此，降低鍋爐熱損失、提高鍋爐效率的關(guān)鍵手段是降低鍋爐排煙損失。而排煙熱損失的主要決定元素是氧量，所以此處的關(guān)鍵是尋找最佳運(yùn)行氧量曲線。

有學(xué)者提出了不同的分析和算法，無(wú)論哪一種算法，都是通過(guò)傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得出的。推薦在40%～100%ECR負(fù)荷區(qū)間分成若干工況，每個(gè)工況下進(jìn)行至少3～4個(gè)不同氧量的測(cè)試，計(jì)算出各工況的排煙熱損失、化學(xué)未完全燃燒熱損失、機(jī)械未完全燃燒熱損失、散熱損失、灰渣物理熱損失、過(guò)熱器和再熱器減溫水流量、鍋爐效率、廠用電率、供電煤耗等重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，確定出每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)下的最佳運(yùn)行氧量，從而形成一條指導(dǎo)機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的最優(yōu)氧量曲線。

傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)獲取最優(yōu)氧量曲線的方式耗時(shí)長(zhǎng)，投入的人力大，但是經(jīng)常反復(fù)試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高。

基于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的電站鍋爐最佳運(yùn)行參數(shù)研究，基于海量的歷史實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，運(yùn)用擾動(dòng)解除法從送風(fēng)量、氧氣等幾個(gè)方面的參數(shù)著手，以機(jī)組鍋爐穩(wěn)定性和安全性為約束條件，以經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性最佳為目標(biāo)進(jìn)行尋優(yōu)，經(jīng)過(guò)機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行形成一個(gè)歷史尋優(yōu)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，使用偏差包絡(luò)線法控制該參數(shù)，給出參數(shù)的允許控制偏差，從而得到一條運(yùn)行的最優(yōu)氧量曲線。

這種獲取最優(yōu)氧量曲線的方式的優(yōu)勢(shì)在于，其依托海量的歷史實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，長(zhǎng)時(shí)間尋優(yōu)可以得到和電廠實(shí)際運(yùn)行參數(shù)比較接近的數(shù)據(jù)。算法采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)基于單機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行情況的縱向比較分析和基于多電站運(yùn)行情況的橫向比較分析。

這種方式的劣勢(shì)是，計(jì)算中需要采集的點(diǎn)通過(guò)DCS采集，會(huì)出現(xiàn)由于測(cè)點(diǎn)值的精確度不夠而影響計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。但是一般這種情況不會(huì)影響尋優(yōu)結(jié)果的準(zhǔn)確度，因?yàn)檫@種尋優(yōu)方式是基于單機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行情況的縱向比較分析，因此還具有很高的可信度。最優(yōu)氧量曲線會(huì)在基于尋優(yōu)得到的最優(yōu)氧量曲線通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后才能確定。

2 制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式優(yōu)化技術(shù)

制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式優(yōu)化技術(shù)是通過(guò)試驗(yàn)確定制粉系統(tǒng)啟停負(fù)荷切換區(qū)間，主要是確定3套制粉系統(tǒng)與4套制粉系統(tǒng)的負(fù)荷切換區(qū)間以及4臺(tái)制粉系統(tǒng)與5套制粉系統(tǒng)的負(fù)荷切換區(qū)間，尋找制粉系統(tǒng)最佳負(fù)荷切換區(qū)間。

以某電廠5號(hào)機(jī)組（600 MW燃煤機(jī)組）為例，在380 MW工況點(diǎn)共進(jìn)行了3個(gè)試驗(yàn)工況，即4臺(tái)磨（CDEF組合）運(yùn)行方式和3臺(tái)磨（CDE組合和DEF組合）運(yùn)行方式。

通過(guò)對(duì)相同負(fù)荷下不同磨的組合方式進(jìn)行對(duì)比表明3臺(tái)磨能夠帶380 MW負(fù)荷；3臺(tái)磨與4臺(tái)磨的運(yùn)行方式，對(duì)鍋爐的灰渣可燃物和排煙熱損失基本上沒(méi)有影響，主要是影響鍋爐的制粉單耗。380 MW負(fù)荷點(diǎn)4臺(tái)磨運(yùn)行工況下，制粉單耗為20.59 kW/t煤，鍋爐側(cè)6 kV電機(jī)電耗為8 835.53 kW；380 MW負(fù)荷點(diǎn)3臺(tái)磨運(yùn)行工況下，制粉單耗為18.53 kW/t煤，鍋爐側(cè)6 kV電機(jī)電耗為8 536.49 kW，如表1的經(jīng)濟(jì)性比較。

根據(jù)不同負(fù)荷下對(duì)制粉單耗的分析可以得出，當(dāng)負(fù)荷大于360 MW時(shí)，制粉單耗煤在大部分負(fù)荷下均小于20 kW/t，但是在400 MW負(fù)荷點(diǎn)和480 MW負(fù)荷點(diǎn)，制粉單耗煤均大于20 kW/t。這主要是由于400 MW負(fù)荷是3臺(tái)磨與4臺(tái)磨運(yùn)行工況的銜接點(diǎn)；480 MW負(fù)荷是4臺(tái)磨與5臺(tái)磨運(yùn)行工況的銜接點(diǎn)。

因此，機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)該盡量避免在480 MW負(fù)荷點(diǎn)和400 MW負(fù)荷點(diǎn)長(zhǎng)期停留。另外一點(diǎn)需要注意的就是，盡量維持運(yùn)行的磨煤機(jī)出力在40 t/h以上，從而降低制粉單耗，降低爐側(cè)廠用電率。

通過(guò)理論分析及采集到的電源側(cè)遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以擬合實(shí)際運(yùn)行中不同工況負(fù)荷下制粉系統(tǒng)單耗曲線，根據(jù)專家預(yù)測(cè)及專家指導(dǎo)意見(jiàn)，給出診斷報(bào)告發(fā)送給電廠，從而避免機(jī)組在單耗高區(qū)域長(zhǎng)期運(yùn)行造成的耗損，降低爐側(cè)廠用電率，實(shí)現(xiàn)鍋爐側(cè)優(yōu)化運(yùn)行。

3 送引風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式優(yōu)化技術(shù)

現(xiàn)代大型機(jī)組，即便在額定出力下，送引風(fēng)機(jī)仍然存在一定的裕度。如果機(jī)組長(zhǎng)期在低負(fù)荷區(qū)段運(yùn)行，送引風(fēng)機(jī)均不能工作在高效率區(qū)域，造成送引風(fēng)機(jī)電耗增加。因此，可以在低負(fù)荷區(qū)段停一側(cè)送引風(fēng)機(jī)，保留單側(cè)送引風(fēng)機(jī)運(yùn)行，使運(yùn)行的送引風(fēng)機(jī)工作在高效率區(qū)域，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

以某電廠4號(hào)機(jī)組（600 MW燃煤機(jī)組）為例，進(jìn)行停運(yùn)單側(cè)送引風(fēng)機(jī)試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)得出，從雙側(cè)送引風(fēng)機(jī)運(yùn)行到停一側(cè)送引風(fēng)機(jī)運(yùn)行，運(yùn)行人員操作需要約20 min；試驗(yàn)結(jié)束后，并入備用的送引風(fēng)機(jī)，運(yùn)行人員操作需要約20 min。在實(shí)際操作中，負(fù)荷具備條件后停一側(cè)送引風(fēng)機(jī)穩(wěn)定后再并入，一共需要40～60 min。單從時(shí)間上來(lái)看，至少要高于4 h的連續(xù)低負(fù)荷運(yùn)行才有必要停一側(cè)送引風(fēng)機(jī)。

經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，雙側(cè)與單側(cè)送引風(fēng)機(jī)運(yùn)行對(duì)鍋爐效率影響不大，主要影響的是鍋爐側(cè)廠用電率。在300 MW負(fù)荷下，單側(cè)送引風(fēng)機(jī)運(yùn)行與雙側(cè)送引風(fēng)機(jī)運(yùn)行比較：送風(fēng)單耗降低0.30 kW/t蒸汽；引風(fēng)單耗降低1.11 kW/t蒸汽，鍋爐熱效率略升0.12%，消耗的總電耗降低561 kW，折算為供電煤耗約為0.65 g/kW·h。

經(jīng)上述分析可以看出，風(fēng)機(jī)等重要設(shè)備，由于運(yùn)行方式、運(yùn)行效率區(qū)間不當(dāng)，會(huì)造成電耗增加、能耗損失。為了避免此類損失，擬采集現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，去除壞點(diǎn)，數(shù)據(jù)修正后，擬合成風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率區(qū)間曲線圖，讓運(yùn)行人員可以直觀地了解設(shè)備運(yùn)行狀況，通過(guò)專家診斷給出運(yùn)行調(diào)整措施方法，發(fā)送診斷報(bào)告給電廠，實(shí)現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化的目的。

4 總結(jié)

鍋爐低負(fù)荷最佳運(yùn)行參數(shù)有很多可以研究和分析的對(duì)象，本文基于海量實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行火電機(jī)組鍋爐性能指標(biāo)的計(jì)算和分析，進(jìn)行鍋爐多工況下最優(yōu)化運(yùn)行模型的建立，提出了最佳運(yùn)行氧量?jī)?yōu)化、制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式和參數(shù)優(yōu)化以及送引風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式優(yōu)化技術(shù)，為機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行提供了非常重要的工程實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)。

〔編輯：吳珍〕