火電廠機組深度調峰過程中的節(jié)能探索

楊康

摘要：大多數(shù)發(fā)電廠組在深度調峰的工作過程中會發(fā)生穩(wěn)燃難、燃料耗費過多的狀況，而怎樣實現(xiàn)既安全平穩(wěn)調峰，又能減少能源消耗，是發(fā)電廠組正常運轉的關鍵問題。通過統(tǒng)籌優(yōu)化發(fā)電廠組啟動過程，工作時間可以減少2小時，調峰流程中充分發(fā)揮了純氧的點火優(yōu)勢，保證燃燒平穩(wěn)，大大減少了燃料消耗。經實踐證明，通過采取各種安全措施，已實現(xiàn)機組的平穩(wěn)調峰，且比鍋爐啟動時用油節(jié)約了70%左右，節(jié)約環(huán)保效益良好。

關鍵詞：火電廠機組;深度調峰過程;節(jié)能探索

近年以來，由于用電需求增速的降低，供電裝置容量迅速擴大，尤其可再生能源發(fā)展迅速，使得供電峰值和低谷負荷的峰谷差有時最多甚至達到了一倍多，給全國供電的有效調節(jié)帶來很大的障礙。在遵照國家我國節(jié)約調度管理的基本原則下，全國供電調峰運營的主力，即承擔了很大的調峰運營壓力?；痣娖髽I(yè)為提高市場競爭力，要面對發(fā)電機組的深入調峰運行速度與負載相應速率變化而產生的經濟效益、安全和環(huán)境保護等重大技術問題，所以，對火電機組靈活性改進是當前電源供應側變革的最有效途徑，也是改善企業(yè)生命周期的必然選擇，同時，經過不斷地探討、摸索，同時總結出一種利用大型燃煤發(fā)電機組深入調峰運營的成功經驗。

1現(xiàn)階段我國火電機組控制情況

目前，我國發(fā)電機控制采用分散控制系統(tǒng)，大型發(fā)電機將配備協(xié)調控制系統(tǒng)。為了最大限度地確保發(fā)電機的安全、穩(wěn)定和經濟運行，有效提高發(fā)電機的靈活性和深度調節(jié)能力，需要更新和修改發(fā)電機的協(xié)調控制系統(tǒng)。在深度調整工作中，指標和參數(shù)是影響發(fā)電機供電質量的主要因素。發(fā)電機組熱凈滯后和高溫慣性特性影響發(fā)電機組負荷響應速度、穩(wěn)定性、主蒸汽壓力和主蒸汽溫度。采用色散控制系統(tǒng)協(xié)調控制系統(tǒng)，既不能滿足發(fā)電機控制系統(tǒng)中的控制算法和策略，也不能達到預期效果。目前，中國DCS制造商在軟件設計和配置方面投資不大，但使用了一些最早的國際控制程序和算法[1]。事實上，這些早期的國際技術和方法未能在中國電力改革的當前背景下滿足發(fā)展需要，導致了實地的開發(fā)和實施。為此，發(fā)電機控制系統(tǒng)現(xiàn)階段只能滿足小規(guī)模低負荷變化的調節(jié)要求。但是，對于大規(guī)模、高速負荷變化的調節(jié)，特別是深度調節(jié)，當前的控制系統(tǒng)不能有效保證發(fā)電機的安全穩(wěn)定運行，同時主蒸汽壓力、功率、溫度等一系列參數(shù)也在不斷變化[2]。

2國內外研究現(xiàn)狀

2.1國內研究現(xiàn)狀

隨著我們國家額的電網(wǎng)峰谷差逐漸擴大，原有電力結構表現(xiàn)出的適應性問題受到了社會各界的廣泛關注?，F(xiàn)階段我們國家的蓄能電站所占全國的比例為2%。與基本要求10%之間仍然相差較多。就我們國家的華中電網(wǎng)來說，其面臨的調峰形勢十分嚴峻。為了可以更好的解決現(xiàn)階段額的調峰問題，華中電網(wǎng)提出通過建完善的電力系統(tǒng)來達到最終的目的。目前東中部電網(wǎng)提出了建立風抽水電形式的調峰電源，以解決所面臨的發(fā)展問題。

2.2國外研究現(xiàn)狀

現(xiàn)階段全世界都在面臨著同樣的一個問題那就是資源短缺。所以一系列的新型的可再生發(fā)電項目出現(xiàn)在了人們視野當中，但是新型電力生產為電網(wǎng)的調峰問題帶來了新的挑戰(zhàn)。為了可以進一步解決這個問題，各個國家都做出了積極的應對。例如日本的東京電力公司在實際的建設過程當中應用了超臨界壓力35萬千瓦的機組。法國作為一個核電大國，通過優(yōu)化電站結構，建立抽水蓄能電站來解決調峰問題。

3影響火電機組深度調峰的主要因素

3.1煤質特性的影響

就火力發(fā)電來說，其機組在進行深度調峰的過程當中，所具有的最低負荷往往是鍋爐的最低穩(wěn)燃負荷所決定的。而鍋爐的最低穩(wěn)燃負荷在實際的工作過程當中往往又是由煤質特性所決定的?；诂F(xiàn)階段我們國家的能源動力基本來源于劣質煤。并且因為近幾年的經濟市場較為復雜，煤價變動較大，所以也使得電廠在實際的生產過程當中，煤質特性波動問題也十分嚴重。出于對最低穩(wěn)燃負荷考慮，在實際的應用過程當中應該進一步控制煤的質量。

3.2水動力工況的安全性

當電力系統(tǒng)當中的火力發(fā)電機組參與到實際的調峰過程當中，這個時候鍋爐的運行會處于飛符低負荷運行狀態(tài)。而低負荷的運行會使爐內的火焰充滿程度逐漸下降，這也就是低負荷下鍋爐膛受熱不均的主要原因。而當鍋爐膛的受熱不均勻的時，水冷壁當中的各個循環(huán)管路的水流量分配也會不均勻。最終將會導致水循環(huán)的速度發(fā)生偏差，從而發(fā)生水循環(huán)倒流以及水循環(huán)停滯等問題。

3.3制粉系統(tǒng)的影響

制粉系統(tǒng)是電力系統(tǒng)當中的一個重要組成部分，其在實際生產當中的應用作用是為鍋爐輸送干燥的煤粉。在這個系統(tǒng)當中，因為煤質特性發(fā)生了變化，所以很可能出現(xiàn)漏媒等問題。由于長期運行，煤粉長期沖刷煤粉管道，造成煤粉管道變薄，或者加裝襯板后，由于間隙的存在，也會造成漏煤。不僅會導致磨煤機電耗增加，也會影響到機組的安全經濟運行。

3.4汽輪機末級葉片的安全性

整個火電機組在實的低負荷運行過程當中，因為蒸的流量將會進一步降低，所以動葉片根部會出現(xiàn)汽流脫離的問題，最終將會形成水蝕。水蝕是一種將會對葉片氣動性造成影響的現(xiàn)象，最終將會是汽輪機產生應力集中問題，葉片截面面積減小也是這種原因所造成的現(xiàn)象。最終使得整個機組安全性出現(xiàn)問題。

4火電機組靈活性改造目標及效果

在確保機組以低負載安全平穩(wěn)運轉的前提下，通過選用切實可行、高性價比的技術改進方法，對鍋爐、汽輪機、輔機、供電、控制等幾個方面進行了優(yōu)化，以達到發(fā)電機組的深度調峰目標。

（一）改造目標

1、進行相應的低負載精細化運行調整試驗和不投油穩(wěn)燃測試，達到將鍋爐運行的不投油最低穩(wěn)燃負載下降至百分之二十五到百分之三十的額定重量負載。

2、在滿足冬季最大抽汽速度350t/h以及同等供暖能力的前提下，降低汽輪機組供電工況最小電力負荷至99MW。

3、通過改善機組中深度調峰負荷的控制回路適應性和機組協(xié)調控制特性，以實現(xiàn)機組在百分之三十負荷以上均可投入?yún)f(xié)調工作。

4、將機組的AGC負荷速度提高至2%Pe/min，以滿足電網(wǎng)對深度調峰發(fā)電機組的負荷變化速度需求。

（二）主要改造效果

1、在低負載下的精密化運動調節(jié)，一般涉及對磨煤炭機械入口風力標定和一次風速測量、煤粉鍋爐的細化性能摸底和調節(jié)、磨煤機投運方向調節(jié)，及不投油穩(wěn)燃測試。通過優(yōu)化設計后，達到了發(fā)電機組在同時投運二臺磨煤機，燃用最常見煤質的條件，達到百分之二十五額定重量負荷（83MW）而不投用油的穩(wěn)定燃燒。經核算可得，在83MW負載下投運二臺磨煤機時的高壓鍋爐，加熱效率為92.95%[1]。

5深度調峰過程中的危險點分析與防范方法措施

（一）鍋爐滅火

深度調峰運行過程中由于燃氣的溫度逐步降低，以及鍋內水溫的逐步下降，燃燒工況越來越糟糕，很容易引起鍋爐大火，所以深度調峰運行期間燃燒調節(jié)的建議：

1、低負荷時要求煤質空氣收到基低位發(fā)熱量超過18kJ/g，或空氣干基揮發(fā)分超過24%;

2、低負荷時一次平均風壓宜保持在8kPa以下，總氧量保持在百分之三點五到百分之四點零，但切勿過大，以防減弱燃燒;

3、低負載時磨煤機很容易產生震蕩，所以應該保證較小的磨風速，使磨出口風壓限制在2kPa以下;

4、若溫度調節(jié)后磨煤機的火檢工作仍不平衡，可適時使用最能保證燃燒的油槍，以避免鍋爐滅火的情況產生[2]。

（二）給水流量波動

1、在深度調峰過程中，如果機組負載低于250MW時需要對小型機汽源切換，切汽源的過程盡量在負載最高時刻完成，而切換汽源時從輔汽至小型機電動門須采用間斷開啟方法完成，并密切注意檢查小型機的進汽調門動態(tài)正常，小型機速度、流量保持平衡，避免因輔汽、四抽在轉換過程中串汽，形成因小型機不出力而引起的給水流速過低保護動作;

2、在深度調峰工作過程中，當給水泵流速靠近給水泵很小流量閥的啟動值時應密切觀察小流量閥門動作狀況，當給水泵流速靠近給水泵小流量閥門的啟動值時應當密切觀察，在必要時可提早啟動給水泵小流量閥門至固定開度，已實現(xiàn)了穩(wěn)定給水方式的目的。

6鍋爐燃燒優(yōu)化調整

（1）控制煤種、合理摻配煤

采用揮發(fā)量較高，熱值在4000Kcal/kg左右的燃煤，為機組低負荷穩(wěn)定燃燒提供質量保證的煤炭品種。各種煤的分布是漸進的，必須確保煤的分布盡可能接近實際價值，以確保煤的質量和燃燒安全。煤炭質量差時，應根據(jù)峰值調節(jié)時間提前準備煤炭，以保證峰值調節(jié)時燃燒的穩(wěn)定性。

（2）優(yōu)化調整煤粉細度

MPSL70HP-II中速平板磨機用于煤磨機，粉碎煤的設計細度R90為35%，出口分離器擋板為40%。選煤廠正常運行中，出口分離器擋板保持在30%～40%，碎煤細度R90約為30%。機組在低負荷下達到峰值時，根據(jù)鍋爐燃燒和火災檢測，在煤磨機出口適當降低分離器擋板。負荷減少到264Mw時，煤磨分離器的出口擋板調整為30%。此時，碎煤細度R90達到23%，碎煤精細，燃燒良好，火焰檢測穩(wěn)定。

（3）優(yōu)化配風

深度調峰期間注意分級風箱壓力、燃燒器風箱壓力的監(jiān)控，風箱壓力控制在0.3KPa以上，氧量控制在6.0%左右。為防止四臺磨煤機出力較低，著火煤粉濃度不夠，退出D磨煤機容量風門自動，手動關小D磨煤機容量風門，保持B、C、F磨煤機容量風門開度大于40%，確保煤粉著火濃度;其次，保證磨煤機進口一次風壓大于2.0KPa，防止堵磨、堵管。

7保證機組穩(wěn)定的相關措施

（1）將機組運行方式切TF定壓控制，負壓自動控制，給水自動控制，風量自動控制，一次風壓自動控制，給水自動控制，燃料主控自動控制，鍋爐主控手動控制，加減鍋爐負荷：采用輸入數(shù)值進行，若采用加減箭頭，每加減一次變化7MW，對鍋爐的熱負荷控制擾動較大。

（2）凝結水流量控制，在深度調峰期間負荷較低，為保證凝結水流量大于凝結水泵的最低允許流量500t/h，防止凝結水泵汽蝕，提前開大凝雜水用戶或再循環(huán)調門。對低負荷運行期間小汽機用汽安全制定了詳盡的技術措施，還針對汽泵給水流量下限設定值降低至500t/h，防止因深度調峰期間給水流量過量，使貯水箱見水，鍋爐由干態(tài)轉濕態(tài)運行，增加了調整難度，從而達到了節(jié)能降耗目標，機組深度調峰期間給水實現(xiàn)自動調節(jié)。

（3）熱一次風母管壓力控制在6.3KPa，過熱度控制在8～12°C之間。

（4）給水流量保持740t/h以上，保證鍋爐水動力的穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)傳熱惡化。在給水泵在切換時，操作員要通過加減汽泵或電泵的轉速，逐漸實現(xiàn)給水流量的轉移，過程中由于給水泵再循環(huán)調節(jié)閥的參與調節(jié)，不可避免地會造成給水流量的波動。尤其是退出給水泵的再循環(huán)調節(jié)閥如果超馳動作，在很短時間內突然全開，對給水流量的擾動非常大。另外，操作員的操作手法不當，過快過猛，也是造成給水流量大幅波動的重要原因。

（5）機組負荷減至264MW后，機組負荷難以維持計劃負荷，需要利用鍋爐主控進行調整，進入TF控制模式，調整鍋爐主控盡量每次調整1MW，因為調整鍋爐主控后機組負荷有滯后性，調整后至少觀察2-3min。一般由鍋爐主控手動加減負荷，負荷降至230MW，氧量自動退出;汽泵再循環(huán)調整門退自動，手動緩慢開啟，當汽泵轉速低于3050r/min時必須手動逐步開大至40%，增加汽泵出力確保汽泵不發(fā)生保護動作（再循環(huán)門開度≤40%且給水流量≤449T保護動作）。

（6）低負荷脫硝系統(tǒng)優(yōu)化。為了確保深度調節(jié)時排煙系統(tǒng)入口的煙溫不低于293 ℃，并保持排煙系統(tǒng)的整體貢獻，經過多次實驗確定，制粉系統(tǒng)的最佳燃煤方式是三個斗扎煤和一個斗輔煤，以保持合理的總燃料量，這保證了制粉系統(tǒng)能保證排煙系統(tǒng)入口的煙溫，使排煙系統(tǒng)正常工作，并能增加每個煤粉噴頭的開啟，并對二級防風板施加分級風，以減少NOx的產生。

結語：綜上所述，火電機組經過上述改革，基本達到了發(fā)電機組的深水調峰運行能力、高自動控制水平、低負載及經濟性改善的綜合改革目標，有效確保了發(fā)電機組能夠在國家電網(wǎng)深水調峰調度模式下安全平穩(wěn)運轉，并顯著增強了發(fā)電機組在當前發(fā)電形勢下的市場競爭能力。該試驗項目的順利開展，對于中國其他同類型機組具有很好的試驗示范和借鑒意義;不過，對于中國大功率超臨界機組怎樣保障在深度調峰時期的安全、平穩(wěn)、有效經濟地運行，仍需進一步總結，以實現(xiàn)精細化調度的目的。

參考文獻：

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