350MW 超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行安全分析及節(jié)能措施

韋洪榆

（廣西華磊新材料有限公司，廣西 平果 531399）

0 引言

隨著全球社會(huì)對(duì)于環(huán)境污染以及資源短缺問(wèn)題的重視，在各類生產(chǎn)過(guò)程中也在日益要求節(jié)能減排，尤其是在燃煤火電廠，由于煤炭是一種不可再生資源，貯存量有限，所以如何合理降低煤炭消耗量，對(duì)于火力發(fā)電企業(yè)而言是非常重要的一個(gè)研究課題[1]。

目前，我國(guó)的新能源發(fā)電技術(shù)發(fā)展極快，為了給新能源發(fā)電技術(shù)留出市場(chǎng)，當(dāng)日間內(nèi)光伏發(fā)電和風(fēng)力產(chǎn)生的電能較多的情況下，就要求火力發(fā)電機(jī)組降低負(fù)荷調(diào)峰工作，這就使得其處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)[2]。

需要注意的是低負(fù)荷運(yùn)營(yíng)下雖然機(jī)組的發(fā)電總量降低了，但是各機(jī)組零部件依舊處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。各零部件在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)就必須要足夠的能源作為支撐，因此發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性受到了影響；同時(shí)由于各機(jī)組不是處于標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷下的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，因此其安全性也會(huì)顯著降低。具體來(lái)說(shuō)，低負(fù)荷下所鍋爐爐膛、SCR 入煙口的溫度都會(huì)降低，使得燃燒的穩(wěn)定性大打折扣，同時(shí)SCR 脫銷(xiāo)效率顯著降低，造成逃逸氨逸增加，空預(yù)器堵灰更加嚴(yán)重[3]。

1 影響燃煤發(fā)電機(jī)組能耗的主要因素

燃煤發(fā)電機(jī)組是一個(gè)把煤炭在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)變成機(jī)械能并最終轉(zhuǎn)化為電能的裝置。機(jī)械設(shè)備自身的運(yùn)行狀態(tài)對(duì)電能的轉(zhuǎn)化效果影響很大，但是除此以外，還有許多其他的因素也制約了功率，包括能源本身的穩(wěn)定性、熱機(jī)組的排煙程度、冷端系統(tǒng)的加熱器組等各種因素。下面將就上述各種因素加以研究與討論。

1.1 燃料本身的特性對(duì)能耗的影響

煤炭本身具有不同的品質(zhì)，高品質(zhì)的煤炭在燃燒的過(guò)程中可以產(chǎn)生更多的熱量，且燃燒效率更高。煤炭深埋在地下，主要由碳、水分以及揮發(fā)分等組成。一般來(lái)收，揮發(fā)分含量越高，煤炭燃燒的越充分，燃燒的效率也越高。而煤炭中含有的水分和雜質(zhì)等含量越高，由于它們都不屬于可燃物質(zhì)，煤炭燃燒的質(zhì)量會(huì)越差。而低品質(zhì)的煤炭中含有較多的雜質(zhì)，如水分、金屬、無(wú)機(jī)物等，這些雜質(zhì)的存在使得煤炭的燃燒效率降低，導(dǎo)致機(jī)組的能耗增加。因此，燃料本身的質(zhì)量會(huì)對(duì)機(jī)組整體能耗造成較大的影響[4]。

1.2 機(jī)組中排煙溫度對(duì)能耗的影響。

煤炭在燃燒過(guò)程中會(huì)形成許多煙氣，但因?yàn)闊焿m的溫度相當(dāng)高，在排出過(guò)程中，會(huì)帶走一些熱能。例如，若某機(jī)組的排煙溫度是300℃，如果下降到200℃之后排出，則節(jié)約下來(lái)的熱量仍能供機(jī)組有效地使用，這部分的功率損失就會(huì)減少約30%。所以，合理降低排煙的溫度，也有利于發(fā)電機(jī)組的能源下降。但是，由于當(dāng)排煙溫度下降時(shí)，會(huì)對(duì)空氣預(yù)熱器造成不良作用，甚至?xí)鹂諝忸A(yù)熱器的銹蝕問(wèn)題，這將會(huì)直接威脅到發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。所以，如何選取恰當(dāng)?shù)呐艧煖囟龋诎l(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)的安全與發(fā)電機(jī)組能源這二者尋找平衡點(diǎn)，就成為十分關(guān)鍵的研究課題。

1.3 冷端系統(tǒng)對(duì)能耗的影響

冷端系統(tǒng)主要由凝結(jié)水系統(tǒng)和逆流熱交換系統(tǒng)所構(gòu)成。由于冷凝器的壓力，直接反映了冷端系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備的性能指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，和機(jī)組內(nèi)部的溫度變化也相關(guān)，這部分的功率損失基本不可控。

1.4 加熱器組對(duì)能耗的影響

在燃煤機(jī)組運(yùn)行中，利用加熱器中的溫度來(lái)控制的端差。加熱器的溫度必須要維持在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響到機(jī)組正常運(yùn)行。因此保持火電機(jī)組溫度處于正常的范圍內(nèi)，同時(shí)端壓差也保持在恒定，這樣就可以有效減少水加熱器的功率損失。

2 影響機(jī)組低負(fù)荷安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行因素

2.1 影響機(jī)組安全運(yùn)行的因素

從燃燒方面考慮，在低電壓時(shí)易引起高壓鍋爐溫度的不穩(wěn)定，燃煤鍋爐的溫度變差時(shí)，熱穩(wěn)定性和抗擾動(dòng)特性也變差，易導(dǎo)致鍋爐的MFT 啟動(dòng)。低溫度時(shí)，脫硝反應(yīng)器的煙溫降低，最低的溫度可能會(huì)降到只有280℃左右，在此低溫下催化劑的活性得不到充分的發(fā)揮。為了能很好地對(duì)煙筒出口氮的氧化物含量進(jìn)行控制，會(huì)提高噴氨量，由此導(dǎo)致空預(yù)器的堵塞問(wèn)題更嚴(yán)重[5]。

2.2 影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的因素

低負(fù)荷運(yùn)行對(duì)機(jī)組燃煤鍋爐的工作溫度、以及其主輔機(jī)的經(jīng)濟(jì)性都有重要影響。首先，在低負(fù)荷時(shí)期，由于燃煤鍋爐中高溫的空氣系數(shù)偏大，將相應(yīng)增加燃煤鍋爐中高溫的排煙能量損失；其次，因?yàn)槭苋蛎禾渴袌?chǎng)環(huán)境影響，目前進(jìn)廠的煤炭質(zhì)量也參差不齊。同時(shí)由于各輔機(jī)均運(yùn)行在極限范圍內(nèi)，不僅降低了輔機(jī)壽命，且造成電耗增加。此外，在機(jī)組低負(fù)荷期間，再熱汽溫度也很低，最低可達(dá)350℃，從而嚴(yán)重地降低了機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。而在深調(diào)峰運(yùn)行時(shí)期，因?yàn)槿紵郎囟炔环€(wěn)，又需要投油穩(wěn)火，所需要使用的燃料總量又較大，因此燃油消耗也很大。當(dāng)給水泵的總流量超過(guò)大于給水泵最小流量閥的開(kāi)啟值時(shí)，給水泵循環(huán)重塑性調(diào)門(mén)就會(huì)在10%～30%的最小開(kāi)度范圍內(nèi)發(fā)生變化，不但造成了給水的前裝泵電流密度增加，供電成本也增加，而且由于調(diào)門(mén)的開(kāi)啟范圍較小，給水會(huì)對(duì)給水泵再循環(huán)調(diào)門(mén)閥體造成沖刷，造成調(diào)門(mén)不嚴(yán)，增加后期維修成本。

3 改善機(jī)組在低負(fù)載安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的能力對(duì)策

3.1 工質(zhì)側(cè)安全運(yùn)行措施

分離器出口過(guò)熱量也是鍋爐安全工作的關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)，經(jīng)過(guò)研究后認(rèn)為，將“機(jī)組負(fù)荷＜400MW 且任一儲(chǔ)水箱水位高＞16.04m 且分離器出口過(guò)熱度＜8℃，鍋爐MFT”，負(fù)荷降低。經(jīng)過(guò)與給水泵廠家的探討，以及經(jīng)過(guò)汽機(jī)專家研究后決定在保證給水泵正常運(yùn)行安全的情況下，對(duì)原給水泵循環(huán)再造門(mén)的邏輯進(jìn)行調(diào)整，在優(yōu)化前給水泵流量等于500t/h 時(shí)循環(huán)再造門(mén)全部開(kāi)啟、等于700t/h 時(shí)循環(huán)再造門(mén)全閉，在調(diào)整后的給水泵流量等于400t/h 時(shí)循環(huán)再造門(mén)全部開(kāi)啟、等于500t/h 時(shí)循環(huán)再造門(mén)全閉，同時(shí)還將原裝泵的給水泵的最小流量跳閘限值由400t/h 改為350t/h，通過(guò)這些邏輯調(diào)整措施，實(shí)現(xiàn)了即使在目前的350MW 的調(diào)峰運(yùn)行區(qū)間內(nèi)，給水泵的再循環(huán)調(diào)門(mén)都不開(kāi)啟，以保證出水流量穩(wěn)定，給水流能力均衡，同時(shí)避免了給水泵的自動(dòng)停機(jī)或高壓鍋爐溫度MFT 的風(fēng)險(xiǎn)下降，這樣可以保證受熱面不超溫。

3.2 汽機(jī)側(cè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行措施

機(jī)組內(nèi)一共有3 臺(tái)凝結(jié)水泵。在機(jī)組正常運(yùn)行的過(guò)程中，其中兩臺(tái)凝結(jié)水泵是處于變頻工作狀態(tài)的，第3 臺(tái)則是處于備用狀態(tài)。為了降低水泵的整體耗能，可以進(jìn)行如下調(diào)整：首先，當(dāng)負(fù)荷不高時(shí)，應(yīng)該盡可能保持只有一臺(tái)水泵處于變頻工作狀態(tài)，另外兩臺(tái)處于準(zhǔn)備狀態(tài)。且3 臺(tái)設(shè)備之間的切換不應(yīng)該過(guò)于頻繁，因?yàn)槊看伍_(kāi)啟設(shè)備都意味著能量的耗用，一般來(lái)說(shuō)運(yùn)行時(shí)間的間隔必須掌握在不少于4h；同時(shí)，在日常運(yùn)行時(shí)二臺(tái)運(yùn)行凝結(jié)水泵的機(jī)器之間必須交叉進(jìn)行自動(dòng)啟停操作，以避免只對(duì)單臺(tái)凝水泵頻繁的自動(dòng)啟停操作；在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)，尤其是冬天，可以將逆流熱交換由全塔配水改為半塔配水，而除在夏季，或當(dāng)機(jī)組負(fù)荷在260MW以下時(shí)，且當(dāng)逆流熱交換供水溫度大于26.5℃，逆流熱交換的運(yùn)行方式也應(yīng)該倒成二機(jī)三泵的運(yùn)行方式，從而減少了整廠用電，在其余情況下，也可以維持單機(jī)單泵的方式運(yùn)行。機(jī)組低負(fù)載時(shí)，當(dāng)冷卻水流入汽輪機(jī)之后低壓缸的蒸發(fā)能力減弱，而凝汽器則繼續(xù)處于最大真空度以下，而此時(shí)冷凝液的過(guò)冷量也相應(yīng)增加。在低負(fù)荷時(shí)候可以停運(yùn)一臺(tái)總電壓在6kV 級(jí)以上的煙氣冷凝水泵機(jī)組這樣就減少了用電率，也就是當(dāng)機(jī)組短時(shí)升高負(fù)荷，排煙溫度上升時(shí)，就能夠利用短時(shí)的低溫節(jié)省煤機(jī)的煙溫，從而滿足煙囪出口溫度上升的需要。配電間設(shè)備安裝后，帶空調(diào)供電系統(tǒng)的額定溫度為均24℃，并依據(jù)變配電間溫度相應(yīng)變化空調(diào)的運(yùn)行方式；變配電間軸流風(fēng)機(jī)則依據(jù)變配電間的溫度進(jìn)行適當(dāng)開(kāi)啟和停機(jī)，并結(jié)合實(shí)際需求適當(dāng)變化運(yùn)行方式以達(dá)到節(jié)電效果。

3.3 管理端安全與節(jié)能措施

3.3.1 優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)的減排增效

毫無(wú)疑問(wèn)，運(yùn)行質(zhì)量對(duì)節(jié)能減排帶來(lái)了非常關(guān)鍵的作用。在燃煤發(fā)電機(jī)組的運(yùn)營(yíng)中，要從生產(chǎn)環(huán)節(jié)來(lái)進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到降低建設(shè)成本同時(shí)保證輸送的電力穩(wěn)定性的目標(biāo)。當(dāng)前，我國(guó)所有火力發(fā)電廠的燃料物質(zhì)的采購(gòu)與使用成本大約占據(jù)了總生產(chǎn)成本的40%以上。且這部分成本屬于前期成本，無(wú)論發(fā)電效率如何這部分成本都是已支出的。因此，如果煤炭的品質(zhì)不過(guò)關(guān)，那么在燃燒的過(guò)程中效率將會(huì)大打折扣，無(wú)法將煤炭能源充分轉(zhuǎn)化為所需要的電能。而要獲得足夠的發(fā)電量，那么就必須要投入更多的原料，這無(wú)疑會(huì)使得生產(chǎn)成本進(jìn)一步上升。因此，想要在生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效就必須要從源頭進(jìn)行把控，即采購(gòu)優(yōu)質(zhì)煤炭，或者在煤炭采購(gòu)回來(lái)后采用相關(guān)技術(shù)進(jìn)行品質(zhì)的提升。

從能源消耗方面來(lái)看，在燃煤發(fā)電機(jī)組中消耗能源最大比例的設(shè)備是高壓鍋爐。如果能夠優(yōu)化鍋爐的燃燒效率，就可以大幅減少對(duì)燃煤能量的耗費(fèi)，可促進(jìn)節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。為此可從以下方面來(lái)進(jìn)行調(diào)整：①提高進(jìn)爐時(shí)的空氣溫度，并保證混入空氣與燃煤的良好比例，以確保在鍋爐溫度內(nèi)實(shí)現(xiàn)完全燃煤化，也可將燃煤研磨成細(xì)粉，以讓其在鍋爐溫度內(nèi)與空氣完全接觸。②采用質(zhì)量上比較先進(jìn)的建筑保溫等形式，以增加在鍋爐高溫附近的空氣溫度，以減少因?yàn)榻ㄖ囟炔钏a(chǎn)生的熱能損失。

3.3.2 建立組織架構(gòu)，開(kāi)展監(jiān)督管理全覆蓋

無(wú)論是如何先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和優(yōu)質(zhì)的煤炭燃料，都必須要在人員的監(jiān)管下才能夠發(fā)揮出最大的效益。從實(shí)際的生產(chǎn)中來(lái)看，很多一線生產(chǎn)人員并不具有充足的節(jié)能減排思維，在工作中對(duì)很多細(xì)節(jié)問(wèn)題視而不見(jiàn)，因此造成了大量的能源損耗。為了改變這一現(xiàn)狀就必須要建立起完善的組織架構(gòu)，對(duì)日常的生產(chǎn)進(jìn)行嚴(yán)密的控制與監(jiān)督。一旦發(fā)現(xiàn)存在生產(chǎn)上的人為因素導(dǎo)致的能源消耗，就必須要及時(shí)介入并督促其進(jìn)行修整。同時(shí)為保證國(guó)家可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的成功實(shí)現(xiàn)，可以在生產(chǎn)基地中成了減排目標(biāo)與節(jié)能科技服務(wù)中心，在政策法規(guī)研究方面比較深入地和全面的開(kāi)展了節(jié)能減排有關(guān)法律法規(guī)的研究，同時(shí)大力推廣節(jié)能減排新科技，對(duì)廢熱火力發(fā)電企業(yè)的相關(guān)節(jié)能減排新科技進(jìn)行調(diào)查摸底研究，對(duì)有關(guān)信息加以搜集和分類研究，為節(jié)能科技的發(fā)展研究方向提供了數(shù)據(jù)支撐。此外，加強(qiáng)各國(guó)間的科技交流與協(xié)作，推動(dòng)節(jié)能減排科學(xué)技術(shù)的開(kāi)發(fā)。

3.3.3 建立健全試驗(yàn)檢測(cè)手段，監(jiān)督管理不間斷

要邀請(qǐng)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)專家到生產(chǎn)基地中進(jìn)行調(diào)研與考察，找出當(dāng)前生產(chǎn)過(guò)程中存在的技術(shù)原因或者管理原因?qū)е碌陌踩┒匆约澳茉磽p耗。并在專家的指導(dǎo)之下進(jìn)行技術(shù)升級(jí)或者管理制度的優(yōu)化。以建立并健全企業(yè)節(jié)能減排的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，企業(yè)還需要健全對(duì)節(jié)能的監(jiān)測(cè)方法，為確保企業(yè)節(jié)能產(chǎn)品的有效使用和推廣，企業(yè)監(jiān)察部門(mén)也要出臺(tái)相應(yīng)要求，除要建立節(jié)能減排的目標(biāo)值之外，還要不定期開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)工作開(kāi)展對(duì)節(jié)能的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，以提高監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。

3.3.4 全面落實(shí)節(jié)能減排管理措施

節(jié)能減排工程是一個(gè)大項(xiàng)目且具有復(fù)雜性，涉及燃煤發(fā)電過(guò)程中從燃料采購(gòu)、燃料存儲(chǔ)、燃料品質(zhì)升級(jí)、生產(chǎn)技藝、人員管理等各個(gè)方面。要想對(duì)這些方面進(jìn)行統(tǒng)籌的管理就必須要借助科學(xué)的管理制度與措施。要對(duì)火電廠的設(shè)備進(jìn)行技術(shù)信息的搜集和總結(jié)、研究找出當(dāng)前存在的不足并制定具有針對(duì)性的解決方案。同時(shí)，還需要關(guān)注世界范圍內(nèi)的先進(jìn)技術(shù)，成立專門(mén)的技術(shù)調(diào)研團(tuán)隊(duì)，以保證第一時(shí)間掌握最新的節(jié)能減排的技術(shù)，使火電廠能夠采用最新的科技、最新的技術(shù)和最新的裝備，進(jìn)行發(fā)電的正常運(yùn)行。除此以外，還要不斷完善節(jié)能減排科技管理的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為工作的開(kāi)展奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，火力發(fā)電在我國(guó)電力生產(chǎn)的領(lǐng)域中占據(jù)著重要的地位，火力發(fā)電的效益以及安全性至關(guān)重要。隨著科技的發(fā)展，新能源發(fā)電業(yè)取得了一定的發(fā)展，但是目前為止新能源發(fā)電的總量尚不足以滿足人們的用電需求。且潮汐能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等發(fā)電形式還受到環(huán)境因素的制約，因此火力發(fā)電依舊是我國(guó)電力生產(chǎn)的主流。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)組處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下時(shí)，要從工藝、技術(shù)、物料來(lái)源、人員管理等方面進(jìn)行管理，切實(shí)降低不必要的能源損耗，以提升火力發(fā)電的效益。