超臨界機組啟停過程節(jié)能及環(huán)保策略

侯劍雄，劉志東

(廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東 珠海 519050)

超臨界機組啟停過程節(jié)能及環(huán)保策略

侯劍雄，劉志東

(廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東 珠海 519050)

為減少火電機組啟停過程中的能耗，降低啟停成本，加快啟動速度以及縮短機組并網(wǎng)后煙囪NOx排放濃度超標(biāo)時間，減少環(huán)保排放考核。通過研究分析及對運行操作經(jīng)驗進行總結(jié)提煉，對機組啟停步驟及主要輔機啟停時機進行改進及調(diào)整，并在實際使用中進行驗證。優(yōu)化后主要輔機的能耗降低，操作更簡便，優(yōu)化后的機組啟停步驟能耗降低，啟動速度加快，大幅減少了并網(wǎng)后煙囪NOx排放濃度的超標(biāo)時間。實踐證明，所采用的機組啟停過程節(jié)能及環(huán)保策略能夠?qū)崿F(xiàn)降低能耗和排放，簡化操作，并保證機組重要設(shè)備的安全。

超臨界；啟停過程；節(jié)能降耗；環(huán)保

0 引言

近年來，隨著火電機組年利用小時數(shù)的逐年降低，機組的啟停次數(shù)逐年增多，啟停成本逐年增高，如何降低啟停過程中的成本越來越被重視。另外，由于機組在啟停過程中不可避免存在煙氣溫度偏低的現(xiàn)象，使脫硝SCR裝置投入噴氨不及時，加上低負荷時鍋爐氧量往往比較高，造成機組在啟停過程中NOx排放濃度嚴(yán)重超標(biāo)。目前的環(huán)保政策要求從機組并網(wǎng)開始對火電機組NOx排放超標(biāo)進行考核。如何減少火電機組啟動過程中的NOx排放超標(biāo)成為必須正視并加以解決的問題。

本文對機組啟停過程節(jié)能優(yōu)化及減少NOx排放的環(huán)保策略進行研究分析，提出解決和優(yōu)化的方法，并在實踐中加以驗證。

1 設(shè)備工藝概況

金灣電廠2臺機組為上海電氣集團生產(chǎn)的600MW超臨界燃煤機組，于2007年投產(chǎn)。鍋爐啟動系統(tǒng)有3路疏水，其中2路(HWL閥)回大氣擴容器，1路(NWL閥)回除氧器。A層燃燒器配有等離子點火裝置，原設(shè)計的輕油系統(tǒng)保留，但AB層改為小油槍，每支流量0.85t/h。循環(huán)水系統(tǒng)進行了擴大單元制改造，2臺機循環(huán)水母管設(shè)有聯(lián)絡(luò)管。凝結(jié)水泵(以下簡稱“凝泵”)電源裝有高壓變頻器。給水系統(tǒng)配置有2臺汽動給水泵(以下簡稱“汽泵”)和1臺電動給水泵(以下簡稱“電泵”)。

煙氣污染物已實現(xiàn)超低排放，其處理工藝流程為：高溫省煤器→SCR→低溫省煤器→干式電除塵器→吸收塔→GGH→濕式電除塵器。干式電除塵器配有4個電場，吸收塔配置5臺漿液循環(huán)泵，濕式電除塵器為1個電場。省煤器進行了分級改造，實現(xiàn)在220MW以上負荷噴氨可投入。

2 機組啟停動過程節(jié)能優(yōu)化

2.1 降低鍋爐啟動給水流量

降低給水流量可有效增加水冷壁出口產(chǎn)汽量，從而降低主汽溫，使過熱器汽溫與汽機調(diào)節(jié)級溫度匹配，避免鍋爐升溫升壓時大量使用減溫水造成氧化皮脫落。還可減少給水泵負荷，鍋爐可以較少的燃料量運行。廠家提供的鍋爐最低啟動給水流量為32%(610t/h)，通過調(diào)研同類型電廠及實際驗證，將鍋爐啟動給水流量降至450～500t/h。降低給水流量時，須進行以下工作：

(1)將鍋爐給水流量低低跳閘值由539.5t/h降至400t/h。發(fā)電機并網(wǎng)后并將給水流量及保護值恢復(fù)至原值。

(2)更改金屬管壁溫升率控制曲線。原鍋爐金屬溫升控制率要求為：并網(wǎng)前≤2℃/min，并網(wǎng)后≤1.85℃/min。降低給水流量后，將允許溫升率適當(dāng)放大。末級過熱器金屬：0～200℃時，溫升率<5℃/min，200～400℃時，溫升率<3℃/min，>450℃時，溫升率<1℃/min；水冷壁及分離器金屬升溫率<1℃/min；主汽壓升壓率<0.05MPa/min。

(3)水冷壁螺旋管與垂直管相鄰壁溫差<5℃。否則保持燃料量不變，或增加給水流量。

實踐表明，降低給水流量后水冷壁螺旋管和垂直管壁溫在啟動過程中總體平穩(wěn)，鍋爐升溫升壓時無需使用減溫水，有效防止氧化皮脫落，是安全的。

2.2 高加隨汽機滑壓啟動

高加汽側(cè)原投入時間選擇在150MW時，此種啟動方法不經(jīng)濟，突出表現(xiàn)在：高加投入時溫差大，對壽命有損害；高加暖管時間長，延長機組啟動時間；給水溫度溫度低。

(1)2號高加抽汽逆止門氣源改造

高加抽汽逆止門需汽機掛閘后才有動力氣源，否則無法操作。通過對逆止門氣源進行簡單改造，加裝一路旁路氣源，可實現(xiàn)在鍋爐點火后即投入2號高加汽側(cè)運行，2號高加隨鍋爐升溫升壓暖管，并提高給水溫度。汽機掛閘后恢復(fù)氣源至正常。

(2)1、3號高加隨汽機滑壓啟動

汽機掛閘后，將1、3號高加抽汽電動閥全開，正常疏水關(guān)閉，危急疏水開啟。高加隨汽機沖轉(zhuǎn)逐漸暖管，負荷到達250MW時，將高加疏水轉(zhuǎn)為正常疏水方式。實踐表明，高加隨汽機滑壓啟動6個優(yōu)點：有效提高給水溫度，降低主汽溫；回收部分工質(zhì)熱量；高加管壁溫升得到科學(xué)控制，延長高加壽命；增加汽機下缸通汽量，間接解決汽機啟動時上下缸溫差大問題；簡化高加操作；縮短整組啟動時間，鍋爐轉(zhuǎn)干態(tài)時間由210MW提前至180MW。

2.3 風(fēng)煙系統(tǒng)單側(cè)啟動

風(fēng)煙系統(tǒng)啟動時一般是兩側(cè)風(fēng)機同時啟動。金灣電廠因鍋爐末過管壁容易生成氧化皮，將升溫升壓速度放慢，且需進行吹管。若汽機是冷態(tài)，從風(fēng)煙系統(tǒng)啟動到帶負荷250MW需耗時12h。實際上，機組啟動過程中單側(cè)風(fēng)組即可滿足啟動要求。優(yōu)化后，鍋爐點火前只啟動單側(cè)風(fēng)組，負荷250MW時再啟動另一側(cè)風(fēng)組。實際效果表明，單側(cè)風(fēng)組運行對鍋爐啟動過程的燃燒、管壁溫度無不良影響。

送、引風(fēng)機、一次風(fēng)機屬大功率輔機，其功率分別為1250、5800、2250kW。單側(cè)風(fēng)組運行比兩側(cè)風(fēng)組運行電流可減少220A，按12h計算，可節(jié)約廠用電26000(kW·h)，具有明顯的經(jīng)濟效益。

2.4 鍋爐啟停節(jié)油

鍋爐使用等離子點火存在點火初期燃燒量階躍過大、溫升過快的問題，易造成鍋爐啟動期間受熱面氧化皮脫落、堵管，并引起脫硝催化劑、空預(yù)器等二次燃燒，對鍋爐安全運行造成影響。因此，點火初期要適當(dāng)投油緩解此類問題。而環(huán)保設(shè)備如吸收塔、SCR、電除塵器則不允許大量用油，且輕油費用昂貴，故鍋爐啟動時的用油要兼顧考慮。

經(jīng)過實踐探索，金灣電廠優(yōu)化后鍋爐啟動時投油過程改為：點火時先逐支投入AB層3支小油槍，緩慢提升爐膛溫度，待末過所有金屬溫度>110℃后再投入A層煤粉，2臺磨煤機運行且總煤量>60t/h后停運油槍(此時發(fā)電機剛并網(wǎng))；鍋爐停運時僅用等離子助燃，不投油槍。

經(jīng)實際觀察，優(yōu)化后鍋爐受熱面溫升率正常，有效防止氧化皮脫落。尾部煙道無積粉和二次燃燒，空氣預(yù)器差壓無上升，環(huán)保設(shè)備無積油積粉。

2.5 循環(huán)水泵的節(jié)能

投產(chǎn)初期，為保證循環(huán)水的安全，在鍋爐點火前即啟動2臺循環(huán)水泵(以下簡稱“循泵”)運行。但在機組啟動過程中，1臺循泵足可滿足凝汽器冷卻的需求。循泵作為主要輔機，功率達2400kW，減少其運行時間能明顯降低廠用電率。

循環(huán)水完成擴大單元制改造后，鍋爐點火前，循環(huán)水母管采取“2+0”運行方式，具體為：在設(shè)備開始試運至鍋爐點火期間，本機循泵保持全停，循環(huán)水由鄰機供。2015年4號機大修后期試運時，通過此運行方式，4號機循泵少運行14d，循泵電流為245A，按此計算可節(jié)電77萬(kW·h)，節(jié)約30萬元費用，節(jié)能效益十分可觀。第2臺循泵的啟動時機視凝汽器真空決定。一般情況下，夏季可在300MW時啟動，冬季可在500MW時啟動。

機組停運降至300MW時，停運第1臺循泵。鍋爐MFT后12h，停運第2臺循泵，本機循環(huán)水由鄰機供。優(yōu)化后第2臺循泵少運行15h，節(jié)約電能3.6萬(kW·h)。

2.6 汽泵替代電泵全程調(diào)節(jié)技術(shù)

電泵在機組啟動時運行時間長，若是冷態(tài)啟動運行時間在18h以上。電泵額定電流800A，汽泵前置泵額定電流63A，按此計算，機組啟動時每臺機組可減少外購電力10萬(kW·h)，降低啟動成本，減少電泵維護費用。汽泵上水減少了電泵/汽泵切換過程，減輕了運行人員操作量和操作風(fēng)險，減小了電泵啟停對其他6kV廠用設(shè)備的沖擊。同時電泵啟停速度快，作為備用可提高給水可靠性。在機組年利用小時數(shù)逐年下降、機組調(diào)停次數(shù)逐漸增多的現(xiàn)狀下，本技術(shù)更具有現(xiàn)實意義。

(1)啟動過程要點

鍋爐上水時，啟動1臺汽泵前置泵；鍋爐變流量沖洗和點火時，啟動第2臺汽泵前置泵，2臺泵并列運行，維持給水流量550t/h；鍋爐升溫升壓過程中，用輔汽沖轉(zhuǎn)1臺小汽機維持給水流量，退出另1臺汽泵前置泵運行；小機中速暖機或通過臨界轉(zhuǎn)速2154r/min時，需定速暖機或快速升速，此時調(diào)整汽泵再循環(huán)閥開度來穩(wěn)定給水流量；鍋爐主汽壓升至4.5MPa時，汽泵轉(zhuǎn)速約2300r/min，將汽泵由轉(zhuǎn)速控制轉(zhuǎn)為給水流量控制；250MW時，并入第2臺汽泵，切換小汽機汽源至#4抽供。

(2)停運過程要點

250MW時，將1臺小汽機汽源切至輔汽供，退出另1臺汽泵；鍋爐MFT后，保持汽泵運行，降低汽泵轉(zhuǎn)速，維持低給水流量加藥保養(yǎng)；給水加藥完畢，打閘汽泵。

2.7 凝泵在機組啟停中的深度節(jié)能

2.8 機組打閘后在運系統(tǒng)的節(jié)能

(1)在運系統(tǒng)的停運時機

鍋爐滅火48h后，可停運軸封真空系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)。此時汽機仍處于熱態(tài)，注意檢查凝汽器疏水?dāng)U容器溫度、低壓缸排汽溫度、汽機上下缸溫差不超溫；軸封真空系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)停運，以及發(fā)電機水、氫、油系統(tǒng)停運后，可停運壓縮空氣系統(tǒng)；機組停運84h后，可停運閉式水系統(tǒng)。此時汽機仍處于熱態(tài)，停后注意控制汽機潤滑油溫<45℃，如油溫高，通過排放閉式水降溫。若環(huán)境氣溫<15℃或更低，閉式水系統(tǒng)停運時間可提前至72h或更早；鍋爐滅火，風(fēng)煙系統(tǒng)停運且風(fēng)門檔板關(guān)閉后，立即停運電除塵所有電場、吸收塔所有漿液循環(huán)泵。

(2)汽機通壓縮空氣強冷時的節(jié)能

通常汽機通壓縮空氣強冷時要求凝保持運行，理由是防止低壓缸排汽溫度過高，需開啟低壓缸排汽噴水閥。通過試驗觀察，低壓缸排汽噴水不開時，排汽溫度最高為50℃，遠低于報警值80℃。因此汽機強冷時可以不啟動凝泵。此項措施可使凝泵少運行2d，節(jié)能的同時縮短凝結(jié)水系統(tǒng)檢修工期。

3 機組啟停動過程環(huán)保對策

3.1 防止SO2和粉塵超標(biāo)

(1)風(fēng)煙系統(tǒng)啟動前，必須投入干式電除塵器第4電場、濕式電除塵電場運行，防止粉塵排放濃度超標(biāo)。

(2)鍋爐點火前，必須投入吸收塔1層漿液循環(huán)泵運行，防止SO2排放濃度超標(biāo)。

2.3.4 手術(shù)切口長度 納入了4個研究，共216例(SuperPATH組87例，傳統(tǒng)入路組129例)，經(jīng)χ2檢驗，研究間有異質(zhì)性 ( I2>50%)，采用隨機效應(yīng)模型進行Meta分析。結(jié)果顯示SuperPATH組手術(shù)切口長度小于傳統(tǒng)入路組，且差異有顯著性意義(WMD=-7.65，95%CI=-8.29～-7.00，P<0.00001)。見圖5。

(3)鍋爐滅火且風(fēng)煙系統(tǒng)停運后，方可停運所有漿液循環(huán)泵和電場運行。

3.2 啟動時減少NOx超標(biāo)

為減少NOx排放超標(biāo)，必須盡可能縮短并網(wǎng)后到220MW脫硝SCR投入噴氨的時間，措施如下：

(1)風(fēng)煙系統(tǒng)啟動后總風(fēng)量控制在32%左右，在保證鍋爐最低風(fēng)量的同時，防止氧量過高導(dǎo)致鍋爐NOx排放濃度過高。

(2)優(yōu)化啟動步驟，縮短并網(wǎng)至SCR投噴氨時間原啟動時并網(wǎng)后在60MW停留，進行低負荷暖機，接著在120MW時停留，投入低加汽側(cè)(走危急疏水)，然后升負荷至150MW，進行廠用電切換，汽機4號抽管道暖管，暖管完畢后投入4號抽供除氧器汽源，同時進行小汽機高、低壓汽源暖管，高加汽側(cè)由危急疏水轉(zhuǎn)正常疏水，1臺汽泵并入給水，啟動第3臺制粉系統(tǒng)等操作。由于150MW時操作多，造成停留時間過長，有時長達3～4h。

啟動步驟做如下優(yōu)化：采用汽泵替代電泵全程調(diào)節(jié)技術(shù)，150MW時無需進行小機汽源切換和給水泵并泵操作；4號抽管道及小機低壓汽源管道隨汽機滑啟暖管；減少負荷停留點。負荷只停留在80、150MW；低加汽側(cè)危急疏水和高加汽側(cè)正常疏水在低負荷時疏水不暢，改為250MW時投入。

采取上述措施后，并網(wǎng)至SCR投入噴氨時間由3～4小時縮短至1.5h，大幅減少NOx排放濃度超標(biāo)時間。同時，機組啟動速度加快，廠用電切換時間提前，顯著減少啟動費用。

3.3 停運時避免NOx超標(biāo)

基本操作思路是，機組負荷在200MW時，快速減負荷至100MW以下，打閘停機，避免鍋爐MFT前噴氨退出。主要操作方法：

(1)減負荷前，通過調(diào)整吹灰頻率使300MW時鍋爐排煙溫度在325～340℃之間。

(2)減負荷至200MW暫停，鍋爐保持A、B磨煤機運行，此時煙溫在305℃左右，噴氨保持投入。

(3)將鍋爐主控切手動控制，機組控制方式由“CCS”轉(zhuǎn)為“TFB”，高壓旁路閥保持關(guān)閉狀態(tài)。

(4)快速退出高、低加汽側(cè)運行，為汽機打閘作準(zhǔn)備。以較快速度降低B給煤機煤量，當(dāng)其煤量減至20t/h時關(guān)閉B給煤機落煤閘板；接著對A給煤機進行同樣操作；

(5)隨著總煤量的減少，機組負荷以較快速度下降，因汽機主控在“自動”狀態(tài)，汽機調(diào)門會自動關(guān)小以維持當(dāng)前主汽壓，主汽壓下降緩慢。由于主汽壓穩(wěn)定，主汽溫亦能基本維持穩(wěn)定，避免汽壓、汽溫下降過快對鍋爐不利。

(6)當(dāng)負荷降至80MW時，鍋爐手動MFT，聯(lián)跳汽機、發(fā)電機。

從實際操作經(jīng)驗來看，快速減負荷過程中因鍋爐存在一定蓄熱，煙溫能保持在300℃以上，發(fā)電機解列前SCR噴氨能保持投入，避免了停機過程中煙囪NOx排放濃度超標(biāo)。

4 結(jié)語

通過對機組整組啟停步驟進行優(yōu)化，對重要輔機啟停時機進行研究調(diào)整，加快了機組啟停速度，明顯降低了啟停費用。隨著火電機組年利用小時數(shù)的逐年降低，機組啟動、停運的次數(shù)逐年增多，本啟停節(jié)能優(yōu)化技術(shù)將能獲得更好的經(jīng)濟效益。

針對環(huán)保政策目前對機組并網(wǎng)后NOx超標(biāo)進行嚴(yán)厲考核的現(xiàn)狀，通過優(yōu)化機組并網(wǎng)后、解列的操作步驟，實現(xiàn)啟動時并網(wǎng)后到投入噴氨時間大幅縮短至1.5h，停機時NOx排放濃度不超標(biāo)，節(jié)約大筆環(huán)保排污費用，加快了機組啟動速度，創(chuàng)造了經(jīng)濟和社會效益。

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Energy saving and environmental protection strategy for starting and stopping process of super critical unit

In order to reduce the energy consumption during the start and stop of the thermal power unit, reduce the startup and shutdown costs, speed up the startup speed and shorten the time of the NOxemission concentration of the chimney after the grid connection, the assessment of environmental emission reduction is reduced. Through the research and analysis and for running the operation experience of summing up, the unit start stop steps and main auxiliary start and stop the opportunity to improve and adjust, and validated in actual use. After optimization of main auxiliary equipment to reduce energy consumption, easy operation, optimization of unit start and stop steps to reduce energy consumption, speed the startup, significantly reducing the grid stack NOxemission concentration exceeding the time. Practice has proved that the energy saving and environmental protection strategy adopted by the unit start and stop process can reduce energy consumption and emissions, simplify operation, and ensure the safety of the important equipment of the unit.

supercritical; start and stop process; energy saving and consumption reduction; environmental protection

TK227.7

B

1674-8069(2017)03-052-04

2016-11-20；

2016-12-19

侯劍雄(1975-)，男，廣東韶關(guān)人,高級工程師,從事火電廠生產(chǎn)技術(shù)與管理工作。E-mail:houjianxiong@gdyd.com