火電廠機(jī)組深度調(diào)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(diào)峰的工作過程中會(huì)發(fā)生穩(wěn)燃難、燃料耗費(fèi)過多的狀況，而怎樣實(shí)現(xiàn)既安全平穩(wěn)調(diào)峰，又能減少能源消耗，是發(fā)電廠組正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵問題。通過統(tǒng)籌優(yōu)化發(fā)電廠組啟動(dòng)過程，工作時(shí)間可以減少2小時(shí)，調(diào)峰流程中充分發(fā)揮了純氧的點(diǎn)火優(yōu)勢，保證燃燒平穩(wěn)，大大減少了燃料消耗。經(jīng)實(shí)踐證明，通過采取各種安全措施，已實(shí)現(xiàn)機(jī)組的平穩(wěn)調(diào)峰，且比鍋爐啟動(dòng)時(shí)用油節(jié)約了70%左右，節(jié)約環(huán)保效益良好。

關(guān)鍵詞：火電廠機(jī)組;深度調(diào)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(kuò)大，尤其可再生能源發(fā)展迅速，使得供電峰值和低谷負(fù)荷的峰谷差有時(shí)最多甚至達(dá)到了一倍多，給全國供電的有效調(diào)節(jié)帶來很大的障礙。在遵照國家我國節(jié)約調(diào)度管理的基本原則下，全國供電調(diào)峰運(yùn)營的主力，即承擔(dān)了很大的調(diào)峰運(yùn)營壓力?；痣娖髽I(yè)為提高市場競爭力，要面對發(fā)電機(jī)組的深入調(diào)峰運(yùn)行速度與負(fù)載相應(yīng)速率變化而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益、安全和環(huán)境保護(hù)等重大技術(shù)問題，所以，對火電機(jī)組靈活性改進(jìn)是當(dāng)前電源供應(yīng)側(cè)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(shí)，經(jīng)過不斷地探討、摸索，同時(shí)總結(jié)出一種利用大型燃煤發(fā)電機(jī)組深入調(diào)峰運(yùn)營的成功經(jīng)驗(yàn)。

1現(xiàn)階段我國火電機(jī)組控制情況

目前，我國發(fā)電機(jī)控制采用分散控制系統(tǒng)，大型發(fā)電機(jī)將配備協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。為了最大限度地確保發(fā)電機(jī)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，有效提高發(fā)電機(jī)的靈活性和深度調(diào)節(jié)能力，需要更新和修改發(fā)電機(jī)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。在深度調(diào)整工作中，指標(biāo)和參數(shù)是影響發(fā)電機(jī)供電質(zhì)量的主要因素。發(fā)電機(jī)組熱凈滯后和高溫慣性特性影響發(fā)電機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)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(diào)控制系統(tǒng)，既不能滿足發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)中的控制算法和策略，也不能達(dá)到預(yù)期效果。目前，中國DCS制造商在軟件設(shè)計(jì)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(shí)上，這些早期的國際技術(shù)和方法未能在中國電力改革的當(dāng)前背景下滿足發(fā)展需要，導(dǎo)致了實(shí)地的開發(fā)和實(shí)施。為此，發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)現(xiàn)階段只能滿足小規(guī)模低負(fù)荷變化的調(diào)節(jié)要求。但是，對于大規(guī)模、高速負(fù)荷變化的調(diào)節(jié)，特別是深度調(diào)節(jié)，當(dāng)前的控制系統(tǒng)不能有效保證發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)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(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀

隨著我們國家額的電網(wǎng)峰谷差逐漸擴(kuò)大，原有電力結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出的適應(yīng)性問題受到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)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(diào)峰形勢十分嚴(yán)峻。為了可以更好的解決現(xiàn)階段額的調(diào)峰問題，華中電網(wǎng)提出通過建完善的電力系統(tǒng)來達(dá)到最終的目的。目前東中部電網(wǎng)提出了建立風(fēng)抽水電形式的調(diào)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(gè)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(xiàng)目出現(xiàn)在了人們視野當(dāng)中，但是新型電力生產(chǎn)為電網(wǎng)的調(diào)峰問題帶來了新的挑戰(zhàn)。為了可以進(jìn)一步解決這個(gè)問題，各個(gè)國家都做出了積極的應(yīng)對。例如日本的東京電力公司在實(shí)際的建設(shè)過程當(dāng)中應(yīng)用了超臨界壓力35萬千瓦的機(jī)組。法國作為一個(gè)核電大國，通過優(yōu)化電站結(jié)構(gòu)，建立抽水蓄能電站來解決調(diào)峰問題。

3影響火電機(jī)組深度調(diào)峰的主要因素

3.1煤質(zhì)特性的影響

就火力發(fā)電來說，其機(jī)組在進(jìn)行深度調(diào)峰的過程當(dāng)中，所具有的最低負(fù)荷往往是鍋爐的最低穩(wěn)燃負(fù)荷所決定的。而鍋爐的最低穩(wěn)燃負(fù)荷在實(shí)際的工作過程當(dāng)中往往又是由煤質(zhì)特性所決定的。基于現(xiàn)階段我們國家的能源動(dòng)力基本來源于劣質(zhì)煤。并且因?yàn)榻鼛啄甑慕?jīng)濟(jì)市場較為復(fù)雜，煤價(jià)變動(dòng)較大，所以也使得電廠在實(shí)際的生產(chǎn)過程當(dāng)中，煤質(zhì)特性波動(dòng)問題也十分嚴(yán)重。出于對最低穩(wěn)燃負(fù)荷考慮，在實(shí)際的應(yīng)用過程當(dāng)中應(yīng)該進(jìn)一步控制煤的質(zhì)量。

3.2水動(dòng)力工況的安全性

當(dāng)電力系統(tǒng)當(dāng)中的火力發(fā)電機(jī)組參與到實(shí)際的調(diào)峰過程當(dāng)中，這個(gè)時(shí)候鍋爐的運(yùn)行會(huì)處于飛符低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。而低負(fù)荷的運(yùn)行會(huì)使?fàn)t內(nèi)的火焰充滿程度逐漸下降，這也就是低負(fù)荷下鍋爐膛受熱不均的主要原因。而當(dāng)鍋爐膛的受熱不均勻的時(shí)，水冷壁當(dāng)中的各個(gè)循環(huán)管路的水流量分配也會(huì)不均勻。最終將會(huì)導(dǎo)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(dāng)中的一個(gè)重要組成部分，其在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中的應(yīng)用作用是為鍋爐輸送干燥的煤粉。在這個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中，因?yàn)槊嘿|(zhì)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(yùn)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(huì)造成漏煤。不僅會(huì)導(dǎo)致磨煤機(jī)電耗增加，也會(huì)影響到機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3.4汽輪機(jī)末級葉片的安全性

整個(gè)火電機(jī)組在實(shí)的低負(fù)荷運(yùn)行過程當(dāng)中，因?yàn)檎舻牧髁繉?huì)進(jìn)一步降低，所以動(dòng)葉片根部會(huì)出現(xiàn)汽流脫離的問題，最終將會(huì)形成水蝕。水蝕是一種將會(huì)對葉片氣動(dòng)性造成影響的現(xiàn)象，最終將會(huì)是汽輪機(jī)產(chǎn)生應(yīng)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(gè)機(jī)組安全性出現(xiàn)問題。

4火電機(jī)組靈活性改造目標(biāo)及效果

在確保機(jī)組以低負(fù)載安全平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下，通過選用切實(shí)可行、高性價(jià)比的技術(shù)改進(jìn)方法，對鍋爐、汽輪機(jī)、輔機(jī)、供電、控制等幾個(gè)方面進(jìn)行了優(yōu)化，以達(dá)到發(fā)電機(jī)組的深度調(diào)峰目標(biāo)。

（一）改造目標(biāo)

1、進(jìn)行相應(yīng)的低負(fù)載精細(xì)化運(yùn)行調(diào)整試驗(yàn)和不投油穩(wěn)燃測試，達(dá)到將鍋爐運(yùn)行的不投油最低穩(wěn)燃負(fù)載下降至百分之二十五到百分之三十的額定重量負(fù)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(jī)組供電工況最小電力負(fù)荷至99MW。

3、通過改善機(jī)組中深度調(diào)峰負(fù)荷的控制回路適應(yīng)性和機(jī)組協(xié)調(diào)控制特性，以實(shí)現(xiàn)機(jī)組在百分之三十負(fù)荷以上均可投入?yún)f(xié)調(diào)工作。

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

（二）主要改造效果

1、在低負(fù)載下的精密化運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)，一般涉及對磨煤炭機(jī)械入口風(fēng)力標(biāo)定和一次風(fēng)速測量、煤粉鍋爐的細(xì)化性能摸底和調(diào)節(jié)、磨煤機(jī)投運(yùn)方向調(diào)節(jié)，及不投油穩(wěn)燃測試。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)后，達(dá)到了發(fā)電機(jī)組在同時(shí)投運(yùn)二臺磨煤機(jī)，燃用最常見煤質(zhì)的條件，達(dá)到百分之二十五額定重量負(fù)荷（83MW）而不投用油的穩(wěn)定燃燒。經(jīng)核算可得，在83MW負(fù)載下投運(yùn)二臺磨煤機(jī)時(shí)的高壓鍋爐，加熱效率為92.95%[1]。

5深度調(diào)峰過程中的危險(xiǎn)點(diǎn)分析與防范方法措施

（一）鍋爐滅火

深度調(diào)峰運(yùn)行過程中由于燃?xì)獾臏囟戎鸩浇档停约板亙?nèi)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(diào)峰運(yùn)行期間燃燒調(diào)節(jié)的建議：

1、低負(fù)荷時(shí)要求煤質(zhì)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(fù)荷時(shí)一次平均風(fēng)壓宜保持在8kPa以下，總氧量保持在百分之三點(diǎn)五到百分之四點(diǎn)零，但切勿過大，以防減弱燃燒;

3、低負(fù)載時(shí)磨煤機(jī)很容易產(chǎn)生震蕩，所以應(yīng)該保證較小的磨風(fēng)速，使磨出口風(fēng)壓限制在2kPa以下;

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

（二）給水流量波動(dòng)

1、在深度調(diào)峰過程中，如果機(jī)組負(fù)載低于250MW時(shí)需要對小型機(jī)汽源切換，切汽源的過程盡量在負(fù)載最高時(shí)刻完成，而切換汽源時(shí)從輔汽至小型機(jī)電動(dòng)門須采用間斷開啟方法完成，并密切注意檢查小型機(jī)的進(jìn)汽調(diào)門動(dòng)態(tài)正常，小型機(jī)速度、流量保持平衡，避免因輔汽、四抽在轉(zhuǎn)換過程中串汽，形成因小型機(jī)不出力而引起的給水流速過低保護(hù)動(dòng)作;

2、在深度調(diào)峰工作過程中，當(dāng)給水泵流速靠近給水泵很小流量閥的啟動(dòng)值時(shí)應(yīng)密切觀察小流量閥門動(dòng)作狀況，當(dāng)給水泵流速靠近給水泵小流量閥門的啟動(dòng)值時(shí)應(yīng)當(dāng)密切觀察，在必要時(shí)可提早啟動(dòng)給水泵小流量閥門至固定開度，已實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定給水方式的目的。

6鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)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(jī)組低負(fù)荷穩(wěn)定燃燒提供質(zhì)量保證的煤炭品種。各種煤的分布是漸進(jìn)的，必須確保煤的分布盡可能接近實(shí)際價(jià)值，以確保煤的質(zhì)量和燃燒安全。煤炭質(zhì)量差時(shí)，應(yīng)根據(jù)峰值調(diào)節(jié)時(shí)間提前準(zhǔn)備煤炭，以保證峰值調(diào)節(jié)時(shí)燃燒的穩(wěn)定性。

（2）優(yōu)化調(diào)整煤粉細(xì)度

MPSL70HP-II中速平板磨機(jī)用于煤磨機(jī)，粉碎煤的設(shè)計(jì)細(xì)度R90為35%，出口分離器擋板為40%。選煤廠正常運(yùn)行中，出口分離器擋板保持在30%～40%，碎煤細(xì)度R90約為30%。機(jī)組在低負(fù)荷下達(dá)到峰值時(shí)，根據(jù)鍋爐燃燒和火災(zāi)檢測，在煤磨機(jī)出口適當(dāng)降低分離器擋板。負(fù)荷減少到264Mw時(shí)，煤磨分離器的出口擋板調(diào)整為30%。此時(shí)，碎煤細(xì)度R90達(dá)到23%，碎煤精細(xì)，燃燒良好，火焰檢測穩(wěn)定。

（3）優(yōu)化配風(fēng)

深度調(diào)峰期間注意分級風(fēng)箱壓力、燃燒器風(fēng)箱壓力的監(jiān)控，風(fēng)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(jī)出力較低，著火煤粉濃度不夠，退出D磨煤機(jī)容量風(fēng)門自動(dòng)，手動(dòng)關(guān)小D磨煤機(jī)容量風(fēng)門，保持B、C、F磨煤機(jī)容量風(fēng)門開度大于40%，確保煤粉著火濃度;其次，保證磨煤機(jī)進(jìn)口一次風(fēng)壓大于2.0KPa，防止堵磨、堵管。

7保證機(jī)組穩(wěn)定的相關(guān)措施

（1）將機(jī)組運(yùn)行方式切TF定壓控制，負(fù)壓自動(dòng)控制，給水自動(dòng)控制，風(fēng)量自動(dòng)控制，一次風(fēng)壓自動(dòng)控制，給水自動(dòng)控制，燃料主控自動(dòng)控制，鍋爐主控手動(dòng)控制，加減鍋爐負(fù)荷：采用輸入數(shù)值進(jìn)行，若采用加減箭頭，每加減一次變化7MW，對鍋爐的熱負(fù)荷控制擾動(dòng)較大。

（2）凝結(jié)水流量控制，在深度調(diào)峰期間負(fù)荷較低，為保證凝結(jié)水流量大于凝結(jié)水泵的最低允許流量500t/h，防止凝結(jié)水泵汽蝕，提前開大凝雜水用戶或再循環(huán)調(diào)門。對低負(fù)荷運(yùn)行期間小汽機(jī)用汽安全制定了詳盡的技術(shù)措施，還針對汽泵給水流量下限設(shè)定值降低至500t/h，防止因深度調(diào)峰期間給水流量過量，使貯水箱見水，鍋爐由干態(tài)轉(zhuǎn)濕態(tài)運(yùn)行，增加了調(diào)整難度，從而達(dá)到了節(jié)能降耗目標(biāo)，機(jī)組深度調(diào)峰期間給水實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。

（3）熱一次風(fēng)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(dòng)力的穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)傳熱惡化。在給水泵在切換時(shí)，操作員要通過加減汽泵或電泵的轉(zhuǎn)速，逐漸實(shí)現(xiàn)給水流量的轉(zhuǎn)移，過程中由于給水泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥的參與調(diào)節(jié)，不可避免地會(huì)造成給水流量的波動(dòng)。尤其是退出給水泵的再循環(huán)調(diào)節(jié)閥如果超馳動(dòng)作，在很短時(shí)間內(nèi)突然全開，對給水流量的擾動(dòng)非常大。另外，操作員的操作手法不當(dāng)，過快過猛，也是造成給水流量大幅波動(dòng)的重要原因。

（5）機(jī)組負(fù)荷減至264MW后，機(jī)組負(fù)荷難以維持計(jì)劃負(fù)荷，需要利用鍋爐主控進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)入TF控制模式，調(diào)整鍋爐主控盡量每次調(diào)整1MW，因?yàn)檎{(diào)整鍋爐主控后機(jī)組負(fù)荷有滯后性，調(diào)整后至少觀察2-3min。一般由鍋爐主控手動(dòng)加減負(fù)荷，負(fù)荷降至230MW，氧量自動(dòng)退出;汽泵再循環(huán)調(diào)整門退自動(dòng)，手動(dòng)緩慢開啟，當(dāng)汽泵轉(zhuǎn)速低于3050r/min時(shí)必須手動(dòng)逐步開大至40%，增加汽泵出力確保汽泵不發(fā)生保護(hù)動(dòng)作（再循環(huán)門開度≤40%且給水流量≤449T保護(hù)動(dòng)作）。

（6）低負(fù)荷脫硝系統(tǒng)優(yōu)化。為了確保深度調(diào)節(jié)時(shí)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(xiàn)，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)確定，制粉系統(tǒng)的最佳燃煤方式是三個(gè)斗扎煤和一個(gè)斗輔煤，以保持合理的總?cè)剂狭浚@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(gè)煤粉噴頭的開啟，并對二級防風(fēng)板施加分級風(fēng)，以減少NOx的產(chǎn)生。

結(jié)語：綜上所述，火電機(jī)組經(jīng)過上述改革，基本達(dá)到了發(fā)電機(jī)組的深水調(diào)峰運(yùn)行能力、高自動(dòng)控制水平、低負(fù)載及經(jīng)濟(jì)性改善的綜合改革目標(biāo)，有效確保了發(fā)電機(jī)組能夠在國家電網(wǎng)深水調(diào)峰調(diào)度模式下安全平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，并顯著增強(qiáng)了發(fā)電機(jī)組在當(dāng)前發(fā)電形勢下的市場競爭能力。該試驗(yàn)項(xiàng)目的順利開展，對于中國其他同類型機(jī)組具有很好的試驗(yàn)示范和借鑒意義;不過，對于中國大功率超臨界機(jī)組怎樣保障在深度調(diào)峰時(shí)期的安全、平穩(wěn)、有效經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，仍需進(jìn)一步總結(jié)，以實(shí)現(xiàn)精細(xì)化調(diào)度的目的。

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