超超臨界機組啟停節能的實踐及效果

黃 寅,張 峰,張志挺,李來春

(華能玉環電廠,浙江 玉環 317604)

1 引言

華能玉環電廠目前擁有4臺1GW超超臨界機組,1號機組于2006年11月28日投產,2號機組于同年12月30日投產;3、4號臺機組均于2007年11月投產。由于1 GW超超臨界機組系統復雜,每次啟動和停運耗能很大,加之電廠處于浙江省大麥嶼,用電需求變化大,臺風等季節性自然災害多,機組啟停十分頻繁。僅2009年4臺機組就啟停了17臺次。華能玉環電廠作為“國內技術水平較高,經濟效益較好,單位千瓦用人較少”的大型國有發電企業,積極響應國家節能減排政策,認真履行社會責任,自機組投產后,不斷提升企業管理水平,進一步提高節能減排的科技含量和管理能力,對機組啟停節能創新管理進行了探索和實踐。

2 啟停節能創新管理的主要措施

2.1 合理安排啟動過程縮短啟動時間

原先啟動機組時,由于汽輪機暖閥時機掌握不好、鍋爐汽溫控制難與汽輪機匹配等原因,造成機組啟動時間較長。現規定滿足啟動條件時讓汽輪機在第一時間暖閥,即冷態時爐側過熱汽溫高于汽輪機主汽閥內壁溫100℃時開始暖閥;溫熱態時爐側過熱汽溫高于汽輪機主汽閥內壁溫20℃開始暖閥。同時,還規定了各種工況、各種參數下啟動時鍋爐煤量、給水量的控制策略,盡量增大爐水泵循環流量,減少熱排放。通過對煤量、給水量匹配優化后,過熱器及再熱器減溫水量得到大幅度減少,使鍋爐汽溫得到了有效的控制。

通過以上措施,大大縮短了機組啟動時間。據統計,機組每次啟動時間比改進前縮短了3 h,可多發電量210萬kW·h。

2.2 啟動初期采用單側風機運行

原先啟動機組時,鍋爐吹掃、點火、升參數、汽機沖轉、并網前,均采用兩側送、引風機運行的方式,送風機電流為85 A,引風機電流為180 A。改進后的啟動方式采用一側送、引風機先運行,并網前再啟動另一側送、引風機并入運行。

采用單側風機運行方式后,在保證相同送風量的情況下,送風機電流為100 A,引風機電流為210 A,風機電流比改進前總共降低220 A,有效地提高了鍋爐運行的安全性和穩定性。

機組調停后啟動,從鍋爐點火到機組并網約8 h,每次啟動可節約廠用電1.79萬kW·h;機組計劃檢修后啟動,由于在并網前需要完成相關試驗,從鍋爐點火到機組并網,每次約45 h,每次啟動可節約廠用電10.07萬kW·h。

2.3 采用汽泵向鍋爐上水減少電泵運行時間

原先啟動機組時,電泵向鍋爐上水,直到機組負荷升到200 MW才停運,造成廠用電消耗很大。通過優化運行方式后,將電泵僅僅作為給水管道、高加等注水升壓用,一旦壓力升至一定數值后,即并入汽泵,停運電泵,由汽泵來完成冷態沖洗、熱態沖洗、鍋爐升溫升壓、暖機、沖轉、并網、升負荷等一系列啟動過程。

采用廉價的輔汽消耗取代高昂的廠用電消耗,這一措施操作性強,節電效果明顯。機組調停后每次啟動早停運電泵16 h,可以節約廠用電約5.46萬kW·h;計劃檢修后機組每次啟動早停運電泵53 h,可以節約廠用電約18.09萬kW·h。

2.4 停機時不啟動電泵只控制汽水分離器壓力

原先機組停機時,當負荷降至498 MW時,將一臺小機汽源由四抽切至輔汽,停用另一臺汽動給水泵,啟動電動給水泵作熱備用,通過調節電動給水泵的勺管和出口再循環調門,保持電泵出口流量大于210 t/h。在此過程中,電動給水泵始終處于旋轉備用的運行狀態,消耗了大量的廠用電。

通過優化運行方式,在機組負荷下降的過程中,通過汽機調門控制汽水分離器壓力,保持汽泵連續可調運行,由汽泵完成停機過程。機組調停后每次停機少運行電泵4 h,可以節約廠用電約1.37萬kW·h。計劃檢修滑參數停機少運行電泵10 h,可以節約廠用電約3.43萬kW·h。

2.5 啟動時及時投運疏水回收系統

原先機組啟停時疏水回收率低、除鹽水浪費嚴重,針對這些問題,檢修時在啟動疏水回收系統接入臨時管,利用機組啟動時的疏水,對管路進行沖洗和對系統內的變頻器、水泵、閥門等設備進行調試,確保機組每次啟動過程中,在疏水水質合格后再投用啟動疏水回收系統,并將鍋爐疏水回收至凝汽器再利用,用以減少除鹽水用量,減緩海淡制水的壓力。采用這一措施后,機組每次啟動或停運,可以節水2000 t。

2.6 合理安排提高等離子系統投用率

原先機組啟動時利用油槍點火,油槍投運時間大于7 h,機組啟動消耗燃油大于80 t。通過停運前將A原煤倉燒空或置換適用煤種;停運時檢查等離子系統可靠備用;點火前更換運行時間較長的陰極頭,合理調整火檢冷卻風壓、載體風壓和冷卻水壓;投入暖風器,啟動磨煤機暖磨吹掃,當磨煤機出口溫度達到一定數值后,啟動給煤機,保持較低給煤量運行,調節磨煤機熱風旁路門開度,確保磨煤機出口溫度在合格范圍;調節A磨煤機入口一次風量維持磨煤機出口一次風管風速合格,觀察等離子燃燒器的燃燒情況;根據火焰燃燒情況對一/二次風、等離子發生器電流進行調整;當A磨各燃燒器穩定燃燒10 min后,適當增加A磨煤機出力,使燃燒狀況達到最佳。在等離子工作方式時,對A磨煤機煤量最高限進行嚴格控制,若要再增加機組燃料量需啟動第二套制粉系統。

通過以上措施,可以保證和提高等離子系統投用率,機組每次啟動可以節約燃油70 t。

2.7 鍋爐起壓后投入2號高加提高補給水溫度

原先機組啟動時,2號高加均在機組負荷大于150MW時投運,鍋爐補給水僅通過除氧器加熱,輔汽消耗量大且鍋爐補給水溫度低,鍋爐補給水溫與爐水循環泵出口溫差較大,而且燃料消耗多。

優化運行方式后,鍋爐起壓高旁開度大于5%,冷再有蒸汽后,及時投入2號高加,不僅可以降低除氧器加熱壓力和輔汽消耗,還能提高鍋爐補給水溫度,減少旁路向凝汽器排放蒸汽。采用這一措施后,可縮短鍋爐升溫、升壓時間30min,按冷態啟動燃料量控制在50～65 t/h計算,可節約標煤30 t;提前并網30min,可多發電量35萬kW·h。

2.8 嚴格控制給水流量使WDC閥零排放

原先機組啟動時,鍋爐汽水分離器水位,由于燃燒、機組負荷的頻繁擾動而跟隨波動,使WDC閥經常處于排放狀態,這種運行方式不但對主汽壓力擾動大,而且熱量外排造成燃料消耗增多,加大運行人員的調節強度。

優化運行方式后,嚴格控制給水流量在規定范圍內,當蒸發量大于5%時,依靠爐水泵進行爐水循環,實現WDC閥零排放,鍋爐熱量得以完全利用。主汽壓力波動減小后,主汽溫度穩定,燃料量減少,有利于調節鍋爐給水和分離器水位。采用這一措施后,啟動過程減溫水可以投入自動運行,機組調停后每次啟動可節約標煤約15 t,計劃檢修后每次啟動可節約原煤約120 t。

2.9 停機過程中合理提前停運輔機

在停機過程中,負荷在500 MW以下運行時,根據機組真空情況,及時調整循泵和真空泵的運行方式。即保留1臺循泵運行,停運1臺循泵,機組調停后每次可節省廠用電1.6萬kW·h;計劃檢修前滑參數停運每次可節約廠用電4.8萬kW·h。

倘若保留1臺真空泵運行,停運1臺真空泵,機組調停后每次可節省廠用電0.02萬kW·h,計劃檢修前滑參數停運時每次可節約廠用電0.06萬kW·h;負荷在450 MW以下運行時,從制粉和風煙系統出發,及時投入A磨煤機等離子助燃,取代投入油槍參與燃燒調整的運行方式,同時停運一側送、引風機運行,機組調停后每次可節省廠用電2.5萬kW·h,計劃檢修滑參數停運每次可節約廠用電7.5萬kW·h。

在采用滑參數方式停機過程中,剩余兩套制粉系統運行時,停運1臺一次風機,每次停機可節省廠用電0.3萬kW·h。

2.10 停機后由鄰機循環水提供開冷水

機組正常運行時開冷水通過閉式熱交換器冷卻閉冷水,由于機組處于停運狀態,閉冷水用戶相應減少,因此對于開冷水的要求也有所降低(包括溫度和流量)。優化運行方式后,可以通過保持機組間循環水聯絡門小開度開啟,由鄰機循環水提供開冷水,實現提前停運循泵。

機組在真空系統、軸封系統停運,低壓缸排汽溫度小于一定數值后,將停運機組側循環水聯絡門保持全開,運行機組側閥門關至小開度,全停停運機組的循泵,并立即將停運機組的凝汽器循環水進出口門關閉,用運行機組的循環水來供停運機組的開冷水,同時加強對停運機組閉冷器冷卻水母管壓力的監視。采用這一措施后,早停運循環水泵1天,可以節約廠用電11萬kW·h。

2.11 停運后及時降低凝泵變頻器輸出

機組正常運行時,為了達到節電的目的,采取1臺凝泵變頻運行,1臺凝泵工頻備用的運行方式。機組停運后,凝泵在滿足除氧器上水、高壓疏水擴容器噴水、低壓缸噴水、旁路減溫水、給水泵密封水等用戶要求的基礎上,及時降低凝泵變頻器輸出,降低凝泵出口壓力,從而達到降低凝泵電流,充分發揮變頻器的節能作用。每次停機后將凝泵出口壓力由控制切至手動,突破自動方式下最低壓力限制,將壓力降至更低,使凝泵電流由73 A降至43 A。停機后一般需要讓凝泵運行15 h,采用這一措施后,可節電0.5萬kW·h。

2.12 停運后提前停運凝泵由凝疏泵供凝雜水

當真空系統、軸封系統、給水系統停運,除氧器水溫降到一定程度,確認凝雜水用戶中對凝水壓力要求較高的用戶都已停運時停運凝泵,關閉凝泵再循環門,開啟凝疏泵至凝結水管道上水門,由凝輸泵供凝雜水用戶(如高壓疏水擴容器減溫水、高低壓疏水立管減溫水等),實現提前停運凝泵,每次停機可節約廠用電約1萬kW·h。

3 啟停節能創新管理的實施效果

3.1 經濟效益顯著

通過對機組運行方式的優化,在無技改項目的情況下,機組啟停過程節能效果明顯。

經過改造機組調停后每次啟動可節約廠用電7.25萬kW·h,燃油70 t,除鹽水2000 t,標煤45 t,多發電量210萬kW·h;每次計劃檢修后啟動機組可節約廠用電28.16萬kW·h,燃油70 t,除鹽水2000 t、標煤150 t,多發電210萬kW·h;每次調停停機可節約廠用電18.29萬kW·h、除鹽水2000 t;每次計劃檢修前滑參數停機可節約廠用電43.25萬kW·h、除鹽水2000 t。按照廠用電397.01元/(MW·h)、燃油5954元/t,除鹽水6元/t,燃煤681.85元/t計算,2009年機組17臺次啟動和17臺次停運(其中計劃檢修機組啟停3次),共取得經濟效益2467.3萬元。

由于機組啟停過程中,循泵、凝泵、送風機、引風機、一次風機等重要輔機運行時間的縮短,將帶來重要輔機使用壽命的提高、檢修周期的延長、維修費用的減少等諸多益處。

3.2 社會效益良好

作為一個具有社會責任感的企業,將節約資源和保護環境的基本國策落到實處,為建設低投入、高產出,低消耗、少排放,能循環、可持續的國民經濟體系和資源節約型、環境友好型社會做出貢獻。2008年1月,華能玉環電廠被華能集團命名為“節約環保型示范燃煤電廠”,2009年9月,華能玉環電廠作為唯一的火電工程項目,榮獲建國60周年“百項經典暨精品工程”稱號。

4 結語

華能玉環電廠對1GW超超臨界燃煤發電機組啟停節能創新管理的探索和實踐,符合國家建設資源節約型、環境友好型企業的要求。機組投產后取得了良好的經濟效益和社會效益,促進了企業核心競爭力的提升。該項目獲得“2010年度華能集團科學技術進步獎一等獎”、“2010年度中電聯全國電力行業企業管理創新成果獎二等獎”。

華能玉環電廠在1GW超超臨界機組啟停節能創新管理中采用的優化運行方式和一系列技術措施,將對后續1 GW超超臨界燃煤發電機組的高效運營提供經驗與參考。