參觀美國電廠之所感——電廠安全運行要講效率、講成本、講利潤

文／中國電器工業協會 姚金龍

前不久，有機會和東南大學能源學院司風琪教授一起在美國里海大學能源研究中心卡洛斯副主任、姚政研究員陪同下參觀了PPL（賓州電力公司）下屬的MONTOUR電廠。

PPL公司是美國一個獨立發電公司，近500萬用戶，總資產328.37億美元，實際上擁有的機組分布在美國三個州和英國本土。2010 年的全年發電量900.84 億千瓦時，總收入85.21 億美元，利潤9.38 億美元。

Montour電廠位于美國賓夕法尼亞州，距離里海大學所在的伯利恒市約112英里。電廠于1969年開始建設，1972年1號機組投產，1973年2號機組投產，容量為2臺768MW超臨界機組。鍋爐為美國燃燒工程公司（CE）生產（現為阿爾斯通），汽輪機、發電機為美國通用電氣公司（GE）生產。電廠裝有脫硫、脫硝裝置。脫硫后副產品為石膏，附近建有石膏板生產企業，解決了150 人的就業問題。該電廠有員工280 人，年均負荷在80%左右。

這次參觀的重點是該電廠為了適應煤質的多變而投入使用的“激光煤質在線檢測裝置”。

煤質好壞對鍋爐燃燒起到決定性作用，一般鍋爐設計時都要求電廠提出設計煤種和校核煤種，不同的煤種設計出的鍋爐也是不一樣的。但電廠建成后，供應的煤往往保證不了設計時的煤種，出現各種各樣的煤，這種情況在中國的電廠是很普遍的。目前美國一些電廠也面臨出現煤質多樣化的情況。

煤的成分和煤的特性是電力生產過程的重要參數，對指導鍋爐燃燒有著重要作用。目前，傳統的方法都是采用人工采樣，需經過混樣、縮分、制樣、化驗分析等步驟，才能得到一份工業分析報告，使得煤己經進爐燃燒了很長時間才出分析結果，嚴重滯后于生產的需要。在煤質低劣、波動大的情況下，不僅鍋爐運行效率低，而且易于發生結焦、停機、熄火等事故，嚴重影響了火力發電廠的安全經濟運行。

另外電廠入場煤的檢驗中，經常發生摻混劣質煤、煤矸石等現象。傳統的采制取樣分析方法難以有效的發現，給電廠經濟和運行帶來了很大的影響。

為了克服煤質變化對鍋爐運行帶來的負面影響，Montour 電廠采用“激光煤質在線檢測裝置”( LIBS )。當我們進入輸煤系統后，就看到在進入磨煤機之前的皮帶輸送機上面安裝著一個采用激光作為激光源的激光探頭，它按程序要求定期向皮帶輸送機上的煤層發射激光。激光將電離數微克重量的煤粉，產生高溫、高密度的等離子體，發出的光經由專用的光譜分析儀接收，并記錄下輻射的波長和強度分布。

根據光譜特征譜線波長得出所分析的元素種類，根據輻射強度得出所分析的元素濃度。通過專用的計算處理方法，對煤質元素成分指標、工業分析指標和灰熔點等特種指標進行實時在線連續檢測。

激光煤質在線檢測裝置主要由測量系統、分析及控制系統、計算機處理系統構成，采用了世界領先的激光誘導擊穿光譜技術（LIBS ）具有技術先進、自動化程度高、分析時間短、分析數據準確、可靠、耐用等特點。

測量系統由激光發生器、激光探頭、支架等組成。激光由光纖傳送照射到輸煤皮帶上的煤炭。產生的光輻射由探頭接收并由光纖傳送回檢測裝置。由專用的光譜分析儀記錄下輻射的波長和強度。通過專用的計算處理方法進行分析、轉化成元素的百分含量并診斷出煤質特性。

整個裝置安放在離激光探頭不遠的操作平臺上，主要有激光發生器、分析控制系統、計算機處理系統。分析處理后的數據通過計算機輸送到主控室，為主控室操作人員提供在線煤質的準確資料，以便于及時調整、優化鍋爐燃燒的有關參數，避免機組非停、鍋爐熄火等事故發生，確保鍋爐在最佳的工況下運行、提高鍋爐效率。

根據在線測量分析結果，也可提供與煤炭供應商商談煤質好壞的依據之一，有利于提高電廠用煤自動化和綜合管理水平，降低煤耗，提高電廠競價上網的能力。

參觀完電廠的感覺是自動化程度相對高一些，但辦公條件比較簡陋。美國電廠比較注重“電廠后時代”（電廠建成后一般需要運行三、四十年以上的這段時間），在安全運行的前提下盡量通過各種辦法和措施來提高運行效率，如在SCR（脫硝系統）運行中，加入了“鍋爐優化燃燒的軟件”，使進入脫硝系統之前的氮氧化物排放量降低到最低，從而減少了氨水的使用量，延長催化劑的使用壽命，減少空氣預熱器堵塞的可能，起到了降低成本，保證運行的作用。

我和司教授的感覺一樣，美國電廠在保證安全運行的前提下，講效率、講成本、講利潤。