淺議超臨界機組節能改造及運行優化方案

韓麗明++朱廣睿

[摘 要]對超臨界機組的主要節能技改項目———真空系統改造和磨煤機分離器改造進行了分析，介紹了在超臨界機組運行優化方面采取的措施，包括正壓直吹式低速磨煤機啟停不投油、冬季單循泵運行、低負荷實行單臺凝結水泵節能的運行方式、冬季停運開式泵等。

[關鍵詞]超臨界機組；節能改造；優化方案

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）02-0228-01

1 設備及運行情況介紹

某發電廠一、二期工程安裝4臺300MW機組（改造后出力為335MW），分別于1985—1989年陸續投產。三期工程建設2臺600MW機組，分別于1997年1月和11月投產。四期工程建設2臺1000MW超超臨界燃煤發電機組，分別于2006年12月和2007年7月投產。2臺超超臨界燃煤發電機組三大主機由中國東方電氣集團公司的三大主機制造公司東方鍋爐（集團）股份有限公司、東方汽輪機有限公司和東方電機有限公司引進日立技術國內生產。電動給水泵、汽泵由日立公司制造，小汽輪機、高壓旁路裝置由德國西門子公司制造，勵磁系統由瑞士ABB公司制造。機組投運后，煤耗高，熱效率低。我們針對實際運行過程中出現的問題，并圍繞節能挖潛進行了部分設備技術改造，并從運行方式方面進行優化，提高了機組的整體經濟效益。

2 進行的主要節能技改項目

2.1 真空系統改造凝汽器真空提高系統屬于熱力發電廠節能技術領域，針對熱力發電廠水環式真空泵抽氣系統而設計的節能裝置。它是通過外加智能制冷冷源系統，給真空泵提供遠低于環境溫度的工作水，大幅提高真空泵抽氣能力，進而降低凝汽器不凝氣體分壓力這種方式來提高凝汽器換熱效果，從而降低凝汽器水蒸氣凝結壓力，也就是降低汽輪機背壓，獲得節能效果。

（1）通過降低真空泵工作水溫度的方式來提高凝汽器真空。不凝氣體（主要是空氣）是凝汽器主要傳熱熱阻。減小凝汽器不凝氣體分壓力，是提高凝汽器真空的有效措施之一。減小不凝氣體分壓力目前來講只有兩種措施，一是提高汽輪機熱力系統的嚴密性，減少不凝氣體泄漏；二是提高抽氣系統真空泵的工作能力，及時將凝汽器內不凝氣體抽除。從水環式真空泵工作原理及性能可知，其抽氣能力和抽氣壓力所對應的飽和溫度與工作水溫度之間的差值，也就是工作水的溫度有很大關系，工作水溫度越低，抽氣能力越大。凝汽器真空提高系統，通過供給真空泵7 ℃～15 ℃的工作水，使得真空泵抽氣壓力所對應的飽和溫度與工作水之間的溫差大大增加，極大地提升了真空泵工作能力和工作環境。

（2） 建立冷端系統的統一冷源及協調控制系統。對于 600MW 及以上機組，抽氣系統通常有多臺水環式真空泵運轉，因此存在真空泵啟、停切換過程。因各種因素，不同真空泵之間的負荷、所需工作水量也有所區別。凝汽器真空提高系統通過添加電控閥門，統一管理制冷機制出的冷水，做到根據真空泵實際運轉情況，合理配比每臺真空泵所需冷水量。

（3）利用低品位熱水、廢蒸汽作為冷源制冷的動力源。凝汽器真空提高系統，可以根據熱力發電廠實際情況，來選擇電能驅動、低品位熱水驅動等多種能源利用方式。尤其是低品位熱水驅動方式，既提高了凝汽器真空度，又降低了能源消耗，使節能效果獲得最大化。

（4）使用基于三通電動閥的安全補償系統，既不影響原開式水冷卻系統切入，也不影響真空泵正常運轉，使真空泵安全穩定運行得到最大保障。凝汽器真空提高系統通過三通電動閥等安全補償系統，能夠做到在其投運期間，原開式水冷卻系統處于隨時切入的備用狀態。一旦凝汽器真空提高系統不能滿足真空泵工作要求，系統能夠立刻切換到原開式水冷卻系統中，真空泵運轉絲毫不受影響。

3 在運行優化方面采取的措施

3.1 正壓直吹式低速磨煤機啟停不投油正壓直吹式低速制粉系統磨煤機啟動過程中，由其對應的燃燒器噴出的煤粉氣流濃度是一個由低到高的過程；磨煤機停運過程中，由其對應的燃燒器噴出的煤粉氣流濃度是一個由高到低的過程，為保證煤粉的可靠著火燃燒，按照設計要求，鄒縣電廠7號、8號鍋爐每次啟、停磨煤機，都必須將該磨煤機所對應的油槍全部投入運行，否則磨煤機啟、停程序將無法執行。為適應電網需求、滿足電力用戶的需要，7 號、8 號機組負荷幾乎每天都在500 MW～1 000 MW 之間變化，這就需要頻繁地啟停磨煤機，導致啟停磨煤機的助燃耗油量較高?？紤]到 7 號、8 號爐燃煤煤種揮發分較高（Vdaf =40%～30%），煤粉的著火點溫度為650 ℃～750 ℃，在機組負荷大于 50%時，爐膛溫度大于 1 000 ℃，能滿足煤粉著火的需要。為了節約燃油，提出了機組正常運行時啟停制粉系統不投油的節能思路。對7 號、8 號爐首先進行了停運、啟動第六臺磨煤機不投油試驗，磨煤機停運、啟動過程中，鍋爐燃燒穩定。在此基礎上，對 7號、8 號爐又進行了停運、啟動第五臺、第四臺磨煤機不投油試驗，磨煤機停運、啟動過程中，爐膛負壓正常，試驗效果良好，從而實現了機組正常運行中啟停磨煤機不投油。根據試驗摸索，取得以下運行經驗。（1） 機組負荷必須大于 50%額定負荷且鍋爐各聯鎖保護投入正常，控制“油槍運行”信號的強弱程度。（2）啟停磨煤機期間停止爐膛吹灰。（3）要求燃燒穩定，若出現給煤機頻繁斷煤、磨煤機料位不穩定、負壓波動等情況時，啟停磨煤機需投油。（4）啟動磨煤機時，磨煤機出口溫度大于 60 ℃時方可啟動給煤機。（5）給煤量增加要緩慢，防止磨煤機出口溫度突降。（6）啟停下層噴燃器所對應的磨煤機時，必須保證其對側及上層噴燃器所對應的磨煤機運行正常。（7）啟停磨煤機過程中，運行人員應對該磨煤機所對應的噴燃器燃燒情況連續監視，發現異常情況及時處理。（8）啟停第四臺磨煤機時，優先啟停中上層噴燃器所對應的磨煤機。（9）不投油啟停磨煤機，運行人員應通過“燃煤摻配摻燒管理網站”了解煤質情況，應保證燃煤的干燥無灰基揮發分大于30%。（10）由于“油槍運行”信號強制過程中，會出現“全燃料失去MFT”拒動，當出現全燃料失去工況時，此時“臨界火焰”與“全火焰”失去 MFT 保護會動作，否則應“手動 MFT”。該發電公司2 臺百萬千瓦機組正常運行中啟停制粉系統不投油，說明了旋流燃燒器在燃用高揮發分煤種時，不投油啟停制粉系統是安全可靠的，對于火力發電廠啟停制粉系統不投油有很好的借鑒和推廣的意義。

3.2 冬季單循泵運行循環水泵電機功率為3 650 kW，是最大的耗電設備之一。如何在不具備設備改造條件和調整手段的前提下降低循環水泵的電耗，是一個急需解決的重要課題。經調研，目前新投產的機組，循環水系統大部分設計為“一運一備”或 2 臺機組“兩運一備”的方式，循環水泵的電耗相對較低。鄒縣電廠1 000 MW機組冬季循環水溫度低、凝汽器真空達到-99.5 kPa，若在保證機組真空的情況下停運一臺循環水泵，將循環水泵的運行方式由“兩運一備”優化為“一運兩備”，將大大降低機組的廠用電率。通過安全性評價、可行性論證以及試驗實施了單循泵運行方式。執行單循泵運行措施以來，未發生循泵跳閘事件。（1）為保證機組的安全，防止凝汽器發生水錘，目前保持輔泵和一臺循環水泵并聯運行。（2）為保證銅管的清潔程度，每 3 天啟動第二臺循環水泵投入膠球清洗裝置，在7 號機組首次大修期間，檢查凝汽器不銹鋼管清潔、無堵塞，證明了每3天投入一次膠球清洗裝置的做法是可行的。3.3 低負荷實行單臺凝結水泵節能的運行方式。

參考文獻

[1] 樊泉桂.火電廠鍋爐設備及運行[M].北京：中國電力出版社，2001.

[2] 朱全利.鍋爐設備及運行[M].北京：中國電力出版社，2010.

[3] 李建剛.汽輪機設備及運行[M].北京：中國電力出版社，2006.

[作者簡介] 韓麗明（1980—），男，內蒙古人，畢業于內蒙古工業大學，學士學位，工程師，現從事火力發電廠集控運行管理工作。