350MW 超臨界燃煤發電機組低負荷運行安全分析及節能措施

韋洪榆

（廣西華磊新材料有限公司，廣西 平果 531399）

0 引言

隨著全球社會對于環境污染以及資源短缺問題的重視，在各類生產過程中也在日益要求節能減排，尤其是在燃煤火電廠，由于煤炭是一種不可再生資源，貯存量有限，所以如何合理降低煤炭消耗量，對于火力發電企業而言是非常重要的一個研究課題[1]。

目前，我國的新能源發電技術發展極快，為了給新能源發電技術留出市場，當日間內光伏發電和風力產生的電能較多的情況下，就要求火力發電機組降低負荷調峰工作，這就使得其處于低負荷運行狀態[2]。

需要注意的是低負荷運營下雖然機組的發電總量降低了，但是各機組零部件依舊處于運轉狀態。各零部件在運轉時就必須要足夠的能源作為支撐，因此發電的經濟性受到了影響；同時由于各機組不是處于標準負荷下的運營狀態，因此其安全性也會顯著降低。具體來說，低負荷下所鍋爐爐膛、SCR 入煙口的溫度都會降低，使得燃燒的穩定性大打折扣，同時SCR 脫銷效率顯著降低，造成逃逸氨逸增加，空預器堵灰更加嚴重[3]。

1 影響燃煤發電機組能耗的主要因素

燃煤發電機組是一個把煤炭在燃燒過程中產生的熱量轉變成機械能并最終轉化為電能的裝置。機械設備自身的運行狀態對電能的轉化效果影響很大，但是除此以外，還有許多其他的因素也制約了功率，包括能源本身的穩定性、熱機組的排煙程度、冷端系統的加熱器組等各種因素。下面將就上述各種因素加以研究與討論。

1.1 燃料本身的特性對能耗的影響

煤炭本身具有不同的品質，高品質的煤炭在燃燒的過程中可以產生更多的熱量，且燃燒效率更高。煤炭深埋在地下，主要由碳、水分以及揮發分等組成。一般來收，揮發分含量越高，煤炭燃燒的越充分，燃燒的效率也越高。而煤炭中含有的水分和雜質等含量越高，由于它們都不屬于可燃物質，煤炭燃燒的質量會越差。而低品質的煤炭中含有較多的雜質，如水分、金屬、無機物等，這些雜質的存在使得煤炭的燃燒效率降低，導致機組的能耗增加。因此，燃料本身的質量會對機組整體能耗造成較大的影響[4]。

1.2 機組中排煙溫度對能耗的影響。

煤炭在燃燒過程中會形成許多煙氣，但因為煙塵的溫度相當高，在排出過程中，會帶走一些熱能。例如，若某機組的排煙溫度是300℃，如果下降到200℃之后排出，則節約下來的熱量仍能供機組有效地使用，這部分的功率損失就會減少約30%。所以，合理降低排煙的溫度，也有利于發電機組的能源下降。但是，由于當排煙溫度下降時，會對空氣預熱器造成不良作用，甚至會引起空氣預熱器的銹蝕問題，這將會直接威脅到發電機組的安全運轉。所以，如何選取恰當的排煙溫度，在發電機組運轉的安全與發電機組能源這二者尋找平衡點，就成為十分關鍵的研究課題。

1.3 冷端系統對能耗的影響

冷端系統主要由凝結水系統和逆流熱交換系統所構成。由于冷凝器的壓力，直接反映了冷端系統的各個設備的性能指標和經濟指標，和機組內部的溫度變化也相關，這部分的功率損失基本不可控。

1.4 加熱器組對能耗的影響

在燃煤機組運行中，利用加熱器中的溫度來控制的端差。加熱器的溫度必須要維持在一個合適的范圍內，溫度過高或過低都會影響到機組正常運行。因此保持火電機組溫度處于正常的范圍內，同時端壓差也保持在恒定，這樣就可以有效減少水加熱器的功率損失。

2 影響機組低負荷安全經濟運行因素

2.1 影響機組安全運行的因素

從燃燒方面考慮，在低電壓時易引起高壓鍋爐溫度的不穩定，燃煤鍋爐的溫度變差時，熱穩定性和抗擾動特性也變差，易導致鍋爐的MFT 啟動。低溫度時，脫硝反應器的煙溫降低，最低的溫度可能會降到只有280℃左右，在此低溫下催化劑的活性得不到充分的發揮。為了能很好地對煙筒出口氮的氧化物含量進行控制，會提高噴氨量，由此導致空預器的堵塞問題更嚴重[5]。

2.2 影響機組經濟運行的因素

低負荷運行對機組燃煤鍋爐的工作溫度、以及其主輔機的經濟性都有重要影響。首先，在低負荷時期，由于燃煤鍋爐中高溫的空氣系數偏大，將相應增加燃煤鍋爐中高溫的排煙能量損失；其次，因為受全球煤炭市場環境影響，目前進廠的煤炭質量也參差不齊。同時由于各輔機均運行在極限范圍內，不僅降低了輔機壽命，且造成電耗增加。此外，在機組低負荷期間，再熱汽溫度也很低，最低可達350℃，從而嚴重地降低了機組經濟性。而在深調峰運行時期，因為燃燒溫度不穩，又需要投油穩火，所需要使用的燃料總量又較大，因此燃油消耗也很大。當給水泵的總流量超過大于給水泵最小流量閥的開啟值時，給水泵循環重塑性調門就會在10%～30%的最小開度范圍內發生變化，不但造成了給水的前裝泵電流密度增加，供電成本也增加，而且由于調門的開啟范圍較小，給水會對給水泵再循環調門閥體造成沖刷，造成調門不嚴，增加后期維修成本。

3 改善機組在低負載安全經濟運行的能力對策

3.1 工質側安全運行措施

分離器出口過熱量也是鍋爐安全工作的關鍵指標參數，經過研究后認為，將“機組負荷＜400MW 且任一儲水箱水位高＞16.04m 且分離器出口過熱度＜8℃，鍋爐MFT”，負荷降低。經過與給水泵廠家的探討，以及經過汽機專家研究后決定在保證給水泵正常運行安全的情況下，對原給水泵循環再造門的邏輯進行調整，在優化前給水泵流量等于500t/h 時循環再造門全部開啟、等于700t/h 時循環再造門全閉，在調整后的給水泵流量等于400t/h 時循環再造門全部開啟、等于500t/h 時循環再造門全閉，同時還將原裝泵的給水泵的最小流量跳閘限值由400t/h 改為350t/h，通過這些邏輯調整措施，實現了即使在目前的350MW 的調峰運行區間內，給水泵的再循環調門都不開啟，以保證出水流量穩定，給水流能力均衡，同時避免了給水泵的自動停機或高壓鍋爐溫度MFT 的風險下降，這樣可以保證受熱面不超溫。

3.2 汽機側經濟運行措施

機組內一共有3 臺凝結水泵。在機組正常運行的過程中，其中兩臺凝結水泵是處于變頻工作狀態的，第3 臺則是處于備用狀態。為了降低水泵的整體耗能，可以進行如下調整：首先，當負荷不高時，應該盡可能保持只有一臺水泵處于變頻工作狀態，另外兩臺處于準備狀態。且3 臺設備之間的切換不應該過于頻繁，因為每次開啟設備都意味著能量的耗用，一般來說運行時間的間隔必須掌握在不少于4h；同時，在日常運行時二臺運行凝結水泵的機器之間必須交叉進行自動啟停操作，以避免只對單臺凝水泵頻繁的自動啟停操作；在機組低負荷時，尤其是冬天，可以將逆流熱交換由全塔配水改為半塔配水，而除在夏季，或當機組負荷在260MW以下時，且當逆流熱交換供水溫度大于26.5℃，逆流熱交換的運行方式也應該倒成二機三泵的運行方式，從而減少了整廠用電，在其余情況下，也可以維持單機單泵的方式運行。機組低負載時，當冷卻水流入汽輪機之后低壓缸的蒸發能力減弱，而凝汽器則繼續處于最大真空度以下，而此時冷凝液的過冷量也相應增加。在低負荷時候可以停運一臺總電壓在6kV 級以上的煙氣冷凝水泵機組這樣就減少了用電率，也就是當機組短時升高負荷，排煙溫度上升時，就能夠利用短時的低溫節省煤機的煙溫，從而滿足煙囪出口溫度上升的需要。配電間設備安裝后，帶空調供電系統的額定溫度為均24℃，并依據變配電間溫度相應變化空調的運行方式；變配電間軸流風機則依據變配電間的溫度進行適當開啟和停機，并結合實際需求適當變化運行方式以達到節電效果。

3.3 管理端安全與節能措施

3.3.1 優化生產環節的減排增效

毫無疑問，運行質量對節能減排帶來了非常關鍵的作用。在燃煤發電機組的運營中，要從生產環節來進行調整以達到降低建設成本同時保證輸送的電力穩定性的目標。當前，我國所有火力發電廠的燃料物質的采購與使用成本大約占據了總生產成本的40%以上。且這部分成本屬于前期成本，無論發電效率如何這部分成本都是已支出的。因此，如果煤炭的品質不過關，那么在燃燒的過程中效率將會大打折扣，無法將煤炭能源充分轉化為所需要的電能。而要獲得足夠的發電量，那么就必須要投入更多的原料，這無疑會使得生產成本進一步上升。因此，想要在生產環節實現節能增效就必須要從源頭進行把控，即采購優質煤炭，或者在煤炭采購回來后采用相關技術進行品質的提升。

從能源消耗方面來看，在燃煤發電機組中消耗能源最大比例的設備是高壓鍋爐。如果能夠優化鍋爐的燃燒效率，就可以大幅減少對燃煤能量的耗費，可促進節能減排目標的實現。為此可從以下方面來進行調整：①提高進爐時的空氣溫度，并保證混入空氣與燃煤的良好比例，以確保在鍋爐溫度內實現完全燃煤化，也可將燃煤研磨成細粉，以讓其在鍋爐溫度內與空氣完全接觸。②采用質量上比較先進的建筑保溫等形式，以增加在鍋爐高溫附近的空氣溫度，以減少因為建筑溫度差所產生的熱能損失。

3.3.2 建立組織架構，開展監督管理全覆蓋

無論是如何先進的生產技術和優質的煤炭燃料，都必須要在人員的監管下才能夠發揮出最大的效益。從實際的生產中來看，很多一線生產人員并不具有充足的節能減排思維，在工作中對很多細節問題視而不見，因此造成了大量的能源損耗。為了改變這一現狀就必須要建立起完善的組織架構，對日常的生產進行嚴密的控制與監督。一旦發現存在生產上的人為因素導致的能源消耗，就必須要及時介入并督促其進行修整。同時為保證國家可持續發展目標的成功實現，可以在生產基地中成了減排目標與節能科技服務中心，在政策法規研究方面比較深入地和全面的開展了節能減排有關法律法規的研究，同時大力推廣節能減排新科技，對廢熱火力發電企業的相關節能減排新科技進行調查摸底研究，對有關信息加以搜集和分類研究，為節能科技的發展研究方向提供了數據支撐。此外，加強各國間的科技交流與協作，推動節能減排科學技術的開發。

3.3.3 建立健全試驗檢測手段，監督管理不間斷

要邀請相關領域的技術專家到生產基地中進行調研與考察，找出當前生產過程中存在的技術原因或者管理原因導致的安全漏洞以及能源損耗。并在專家的指導之下進行技術升級或者管理制度的優化。以建立并健全企業節能減排的技術標準，同時，企業還需要健全對節能的監測方法，為確保企業節能產品的有效使用和推廣，企業監察部門也要出臺相應要求，除要建立節能減排的目標值之外，還要不定期開展現場確認工作開展對節能的現場檢測，以提高監測的準確性。

3.3.4 全面落實節能減排管理措施

節能減排工程是一個大項目且具有復雜性，涉及燃煤發電過程中從燃料采購、燃料存儲、燃料品質升級、生產技藝、人員管理等各個方面。要想對這些方面進行統籌的管理就必須要借助科學的管理制度與措施。要對火電廠的設備進行技術信息的搜集和總結、研究找出當前存在的不足并制定具有針對性的解決方案。同時，還需要關注世界范圍內的先進技術，成立專門的技術調研團隊，以保證第一時間掌握最新的節能減排的技術，使火電廠能夠采用最新的科技、最新的技術和最新的裝備，進行發電的正常運行。除此以外，還要不斷完善節能減排科技管理的有關標準，為工作的開展奠定基礎。

4 結語

綜上所述，火力發電在我國電力生產的領域中占據著重要的地位，火力發電的效益以及安全性至關重要。隨著科技的發展，新能源發電業取得了一定的發展，但是目前為止新能源發電的總量尚不足以滿足人們的用電需求。且潮汐能、風能、太陽能等發電形式還受到環境因素的制約，因此火力發電依舊是我國電力生產的主流。當發動機組處于低負荷運行狀態下時，要從工藝、技術、物料來源、人員管理等方面進行管理，切實降低不必要的能源損耗，以提升火力發電的效益。