600MW火电机组低负荷调峰经济运行实践研究

黄冈大别山发电有限责任公司 东 森

在我国电网峰谷差的日益增大和新能源发电介入背景下，600MW火电机组参与调峰已经是必然的发展趋势，提高对600MW火电机组低负荷下的安全和经济研究，对于提高机组调峰的安全性和经济性具有重要意义。目前，对于大型火电机组的调控策略普遍关注调峰运行的安全性。因此，我国目前针对大型燃煤机组调峰过程中汽轮机转子的温度、寿命损耗得到了一定的安全性指标。然而，在我国节能减排工作的要求下，对火电机组的经济性也提出了更高的要求。

1 火电厂内各机组之间的优化分配

通常情况下参与调峰的发电企业，大部分时间都未满负荷状态下运行，如果发电企业的实际负荷低于全场额定总负荷，那么各个机组间的负荷需要进行调整，才能保证全厂的总煤耗量最小，进而对提高我国生态建设水平、降低燃煤发电对空气影响，以及落实节能减排工作能起到积极的作用[1]。因此，需要发电管理人员，针对火电厂各机组之间的负荷优化进行合理分配，在保证发电功率的基础上合理地安排机组进行运行，将电力工程电网分配给发电厂的电负荷以及经济性分配给各个机组，通过该方式降低总体的燃煤消耗量。

在发电厂管理人员对燃煤消耗量，以及各机组之间进行优化调整的过程中，需要使用到火电机组供电标准煤耗量的公式。在公式中发电机组的供电标准煤耗量，主要受到机组供电功率、汽轮机热耗率、锅炉热效率以及管道效率等因素的影响，供电标准煤耗量会随着锅炉热效率、汽轮机热耗率以及用电功率和供电功率的变化而变化，主要呈现的是供电标准煤耗量和供电功率之间并不形成完全的正比关系，而是明显的非线性关系。这就需要发电厂管理人员在进行各个基础运行调整的过程中，充分选择合适的基础运行效率参数，保证降低燃煤消耗量。

需要注意的是，在实际计算过程中，由于入炉煤的剂量误差相对较大，所以发电厂管理人员可使用反平衡试验，来得到供电煤耗量和供电功率之间的准确关系，通过变负荷试验，来得到不同发电功率下的锅炉热效率用电功率，以及汽轮机热耗率，进而求得准确的火电机组供电标准煤耗量。并且，通过该方法所得到的供电标准、煤耗量和供电功率之间的关系是对应在当下设备参数、再热蒸汽参数以及回热系统的基础上得到的，如果这些参数或者是状态出现实际偏离试验条件时，应对相关参数进行及时的修正，以此保证求得的供电标准煤耗量准确无误。发电厂管理人员能够充分利用现阶段我国发展较为成熟的大数据技术，以及互联网计算机技术来对相关公式进行计算，能够有效提高计算速度，降低火电机组对电网负荷变化的响应时间，实现火电厂内部各个机组之间的在线优化分配目标[2]。

2 汽轮机循环水系统运行方式的优化

在火电机组参与调峰工作的过程中，可能会出现机组负荷偏离额定负荷的现象，这时发电厂管理人员可通过对循环水系统进行调整，来降低循环水泵的耗电量，从而降低发电厂的用电量，最终能够实现降低火电机组供电标准煤耗率[3]。在针对汽轮机循环水系统运行进行优化的过程中，需要发电厂管理人员提前测量循环水流量以及消耗功率。对于发电厂管理人员而言，能够采用等速电动机来拖动循环水泵的方式进行测量，通过该方式改变同时工作的水泵数量，进而实现调节水泵出水量。同时，发电厂管理人员能够使用超声波流量计来测量水循环量，使用超声波流量计能有效的测量出准确的循环水流量，为之后落实汽轮机循环水系统运行优化提供良好的数据条件。

根据使用的水泵类型不同，发电厂管理人员可采用单相或者是三相电度表，来对其运行过程中所消耗的电量进行测试，将测试所得到的数据除以时间就能够得到消耗的电功率，然后结合水泵在不同状态中所消耗的电功率，以及循环水流量来设计汽轮机循环水系统运行优化方案。除了要测量水泵的循环水流量以及消耗功率之外，发电厂管理人员还应计算出汽轮机排汽的压力，这样能够为后续降低标准煤耗量提供一定的数据基础。

由于汽轮机排汽变化会引起汽轮机水循环系统运行的电功率变化，所以发电厂管理人员应在满足安全运行的基础上，选择消耗功率最小的循环水泵组合方式，根据不同方式下凝汽器压力的变化，来确定汽轮机发电机组电动功率的变化。在以上工作落实之后，发电厂管理人员应依次确定出各个循环水泵组合方式下，对汽轮机电功率的增加与循环水泵消耗率的增加，通过这种方式所对应的循环水泵组合方式，就是汽轮机循环水系统运行的最佳方式，也就是大型火电机组调峰工作中有效的水循环运行方式。

3 轮机配汽方式优化

发电厂管理人员对汽轮机的配汽方式进行优化，也能够有效减少汽轮机在负荷下的节流损失，进而有效提高火电机组在调峰低负荷下的经济效益。在传统的发电厂，汽轮机往往是进口制造的600MW汽轮机，这些汽轮机在原设计中附带了一定的基本负荷，主要的控制系统按照混合控制的方式进行设计，同时这种机组完全按照出厂设计的阀门开关方式进行低负荷状态下调控工作，机组的调节气门节流损失会明显增加，进而降低汽轮机的运行质量和效率。

除此之外，也有部分汽轮机是按照顺序阀控制的方式进行设计，所以在运行过程中，汽轮机制造厂家提供的设计参数和阀门函数，可能会因为运行过程中其他原因，造成实际数据和设计数据产生偏差，进而会导致汽轮机在实际运行过程中标准配汽方式不是最优方式。因此，为充分提高600MW火电机组在调峰状态下的运行质量，降低燃煤消耗量，应对汽轮机配汽方式进行一定的优化。如对某汽轮机配汽方式进行优化过程中，应充分结合汽轮机配汽方式的特点来进行实际的测量和计算。本文汽轮机高压调节气门配汽方式和传统单阀控制，或是顺序阀控制方式不同，使用的是混合控制方式，其函数见表1。

表1 某600MW汽轮机高压调节阀参数

这种汽轮机配汽方式的优点是在汽轮机启动的初期，4个调节气门能够同时开启，所以汽轮机在运行过程中相当于全面进气，气缸受热均匀，能够避免高压缸热变形或者是降低进气端热应力的现象出现。但这种配汽控制方式也存在一定的缺点，火电机组在完全额定负荷运行的过程中，如果火电机组在调峰状态下使用该控制方式进行汽轮机配汽，那么火电机组的经济效益明显降低，并且存在机组负荷越低，其节流损失越大，所需要的燃煤消耗量和浪费量也越高的现象。

为有效解决该汽轮机配汽方式，发电厂管理人员可将混合配汽方式改为顺序阀控制方式，通过对各个调节气门的重叠度进行优化，降低汽轮机调节气门的运行节流损失，提高汽轮机的运行经济效益，进而提高大型火电机组的经济效益。值得注意的是，汽轮机在配汽方式发生变化后，其温度变化量也会发生一定的变化，所以需要发电厂管理人员对汽轮机的应力和寿命进行重新分析和计算，保证新型配汽方式能够满足火电机组在调峰状态下的经济效益要求。

4 锅炉配煤优化

发电厂除了要对大型火电机组内部进行优化方式的调整之外，还应该利用外部锅炉配煤，以及燃烧的方式来，对火电机组在低负荷调控工作状态下的经济效益进行支持。首先发电厂管理人员应提高燃煤质量，在对燃煤进行选择过程中，要停止燃煤和劣质烟煤进行掺用。这样能够有效提高燃煤燃烧的热效率，进而对降低燃煤使用量能够起到积极的作用。发电厂管理人员还要对燃煤制粉系统进行调整，将火电机组设计为6台磨煤机，将磨煤机按照燃烧器的具体使用情况进行布置，在高负荷使用时能够5台通用，1台备用。在低负荷时能够使用4层磨煤机和制粉系统，这样能够保证低负荷下火电机组的运行质量和效率。

值得注意的是，使用该制粉系统应严禁隔层运行，因为在实际燃烧的过程中隔层燃烧可能会导致中间断层区域断火，进而对火力发电机组的运行质量造成不良影响，同时隔层燃烧也不利于上层燃烧器进入煤粉的着火质量。针对不同层次的制粉系统应选择不同的给煤方式。在底层的制粉系统中，发电厂管理人员应结合技术人员制定的相关计划，进行手动或半自动燃煤投入，如果底层燃煤燃烧的质量无法满足火电机组低负荷运行的要求，能够充分结合预定计划来对其他层次的磨煤机进行运转，保证至少三层的制粉系统运行，这样能够为火电机组正常运行提供保障，同时也能适度减少发电厂用电，提高火电机组使用的经济效益。

在磨煤机运行过程中，发电厂管理人员以及技术人员应适度降低磨煤机的油压，这样能够降低磨煤机出现振动幅度加大的现象。技术人员对磨煤机的运行状态和运行参数进行全面的观察，避免磨煤机异常而导致运行质量影响火电机组运行质量。对于大型火电机组在低负荷调峰状态中的运行模式，调至上限85℃左右运行，这样能够提高煤粉的着火质量和效率，降低制粉系统风压，以及防止一次风过大造成煤粉着火燃烧滞后的现象出现。

5 燃烧调整

在火电机组进入低负荷运行状态时，应对风量进行及时调整，保证氧气含量维持在较低的范围内，技术人员应将其他燃料风以及偏置风道板的开度控制在2～3成。对于锅炉负荷低于300MW时，技术人员应使用设备重点关注火嘴火焰的强度，强化就地看火，如果在这一过程中发现火焰强度闪烁，或是火焰发暗以及氧气含量上升等现象时，技术人员应使用油枪提高助燃，并且投入一定的等离子装置提高燃烧稳定性。

需要注意的是，等离子点火装置必须由专人进行监视，在发现等离子断弧之后立即投入，这样能够有效的避免锅炉内部燃烧不稳定，或是下一个等离子断弧导致故障扩大的现象出现。技术人员在投用等离子点火装置之后，需要重视等离子点火装置的燃烧情况，因为等离子点火装置可能会造成燃烧器局部燃烧强化的现象，进而可能会引发燃烧器外壁着火损坏，对火电厂的经济效益目标实现造成不良影响。所以，需要技术人员加强对等离子壁温以及燃烧器壁温的重点监控，在发现等离子点火装置造成燃烧器局部燃烧加强之后，选择合适的方式对燃烧进行降温减火。

在炉膛负压的波动大于200Pa的范围内，或是技术人员发现炉膛出口含氧量快速上升时，技术人员应及时投入足够的油枪在合理位置进行助燃，待锅炉燃烧以及火电机组负荷稳定之后及时断油，退出等离子点火装置，技术人员在断油过程中应保证制粉系统的运行正常，炉膛燃烧稳定以及含氧量无上升。在断油退油的过程中，技术人员先退出一支油枪，经过5min，炉膛内部燃烧仍旧正常，可以逐步退出后续油枪。最后，技术人员在火电机组低负荷运行的过程中，应重点监视锅炉总风量以及单侧的二次风量，一旦发现风量参数出现变动应立即查明原因，联系相关工作人员进行处理，有效提高火电机组在低负荷调峰状态下的稳定工作质量和经济效益。

总而言之，以600MW火电机组为例的大型火电机组在低负荷下进行调控工作，可有效满足现阶段我国生态环境建设，以及节能减排工作的要求，同时低负荷调峰工作状态也是未来我国大型火电机组运行的主要期望状态。因此，发电厂管理人员在大型火电机组进行调峰低负荷状态下工作时，应充分结合火电机组内部各个系统运行的质量参数，保证火电机组在安全运行的基础上实现经济效益最大化，进而对推动我国经济建设、生态建设和现代化建设起到积极的促进作用。