火电厂集控运行节能降耗措施研究

曾学文

（国家能源集团江西电力有限公司，江西 南昌 330029）

当前，中国火电厂集控运行模式发展如火如荼。通过一段时间的发展，已基本实现了对整个火电厂的全面覆盖。但是在能源利用方面，火电厂集控运行节能远远落后于火电厂内部设备的飞速发展，能耗占比仍然处于较高的水平，成为阻碍火电厂集控运行模式大范围推广的首要因素之一。从节能降耗视角入手，研究火电厂集控运行的优化措施具有非常重要的意义。

1 火电厂集控运行情况

某火电厂位于市镇东北部，距离市镇0.8 km，东南方向为铁路枢纽。该火电厂规划容量为2 400 MW，已安装2×300 MW机组、2×600 MW机组，已投产发电，主厂房选择汽机房、煤仓间、锅炉房、除氧间并列式布置方式。根据现代化火力发电机组生产过程控制需求，采用了DSC和可编程逻辑控制器等计算机控制系统，该系统以中小型计算机为载体，实现了集中控制、集中管理。可编程逻辑主要是在机组处于协调控制模式下（汽轮机控制与锅炉控制均在自动状态），根据机组指令回路接受电网中调AGC指令或者机组运行人员指令，由汽轮机控制实现系统、锅炉风粉控制实现系统达到对系统负荷指令相应目的。而在AGC投入条件无法达到时，可以由机组运行人员采取锅炉跟随汽轮机控制的方式，配合参数设置，驱动锅炉自动调整压力，汽轮机则控制功率均衡。

2 火电厂节能降耗的特征

增强对资源的利用率。火电厂在实际进行生产的时候，通常会消耗很多的煤，这些都是属于不可再生资源，通过应用创新技术，采用更加先进的生产技术，可以极大地提高生产效率，加强对资源的利用效率。

促进技术进步。为有效降低火电厂在生产过程中的能源消耗，就需要改善生产技术。在以往的生产模式中，因为技术的落后，资源利用率较低，导致出现了很多的资源浪费。为实现降低能耗的目的，就需要对现阶段的生产技术进行创新，以此推动技术的进步。

促进企业长久发展。火电厂应用集控运行模式，增强资源利用效率，减少污染物排放，可从生产角度上加强生产效率，降低能耗，减少环境污染，这对于推动火电厂的长久发展来说，可起到至关重要的作用。

3 火电厂集控运行方面存在的问题

过热气温系统的控制问题。在给过热气温系统进行调控的过程中，工作人员一定要调整好空气系数，以此保障水与煤比例的合理性，这样一来，才可以使汽温系统达到最好的运行状态。若是有误差发生，就会非常有可能出现过热的情况，进而对整个系统的稳定性造成不好的影响。所以，工作人员一定要强化自身的技能以及随机应变的能力，如此才可以在系统发生微过热这一问题时，采取科学有效的方法加以解决，能够通过直流炉来完成对煤水比例的正确调整，可切实确保它的运转效率。但是过热汽温系统也会在运转上发生些许问题，这主要是因为它的结构有问题而出现的，如设计的不合理，或者在生产环节中有缺陷等，只要发生上述提到的任意情况，都会影响到热汽温系统在运行中的效率。

再热汽温系统的有效控制。把再热气温系统的控制情况与过热气温系统的控制情况展开比较，前者的控制过程要更为复杂。因为执行中的困难系数增加，难以顺利进行，部分火电厂也不具备信心，但为了保障火电厂的正常运行，有很多人认为，采用较简单的方式来维持现状，如借助减温水。虽然此方法也可以促进火电厂的正常运行，但是站在长远的视角来看，其会对设备造成破坏，这样一来，就会降低火电厂的效率。通过长时间的实践来看，可采用摆动燃烧器，来调节蒸汽加热系统。

主汽压力系统的合理管控问题。就现阶段发展而言，火力发电厂对主汽压力系统的管控，主要是利用主汽压力计算公式来完成的，并且此公式能够极大地满足中国在这一领域中的需要，促使工作难度降低，逐渐减少学习中的问题，因此，其在主汽压力系统的管控中得到了大量的应用，这就对人员提出了更高的要求，应充分掌握此项技能。然而在具体的应用中，部分火力发电厂在间接能量平衡系统的应用操作上，还是会存在些许的问题，所以，在这种形势下，一定要借助能量平衡公式，来重新展开相关计算。

4 火电厂集控运行的节能降耗措施

4.1 节能措施

节水措施。现有机组定排冷却器改造是降低火电厂水分损耗的主要因素之一，以往火电厂设备中冷却器均为列管式冷却器，中冷器由刚性固定支承布置在一级汽缸、二级汽缸之间，后冷器以立式布置在二级汽缸后基础位置，具有冷却效果不理想、使用年限短、维修难度大等缺点。因此，技术人员可以利用排气量较小的压缩机支持的定排管式冷却器代替上述模式。首先，由一级汽缸出口引出一个满足流量要求总管后通入冷却水池并划分为多排小管径冷却排管；其次，经冷却水池将多排小管径冷却排管汇聚成一条总管；最后，经一级油水分离器（二级汽缸口法兰上）进入二级汽缸进口。其中一级汽缸总出口管道内径计算公式如下：

式（1）中：Q为气体容积流量，为40.00 m3/min；Vp为气体在管道内平均流速，为16.00 m/s。

代入数值后，可以选择一级汽缸总出口管为D159×4.5的无缝钢管。改造后可以通过提高中间冷却器的冷却效果，节约水分指示功，并降低整机功耗。

在冷却器改造的基础上，火电厂可以依据一水多用、逐步降级使用的方针，对接污水处理厂中水，用于机组运行锅炉补给水或者辅机冷却水、热网补水，并将配套建设的给排水、中水深度处理回用系统纳入集控运行体系，沿着污水处理厂中水→机械加速澄清池→变孔隙度滤池→清水箱→升压泵→反渗透及除二氧化碳器→中间水箱、中间水泵→二级除盐水箱→锅炉补水的思路，进行水分节约应用。

节电措施。火电厂应根据现有辅机运行情况，以水泵、风机等辅机为对象，由变频模式代替恒定频率模式，降低仪器设备能源损耗。即负荷低于160 MW时，切换为2个调节汽门全开模式；在负荷超出180MW时，采取定压运行方式，保证锅炉额定主蒸汽温度和再热蒸汽温度，且汽压降低汽温一定时汽轮机容积流量、流速处于恒定状态，结合允许给水压力相应降低的设置，显著减少变速给水泵的用电量[1]。同时在优选能耗低的照明设备类型的基础上，将照明设备运行时间、开启/闭合管理纳入集控运行体系中，降低非必要电力电源损耗，为电力能源控制目标的实现助力。

节煤措施。在火电厂锅炉集控运行阶段，燃料不充分燃烧情况发生频率较高，势必造成固体能源的低价值损耗，对周边生态环境造成污染。因此，相关技术人员应从燃料充分燃烧视角入手，及时调整燃料燃烧状态，降低燃料化学燃烧热损耗[2]。同时科学调整风量，控制空气过剩系数处于较小的水平，维持炉膛内部温度一定，保证煤料燃烧热量传递效果。为最大限度提高煤燃料利用率，可以设定集控运行时煤种混用比例，根据燃料燃烧情况，科学加入褐煤或其他低水分含量煤种，节省煤料损耗，提高煤资源利用率。

节油措施。在火电厂锅炉集控运行时，技术人员应从提升设备运行稳定性出发，每间隔一定时期进行锅炉、设备特别是低负荷燃烧状态下设备检修。同时将大油枪更改为小油枪，由等离子点火系统代替油枪点火系统，配合燃油助燃概率的精密控制，达到良好的节油效果[3]。

一般在汽轮机组为60万kW时，真空每升高1.00 kPa，燃油耗量可以降低2.40 kW·h，真空度每升高100 Pa，燃油耗量可以降低0.24 kW·h。因此，技术人员可以汽轮机轴封系统为对象，时刻关注凝结水过冷温度，防控凝结水过冷、真空系统泄漏问题出现。同时在检查凝汽器或排气装置蒸汽入口位置密封性的基础上，技术人员可以将自动化技术应用到湿冷机组中，驱动凝汽器根据实际运行水位、水温以及循环冷却水供应量进行自适应调节，保证水温、水位、循环冷却水供应量均处于正常范围内。

火电厂集控运行技术的智能化。就现阶段发展而言，智能技术得到了非常大的发展空间，而将其应用在火电厂集控运行方法中，将会有效促进火电厂集控运行的智能化。通过在火电厂管理工作中借助模型进行分析，深入分析具体的模型，能够在最大程度上增强集控运行的智能化水平，并且利用计算机技术，可远程操作模型，如此一来，就切实达成了对火电厂集控运行的智能操控，进而在最大程度上减轻人员的工作压力，舒缓心情。随着智能化技术的深入应用，可有效增强火电厂集控智能化的水平，进而通过集控运行的优势，来处理在生产过程中的问题，促进火电厂集控运行的节能降耗。

创建集散系统控制技术。火电厂集控系统中涵盖了非常多的技术，其中有集控、集散技术等，为真正实现良好的集成降耗效果，应合理采用这些技术。在这些技术当中，集散系统控制技术应用中还涉及到了其他的技术，如分层控制模式等，这些模式都很复杂，结合此情况，应对每个具体的调整过程进行修正，然后化整为零，逐渐形成一个节能优化系统。采取这样的方法，能够有效确保机组正常运行，合理控制各项参数，促使其接近于设计值，这样就可以将能耗，降低的水平。阀内漏对能耗有着非常大的影响，通过创建集散系统控制技术，可组建阀门内漏台账，人员结合台账，定期进行查漏，再加以处理，就能够在最大程度上降低能耗；在实际运行过程中，做好疏放水调整这一工作，是很重要的，其可以有效降低水消耗，从而达成对水资源的循环利用；此外，还要做好启停机过程中的节能管理工作，在进行冷态启动的时候，需借助凝输泵给除氧器上水并换水，这样一来，就能够有效降低凝结水泵运行的消耗。

4.2 降耗措施

锅炉排烟损耗降低措施。排烟温度是锅炉排烟损耗主要影响因素，为了降低锅炉排烟损耗，可以从降低一次风率入手[4]。即在磨煤机集控运行阶段，进行磨煤机曲线优化调整，促使其与给煤机运转速度相适应，尽可能地过量配方石子煤，防控因石子煤室内煤渣堆积而对磨煤机一次风速造成的不利影响。其中一次风流量信号需要经风温、风压补偿开方处理后获得。即在获得一次风压差信号PDT7508A1、一次风温信号TE7508AB后，按照下式进行计算：

式（2）中：Q为一次风瞬时流量，kg/s；ΔP为一次风流量压差，Pa；PT为空预器出口一次风压力，kPa；TE为一次风入口温度，℃。

在集控运行阶段，为避免两风量变送器出现偏差导致锅炉排烟损耗超标，可在优化一次风流量信号调整参数的基础上，以磨煤机一次风量取样管路为改造对象，由中间取样代替测点两侧取样。即从左右两侧切割取样管，将2个三通分别焊接在正压侧中间、负压侧中间位置，并与2个变送器的正压侧、负压侧相连接，以便消除变松器测量偏差。由于磨煤机控制系统为单回路，控制器为比例积分控制器，在一次风量、磨煤机指令信号存在偏差时，可以经控制器比例积分调整一次风挡版开度，并进行控制模块PID整定，保证磨煤机输出所需煤粉量与一次风量相对应。进而从协调控制系统锅炉燃烧指令、二次风测量值入手，将两侧投燃油量相减后作为燃煤指令，配合高低限、单/双端运行系数切换，获得一次风流量设定值。

再热器减温水量损耗降低措施。在锅炉内加入减温水后锅炉内水温不可避免地会向较低水平变化，此时，为达到集控运行初期设定的温度数值，势必需要从内部损耗部分热能促使水温提高到规定水平。而用于提升锅炉内部温度热能的消耗，将遏制锅炉运行效率。针对上述情况，集控运行人员应从再热器汽温系统入手，进行减温水量的严格把控。

增强调整锅炉的燃烧。增强锅炉的燃烧调整，可参照以下方法：①合理调整过程空气系数。在实际进行生产的时候，若是存在燃料不能完全燃烧的情况，那么燃料的热量就不能得到完全的释放，以此导致对燃料的浪费，并且还会产生出非常多的污染气体，致使对环境造成严重的污染。所以，在锅炉实际的运行中，应通过科学合理的调整方法，来尽可能减少燃料燃烧不充分的情况，降低燃料浪费情况。除了上述方法之外，还要合理调整热空气系数，若是过热空气系数过大的话，就会对传热的质量造成影响，反之，就会影响到燃料的充分燃烧，所以，这就需要合理调整热空气系数，将它把控在适宜的范围之内，进而在确保燃料充分燃烧的基础上，减少各项热损失。②筛选合理的燃料。在实际进行生产的时候，可选择混配煤这一方法，这样不仅可以减少燃料消耗，降低成本，还可以在最大程度上降低能耗。在混配添加的形式方面，应结合具体状况来明确相关形式，可选择性地加入一些烧煤泥等水分不高的煤种，以此降低燃煤成本。但是，在进行混配煤的时候，需充分保障煤的质量，可以参考相关标准，确保热量散发的稳定性。

5 火电厂集控运行节能降耗效果

通过上述措施实施，火电厂在节水、节电、节煤、节油等方面取得明显成效，为企业经济效益提升奠定了基础。在节水方面，通过现有机组定排冷却器改造，每年节约水分268.96×104t。同时通过市镇污水处理厂内中水应用，每台机组每日运行了节约水量925 t；在节电方面，厂用电率达到5.55%，较年度生产合同降低了0.22个百分点；在节煤方面，通过机组运行模式的优化，以及多机组低负荷下变压运行模式实施，供电煤耗率同比降低了1.75 g/kW·h，年节约标准煤达12 000 t。与此同时，全厂供电标准煤耗率完成了308.21 g/kW·h，较上年降低0.25 g/kW·h；在节油方面，每年节约燃油2.52×105t。

6 总结

在火电厂集控运行模式持续更新进程中，电厂供配电效率持续提升，但是因系统分析处理不到位，节能降耗技术效用发挥受阻，增加了资源浪费风险，影响了火电厂运行经济效益。火电厂应根据集控运行技术特点，从锅炉生产、汽轮机组等方面入手，加强再热器、锅炉排烟、热力系统、汽轮机、凝汽器管理，加强热量损失、电力能源损耗管控，保证集控运行的经济效益、环境效益。