350MW 超临界燃煤发电机组低负荷运行安全分析及节能措施

韦洪榆

（广西华磊新材料有限公司，广西 平果 531399）

0 引言

随着全球社会对于环境污染以及资源短缺问题的重视，在各类生产过程中也在日益要求节能减排，尤其是在燃煤火电厂，由于煤炭是一种不可再生资源，贮存量有限，所以如何合理降低煤炭消耗量，对于火力发电企业而言是非常重要的一个研究课题[1]。

目前，我国的新能源发电技术发展极快，为了给新能源发电技术留出市场，当日间内光伏发电和风力产生的电能较多的情况下，就要求火力发电机组降低负荷调峰工作，这就使得其处于低负荷运行状态[2]。

需要注意的是低负荷运营下虽然机组的发电总量降低了，但是各机组零部件依旧处于运转状态。各零部件在运转时就必须要足够的能源作为支撑，因此发电的经济性受到了影响；同时由于各机组不是处于标准负荷下的运营状态，因此其安全性也会显著降低。具体来说，低负荷下所锅炉炉膛、SCR 入烟口的温度都会降低，使得燃烧的稳定性大打折扣，同时SCR 脱销效率显著降低，造成逃逸氨逸增加，空预器堵灰更加严重[3]。

1 影响燃煤发电机组能耗的主要因素

燃煤发电机组是一个把煤炭在燃烧过程中产生的热量转变成机械能并最终转化为电能的装置。机械设备自身的运行状态对电能的转化效果影响很大，但是除此以外，还有许多其他的因素也制约了功率，包括能源本身的稳定性、热机组的排烟程度、冷端系统的加热器组等各种因素。下面将就上述各种因素加以研究与讨论。

1.1 燃料本身的特性对能耗的影响

煤炭本身具有不同的品质，高品质的煤炭在燃烧的过程中可以产生更多的热量，且燃烧效率更高。煤炭深埋在地下，主要由碳、水分以及挥发分等组成。一般来收，挥发分含量越高，煤炭燃烧的越充分，燃烧的效率也越高。而煤炭中含有的水分和杂质等含量越高，由于它们都不属于可燃物质，煤炭燃烧的质量会越差。而低品质的煤炭中含有较多的杂质，如水分、金属、无机物等，这些杂质的存在使得煤炭的燃烧效率降低，导致机组的能耗增加。因此，燃料本身的质量会对机组整体能耗造成较大的影响[4]。

1.2 机组中排烟温度对能耗的影响。

煤炭在燃烧过程中会形成许多烟气，但因为烟尘的温度相当高，在排出过程中，会带走一些热能。例如，若某机组的排烟温度是300℃，如果下降到200℃之后排出，则节约下来的热量仍能供机组有效地使用，这部分的功率损失就会减少约30%。所以，合理降低排烟的温度，也有利于发电机组的能源下降。但是，由于当排烟温度下降时，会对空气预热器造成不良作用，甚至会引起空气预热器的锈蚀问题，这将会直接威胁到发电机组的安全运转。所以，如何选取恰当的排烟温度，在发电机组运转的安全与发电机组能源这二者寻找平衡点，就成为十分关键的研究课题。

1.3 冷端系统对能耗的影响

冷端系统主要由凝结水系统和逆流热交换系统所构成。由于冷凝器的压力，直接反映了冷端系统的各个设备的性能指标和经济指标，和机组内部的温度变化也相关，这部分的功率损失基本不可控。

1.4 加热器组对能耗的影响

在燃煤机组运行中，利用加热器中的温度来控制的端差。加热器的温度必须要维持在一个合适的范围内，温度过高或过低都会影响到机组正常运行。因此保持火电机组温度处于正常的范围内，同时端压差也保持在恒定，这样就可以有效减少水加热器的功率损失。

2 影响机组低负荷安全经济运行因素

2.1 影响机组安全运行的因素

从燃烧方面考虑，在低电压时易引起高压锅炉温度的不稳定，燃煤锅炉的温度变差时，热稳定性和抗扰动特性也变差，易导致锅炉的MFT 启动。低温度时，脱硝反应器的烟温降低，最低的温度可能会降到只有280℃左右，在此低温下催化剂的活性得不到充分的发挥。为了能很好地对烟筒出口氮的氧化物含量进行控制，会提高喷氨量，由此导致空预器的堵塞问题更严重[5]。

2.2 影响机组经济运行的因素

低负荷运行对机组燃煤锅炉的工作温度、以及其主辅机的经济性都有重要影响。首先，在低负荷时期，由于燃煤锅炉中高温的空气系数偏大，将相应增加燃煤锅炉中高温的排烟能量损失；其次，因为受全球煤炭市场环境影响，目前进厂的煤炭质量也参差不齐。同时由于各辅机均运行在极限范围内，不仅降低了辅机寿命，且造成电耗增加。此外，在机组低负荷期间，再热汽温度也很低，最低可达350℃，从而严重地降低了机组经济性。而在深调峰运行时期，因为燃烧温度不稳，又需要投油稳火，所需要使用的燃料总量又较大，因此燃油消耗也很大。当给水泵的总流量超过大于给水泵最小流量阀的开启值时，给水泵循环重塑性调门就会在10%～30%的最小开度范围内发生变化，不但造成了给水的前装泵电流密度增加，供电成本也增加，而且由于调门的开启范围较小，给水会对给水泵再循环调门阀体造成冲刷，造成调门不严，增加后期维修成本。

3 改善机组在低负载安全经济运行的能力对策

3.1 工质侧安全运行措施

分离器出口过热量也是锅炉安全工作的关键指标参数，经过研究后认为，将“机组负荷＜400MW 且任一储水箱水位高＞16.04m 且分离器出口过热度＜8℃，锅炉MFT”，负荷降低。经过与给水泵厂家的探讨，以及经过汽机专家研究后决定在保证给水泵正常运行安全的情况下，对原给水泵循环再造门的逻辑进行调整，在优化前给水泵流量等于500t/h 时循环再造门全部开启、等于700t/h 时循环再造门全闭，在调整后的给水泵流量等于400t/h 时循环再造门全部开启、等于500t/h 时循环再造门全闭，同时还将原装泵的给水泵的最小流量跳闸限值由400t/h 改为350t/h，通过这些逻辑调整措施，实现了即使在目前的350MW 的调峰运行区间内，给水泵的再循环调门都不开启，以保证出水流量稳定，给水流能力均衡，同时避免了给水泵的自动停机或高压锅炉温度MFT 的风险下降，这样可以保证受热面不超温。

3.2 汽机侧经济运行措施

机组内一共有3 台凝结水泵。在机组正常运行的过程中，其中两台凝结水泵是处于变频工作状态的，第3 台则是处于备用状态。为了降低水泵的整体耗能，可以进行如下调整：首先，当负荷不高时，应该尽可能保持只有一台水泵处于变频工作状态，另外两台处于准备状态。且3 台设备之间的切换不应该过于频繁，因为每次开启设备都意味着能量的耗用，一般来说运行时间的间隔必须掌握在不少于4h；同时，在日常运行时二台运行凝结水泵的机器之间必须交叉进行自动启停操作，以避免只对单台凝水泵频繁的自动启停操作；在机组低负荷时，尤其是冬天，可以将逆流热交换由全塔配水改为半塔配水，而除在夏季，或当机组负荷在260MW以下时，且当逆流热交换供水温度大于26.5℃，逆流热交换的运行方式也应该倒成二机三泵的运行方式，从而减少了整厂用电，在其余情况下，也可以维持单机单泵的方式运行。机组低负载时，当冷却水流入汽轮机之后低压缸的蒸发能力减弱，而凝汽器则继续处于最大真空度以下，而此时冷凝液的过冷量也相应增加。在低负荷时候可以停运一台总电压在6kV 级以上的烟气冷凝水泵机组这样就减少了用电率，也就是当机组短时升高负荷，排烟温度上升时，就能够利用短时的低温节省煤机的烟温，从而满足烟囱出口温度上升的需要。配电间设备安装后，带空调供电系统的额定温度为均24℃，并依据变配电间温度相应变化空调的运行方式；变配电间轴流风机则依据变配电间的温度进行适当开启和停机，并结合实际需求适当变化运行方式以达到节电效果。

3.3 管理端安全与节能措施

3.3.1 优化生产环节的减排增效

毫无疑问，运行质量对节能减排带来了非常关键的作用。在燃煤发电机组的运营中，要从生产环节来进行调整以达到降低建设成本同时保证输送的电力稳定性的目标。当前，我国所有火力发电厂的燃料物质的采购与使用成本大约占据了总生产成本的40%以上。且这部分成本属于前期成本，无论发电效率如何这部分成本都是已支出的。因此，如果煤炭的品质不过关，那么在燃烧的过程中效率将会大打折扣，无法将煤炭能源充分转化为所需要的电能。而要获得足够的发电量，那么就必须要投入更多的原料，这无疑会使得生产成本进一步上升。因此，想要在生产环节实现节能增效就必须要从源头进行把控，即采购优质煤炭，或者在煤炭采购回来后采用相关技术进行品质的提升。

从能源消耗方面来看，在燃煤发电机组中消耗能源最大比例的设备是高压锅炉。如果能够优化锅炉的燃烧效率，就可以大幅减少对燃煤能量的耗费，可促进节能减排目标的实现。为此可从以下方面来进行调整：①提高进炉时的空气温度，并保证混入空气与燃煤的良好比例，以确保在锅炉温度内实现完全燃煤化，也可将燃煤研磨成细粉，以让其在锅炉温度内与空气完全接触。②采用质量上比较先进的建筑保温等形式，以增加在锅炉高温附近的空气温度，以减少因为建筑温度差所产生的热能损失。

3.3.2 建立组织架构，开展监督管理全覆盖

无论是如何先进的生产技术和优质的煤炭燃料，都必须要在人员的监管下才能够发挥出最大的效益。从实际的生产中来看，很多一线生产人员并不具有充足的节能减排思维，在工作中对很多细节问题视而不见，因此造成了大量的能源损耗。为了改变这一现状就必须要建立起完善的组织架构，对日常的生产进行严密的控制与监督。一旦发现存在生产上的人为因素导致的能源消耗，就必须要及时介入并督促其进行修整。同时为保证国家可持续发展目标的成功实现，可以在生产基地中成了减排目标与节能科技服务中心，在政策法规研究方面比较深入地和全面的开展了节能减排有关法律法规的研究，同时大力推广节能减排新科技，对废热火力发电企业的相关节能减排新科技进行调查摸底研究，对有关信息加以搜集和分类研究，为节能科技的发展研究方向提供了数据支撑。此外，加强各国间的科技交流与协作，推动节能减排科学技术的开发。

3.3.3 建立健全试验检测手段，监督管理不间断

要邀请相关领域的技术专家到生产基地中进行调研与考察，找出当前生产过程中存在的技术原因或者管理原因导致的安全漏洞以及能源损耗。并在专家的指导之下进行技术升级或者管理制度的优化。以建立并健全企业节能减排的技术标准，同时，企业还需要健全对节能的监测方法，为确保企业节能产品的有效使用和推广，企业监察部门也要出台相应要求，除要建立节能减排的目标值之外，还要不定期开展现场确认工作开展对节能的现场检测，以提高监测的准确性。

3.3.4 全面落实节能减排管理措施

节能减排工程是一个大项目且具有复杂性，涉及燃煤发电过程中从燃料采购、燃料存储、燃料品质升级、生产技艺、人员管理等各个方面。要想对这些方面进行统筹的管理就必须要借助科学的管理制度与措施。要对火电厂的设备进行技术信息的搜集和总结、研究找出当前存在的不足并制定具有针对性的解决方案。同时，还需要关注世界范围内的先进技术，成立专门的技术调研团队，以保证第一时间掌握最新的节能减排的技术，使火电厂能够采用最新的科技、最新的技术和最新的装备，进行发电的正常运行。除此以外，还要不断完善节能减排科技管理的有关标准，为工作的开展奠定基础。

4 结语

综上所述，火力发电在我国电力生产的领域中占据着重要的地位，火力发电的效益以及安全性至关重要。随着科技的发展，新能源发电业取得了一定的发展，但是目前为止新能源发电的总量尚不足以满足人们的用电需求。且潮汐能、风能、太阳能等发电形式还受到环境因素的制约，因此火力发电依旧是我国电力生产的主流。当发动机组处于低负荷运行状态下时，要从工艺、技术、物料来源、人员管理等方面进行管理，切实降低不必要的能源损耗，以提升火力发电的效益。