鍋爐低負荷最佳運行參數的若干分析與研究

邱代林

摘 要：基于海量實時歷史數據進行火電機組鍋爐性能指標的計算和分析，并從鍋爐的現場測點、運行工況、數據修正、性能計算及各參數影響權重等多方面進行電站鍋爐最佳運行參數研究。

關鍵詞：電站鍋爐；實時優化；節能減排；運行參數

中圖分類號：TK227.1 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）01-0016-02

隨著國內經濟的整體放緩，加上國內電源建設的快速發展，電力供需矛盾已趨緩和，火電機組利用小時數逐年降低，低負荷運行時間增加。分析和研究鍋爐偏離設計工況的低負荷下的最佳運行參數，提高機組的整體經濟效益，對當前的節能減排工作具有重要的意義。

鍋爐爐膛出口氧量是機組運行中最容易調整、變化范圍最寬、與其他運行指標耦合性最強、對經濟性和污染物排放量影響最大的參數之一。機組若想實現經濟與環保的目標，關鍵是尋找最佳運行氧量曲線。

制粉系統和送引風機電耗率（設備電耗/上網電量）約占機組2%的廠用電率，降低設備電耗可以帶來直接的經濟效益。

從鍋爐最佳運行氧量優化、制粉系統運行方式和參數優化、送引風機運行方式優化等方面出發，結合火電廠現場運行的實際情況及實時歷史數據進行穩定運行全工況運行參數分析，并基于單機組長期運行情況的縱向比較分析和基于多電站運行情況的橫向比較分析進行鍋爐最優運行參數的分析和研究，提出了若干措施，為機組低負荷的經濟環保運行提供了非常重要的工程實踐和經驗。

1 鍋爐最佳運行氧量優化技術

在各項熱損失中，排煙熱損失是最大的一項，因此，降低鍋爐熱損失、提高鍋爐效率的關鍵手段是降低鍋爐排煙損失。而排煙熱損失的主要決定元素是氧量，所以此處的關鍵是尋找最佳運行氧量曲線。

有學者提出了不同的分析和算法，無論哪一種算法，都是通過傳統的現場試驗得出的。推薦在40%～100%ECR負荷區間分成若干工況，每個工況下進行至少3～4個不同氧量的測試，計算出各工況的排煙熱損失、化學未完全燃燒熱損失、機械未完全燃燒熱損失、散熱損失、灰渣物理熱損失、過熱器和再熱器減溫水流量、鍋爐效率、廠用電率、供電煤耗等重要的經濟指標，確定出每個負荷點下的最佳運行氧量，從而形成一條指導機組經濟運行的最優氧量曲線。

傳統現場試驗獲取最優氧量曲線的方式耗時長，投入的人力大，但是經常反復試驗得到的數據準確性高。

基于遠程監測的電站鍋爐最佳運行參數研究，基于海量的歷史實時數據，運用擾動解除法從送風量、氧氣等幾個方面的參數著手，以機組鍋爐穩定性和安全性為約束條件，以經濟性和環保性最佳為目標進行尋優，經過機組長時間運行形成一個歷史尋優參數數據庫，使用偏差包絡線法控制該參數，給出參數的允許控制偏差，從而得到一條運行的最優氧量曲線。

這種獲取最優氧量曲線的方式的優勢在于，其依托海量的歷史實時數據，長時間尋優可以得到和電廠實際運行參數比較接近的數據。算法采用行業標準，實現基于單機組長期運行情況的縱向比較分析和基于多電站運行情況的橫向比較分析。

這種方式的劣勢是，計算中需要采集的點通過DCS采集，會出現由于測點值的精確度不夠而影響計算結果的準確性。但是一般這種情況不會影響尋優結果的準確度，因為這種尋優方式是基于單機組長期運行情況的縱向比較分析，因此還具有很高的可信度。最優氧量曲線會在基于尋優得到的最優氧量曲線通過實驗驗證后才能確定。

2 制粉系統運行方式優化技術

制粉系統運行方式優化技術是通過試驗確定制粉系統啟停負荷切換區間，主要是確定3套制粉系統與4套制粉系統的負荷切換區間以及4臺制粉系統與5套制粉系統的負荷切換區間，尋找制粉系統最佳負荷切換區間。

以某電廠5號機組（600 MW燃煤機組）為例，在380 MW工況點共進行了3個試驗工況，即4臺磨（CDEF組合）運行方式和3臺磨（CDE組合和DEF組合）運行方式。

通過對相同負荷下不同磨的組合方式進行對比表明3臺磨能夠帶380 MW負荷；3臺磨與4臺磨的運行方式，對鍋爐的灰渣可燃物和排煙熱損失基本上沒有影響，主要是影響鍋爐的制粉單耗。380 MW負荷點4臺磨運行工況下，制粉單耗為20.59 kW/t煤，鍋爐側6 kV電機電耗為8 835.53 kW；380 MW負荷點3臺磨運行工況下，制粉單耗為18.53 kW/t煤，鍋爐側6 kV電機電耗為8 536.49 kW，如表1的經濟性比較。

根據不同負荷下對制粉單耗的分析可以得出，當負荷大于360 MW時，制粉單耗煤在大部分負荷下均小于20 kW/t，但是在400 MW負荷點和480 MW負荷點，制粉單耗煤均大于20 kW/t。這主要是由于400 MW負荷是3臺磨與4臺磨運行工況的銜接點；480 MW負荷是4臺磨與5臺磨運行工況的銜接點。

因此，機組在運行過程中，應該盡量避免在480 MW負荷點和400 MW負荷點長期停留。另外一點需要注意的就是，盡量維持運行的磨煤機出力在40 t/h以上，從而降低制粉單耗，降低爐側廠用電率。

通過理論分析及采集到的電源側遠程監控實時監測數據，可以擬合實際運行中不同工況負荷下制粉系統單耗曲線，根據專家預測及專家指導意見，給出診斷報告發送給電廠，從而避免機組在單耗高區域長期運行造成的耗損，降低爐側廠用電率，實現鍋爐側優化運行。

3 送引風機運行方式優化技術

現代大型機組，即便在額定出力下，送引風機仍然存在一定的裕度。如果機組長期在低負荷區段運行，送引風機均不能工作在高效率區域，造成送引風機電耗增加。因此，可以在低負荷區段停一側送引風機，保留單側送引風機運行，使運行的送引風機工作在高效率區域，達到節能降耗的目的。

以某電廠4號機組（600 MW燃煤機組）為例，進行停運單側送引風機試驗。經過試驗得出，從雙側送引風機運行到停一側送引風機運行，運行人員操作需要約20 min；試驗結束后，并入備用的送引風機，運行人員操作需要約20 min。在實際操作中，負荷具備條件后停一側送引風機穩定后再并入，一共需要40～60 min。單從時間上來看，至少要高于4 h的連續低負荷運行才有必要停一側送引風機。

經過計算分析，雙側與單側送引風機運行對鍋爐效率影響不大，主要影響的是鍋爐側廠用電率。在300 MW負荷下，單側送引風機運行與雙側送引風機運行比較：送風單耗降低0.30 kW/t蒸汽；引風單耗降低1.11 kW/t蒸汽，鍋爐熱效率略升0.12%，消耗的總電耗降低561 kW，折算為供電煤耗約為0.65 g/kW·h。

經上述分析可以看出，風機等重要設備，由于運行方式、運行效率區間不當，會造成電耗增加、能耗損失。為了避免此類損失，擬采集現場風機實時運行數據，去除壞點，數據修正后，擬合成風機的運行效率區間曲線圖，讓運行人員可以直觀地了解設備運行狀況，通過專家診斷給出運行調整措施方法，發送診斷報告給電廠，實現節能優化的目的。

4 總結

鍋爐低負荷最佳運行參數有很多可以研究和分析的對象，本文基于海量實時歷史數據進行火電機組鍋爐性能指標的計算和分析，進行鍋爐多工況下最優化運行模型的建立，提出了最佳運行氧量優化、制粉系統運行方式和參數優化以及送引風機運行方式優化技術，為機組低負荷運行提供了非常重要的工程實踐和經驗。

〔編輯：吳珍〕