600MW火電機組低負荷調峰經濟運行實踐研究

黃岡大別山發電有限責任公司 東 森

在我國電網峰谷差的日益增大和新能源發電介入背景下，600MW火電機組參與調峰已經是必然的發展趨勢，提高對600MW火電機組低負荷下的安全和經濟研究，對于提高機組調峰的安全性和經濟性具有重要意義。目前，對于大型火電機組的調控策略普遍關注調峰運行的安全性。因此，我國目前針對大型燃煤機組調峰過程中汽輪機轉子的溫度、壽命損耗得到了一定的安全性指標。然而，在我國節能減排工作的要求下，對火電機組的經濟性也提出了更高的要求。

1 火電廠內各機組之間的優化分配

通常情況下參與調峰的發電企業，大部分時間都未滿負荷狀態下運行，如果發電企業的實際負荷低于全場額定總負荷，那么各個機組間的負荷需要進行調整，才能保證全廠的總煤耗量最小，進而對提高我國生態建設水平、降低燃煤發電對空氣影響，以及落實節能減排工作能起到積極的作用[1]。因此，需要發電管理人員，針對火電廠各機組之間的負荷優化進行合理分配，在保證發電功率的基礎上合理地安排機組進行運行，將電力工程電網分配給發電廠的電負荷以及經濟性分配給各個機組，通過該方式降低總體的燃煤消耗量。

在發電廠管理人員對燃煤消耗量，以及各機組之間進行優化調整的過程中，需要使用到火電機組供電標準煤耗量的公式。在公式中發電機組的供電標準煤耗量，主要受到機組供電功率、汽輪機熱耗率、鍋爐熱效率以及管道效率等因素的影響，供電標準煤耗量會隨著鍋爐熱效率、汽輪機熱耗率以及用電功率和供電功率的變化而變化，主要呈現的是供電標準煤耗量和供電功率之間并不形成完全的正比關系，而是明顯的非線性關系。這就需要發電廠管理人員在進行各個基礎運行調整的過程中，充分選擇合適的基礎運行效率參數，保證降低燃煤消耗量。

需要注意的是，在實際計算過程中，由于入爐煤的劑量誤差相對較大，所以發電廠管理人員可使用反平衡試驗，來得到供電煤耗量和供電功率之間的準確關系，通過變負荷試驗，來得到不同發電功率下的鍋爐熱效率用電功率，以及汽輪機熱耗率，進而求得準確的火電機組供電標準煤耗量。并且，通過該方法所得到的供電標準、煤耗量和供電功率之間的關系是對應在當下設備參數、再熱蒸汽參數以及回熱系統的基礎上得到的，如果這些參數或者是狀態出現實際偏離試驗條件時，應對相關參數進行及時的修正，以此保證求得的供電標準煤耗量準確無誤。發電廠管理人員能夠充分利用現階段我國發展較為成熟的大數據技術，以及互聯網計算機技術來對相關公式進行計算，能夠有效提高計算速度，降低火電機組對電網負荷變化的響應時間，實現火電廠內部各個機組之間的在線優化分配目標[2]。

2 汽輪機循環水系統運行方式的優化

在火電機組參與調峰工作的過程中，可能會出現機組負荷偏離額定負荷的現象，這時發電廠管理人員可通過對循環水系統進行調整，來降低循環水泵的耗電量，從而降低發電廠的用電量，最終能夠實現降低火電機組供電標準煤耗率[3]。在針對汽輪機循環水系統運行進行優化的過程中，需要發電廠管理人員提前測量循環水流量以及消耗功率。對于發電廠管理人員而言，能夠采用等速電動機來拖動循環水泵的方式進行測量，通過該方式改變同時工作的水泵數量，進而實現調節水泵出水量。同時，發電廠管理人員能夠使用超聲波流量計來測量水循環量，使用超聲波流量計能有效的測量出準確的循環水流量，為之后落實汽輪機循環水系統運行優化提供良好的數據條件。

根據使用的水泵類型不同，發電廠管理人員可采用單相或者是三相電度表，來對其運行過程中所消耗的電量進行測試，將測試所得到的數據除以時間就能夠得到消耗的電功率，然后結合水泵在不同狀態中所消耗的電功率，以及循環水流量來設計汽輪機循環水系統運行優化方案。除了要測量水泵的循環水流量以及消耗功率之外，發電廠管理人員還應計算出汽輪機排汽的壓力，這樣能夠為后續降低標準煤耗量提供一定的數據基礎。

由于汽輪機排汽變化會引起汽輪機水循環系統運行的電功率變化，所以發電廠管理人員應在滿足安全運行的基礎上，選擇消耗功率最小的循環水泵組合方式，根據不同方式下凝汽器壓力的變化，來確定汽輪機發電機組電動功率的變化。在以上工作落實之后，發電廠管理人員應依次確定出各個循環水泵組合方式下，對汽輪機電功率的增加與循環水泵消耗率的增加，通過這種方式所對應的循環水泵組合方式，就是汽輪機循環水系統運行的最佳方式，也就是大型火電機組調峰工作中有效的水循環運行方式。

3 輪機配汽方式優化

發電廠管理人員對汽輪機的配汽方式進行優化，也能夠有效減少汽輪機在負荷下的節流損失，進而有效提高火電機組在調峰低負荷下的經濟效益。在傳統的發電廠，汽輪機往往是進口制造的600MW汽輪機，這些汽輪機在原設計中附帶了一定的基本負荷，主要的控制系統按照混合控制的方式進行設計，同時這種機組完全按照出廠設計的閥門開關方式進行低負荷狀態下調控工作，機組的調節氣門節流損失會明顯增加，進而降低汽輪機的運行質量和效率。

除此之外，也有部分汽輪機是按照順序閥控制的方式進行設計，所以在運行過程中，汽輪機制造廠家提供的設計參數和閥門函數，可能會因為運行過程中其他原因，造成實際數據和設計數據產生偏差，進而會導致汽輪機在實際運行過程中標準配汽方式不是最優方式。因此，為充分提高600MW火電機組在調峰狀態下的運行質量，降低燃煤消耗量，應對汽輪機配汽方式進行一定的優化。如對某汽輪機配汽方式進行優化過程中，應充分結合汽輪機配汽方式的特點來進行實際的測量和計算。本文汽輪機高壓調節氣門配汽方式和傳統單閥控制，或是順序閥控制方式不同，使用的是混合控制方式，其函數見表1。

表1 某600MW汽輪機高壓調節閥參數

這種汽輪機配汽方式的優點是在汽輪機啟動的初期，4個調節氣門能夠同時開啟，所以汽輪機在運行過程中相當于全面進氣，氣缸受熱均勻，能夠避免高壓缸熱變形或者是降低進氣端熱應力的現象出現。但這種配汽控制方式也存在一定的缺點，火電機組在完全額定負荷運行的過程中，如果火電機組在調峰狀態下使用該控制方式進行汽輪機配汽，那么火電機組的經濟效益明顯降低，并且存在機組負荷越低，其節流損失越大，所需要的燃煤消耗量和浪費量也越高的現象。

為有效解決該汽輪機配汽方式，發電廠管理人員可將混合配汽方式改為順序閥控制方式，通過對各個調節氣門的重疊度進行優化，降低汽輪機調節氣門的運行節流損失，提高汽輪機的運行經濟效益，進而提高大型火電機組的經濟效益。值得注意的是，汽輪機在配汽方式發生變化后，其溫度變化量也會發生一定的變化，所以需要發電廠管理人員對汽輪機的應力和壽命進行重新分析和計算，保證新型配汽方式能夠滿足火電機組在調峰狀態下的經濟效益要求。

4 鍋爐配煤優化

發電廠除了要對大型火電機組內部進行優化方式的調整之外，還應該利用外部鍋爐配煤，以及燃燒的方式來，對火電機組在低負荷調控工作狀態下的經濟效益進行支持。首先發電廠管理人員應提高燃煤質量，在對燃煤進行選擇過程中，要停止燃煤和劣質煙煤進行摻用。這樣能夠有效提高燃煤燃燒的熱效率，進而對降低燃煤使用量能夠起到積極的作用。發電廠管理人員還要對燃煤制粉系統進行調整，將火電機組設計為6臺磨煤機，將磨煤機按照燃燒器的具體使用情況進行布置，在高負荷使用時能夠5臺通用，1臺備用。在低負荷時能夠使用4層磨煤機和制粉系統，這樣能夠保證低負荷下火電機組的運行質量和效率。

值得注意的是，使用該制粉系統應嚴禁隔層運行，因為在實際燃燒的過程中隔層燃燒可能會導致中間斷層區域斷火，進而對火力發電機組的運行質量造成不良影響，同時隔層燃燒也不利于上層燃燒器進入煤粉的著火質量。針對不同層次的制粉系統應選擇不同的給煤方式。在底層的制粉系統中，發電廠管理人員應結合技術人員制定的相關計劃，進行手動或半自動燃煤投入，如果底層燃煤燃燒的質量無法滿足火電機組低負荷運行的要求，能夠充分結合預定計劃來對其他層次的磨煤機進行運轉，保證至少三層的制粉系統運行，這樣能夠為火電機組正常運行提供保障，同時也能適度減少發電廠用電，提高火電機組使用的經濟效益。

在磨煤機運行過程中，發電廠管理人員以及技術人員應適度降低磨煤機的油壓，這樣能夠降低磨煤機出現振動幅度加大的現象。技術人員對磨煤機的運行狀態和運行參數進行全面的觀察，避免磨煤機異常而導致運行質量影響火電機組運行質量。對于大型火電機組在低負荷調峰狀態中的運行模式，調至上限85℃左右運行，這樣能夠提高煤粉的著火質量和效率，降低制粉系統風壓，以及防止一次風過大造成煤粉著火燃燒滯后的現象出現。

5 燃燒調整

在火電機組進入低負荷運行狀態時，應對風量進行及時調整，保證氧氣含量維持在較低的范圍內，技術人員應將其他燃料風以及偏置風道板的開度控制在2～3成。對于鍋爐負荷低于300MW時，技術人員應使用設備重點關注火嘴火焰的強度，強化就地看火，如果在這一過程中發現火焰強度閃爍，或是火焰發暗以及氧氣含量上升等現象時，技術人員應使用油槍提高助燃，并且投入一定的等離子裝置提高燃燒穩定性。

需要注意的是，等離子點火裝置必須由專人進行監視，在發現等離子斷弧之后立即投入，這樣能夠有效的避免鍋爐內部燃燒不穩定，或是下一個等離子斷弧導致故障擴大的現象出現。技術人員在投用等離子點火裝置之后，需要重視等離子點火裝置的燃燒情況，因為等離子點火裝置可能會造成燃燒器局部燃燒強化的現象，進而可能會引發燃燒器外壁著火損壞，對火電廠的經濟效益目標實現造成不良影響。所以，需要技術人員加強對等離子壁溫以及燃燒器壁溫的重點監控，在發現等離子點火裝置造成燃燒器局部燃燒加強之后，選擇合適的方式對燃燒進行降溫減火。

在爐膛負壓的波動大于200Pa的范圍內，或是技術人員發現爐膛出口含氧量快速上升時，技術人員應及時投入足夠的油槍在合理位置進行助燃，待鍋爐燃燒以及火電機組負荷穩定之后及時斷油，退出等離子點火裝置，技術人員在斷油過程中應保證制粉系統的運行正常，爐膛燃燒穩定以及含氧量無上升。在斷油退油的過程中，技術人員先退出一支油槍，經過5min，爐膛內部燃燒仍舊正常，可以逐步退出后續油槍。最后，技術人員在火電機組低負荷運行的過程中，應重點監視鍋爐總風量以及單側的二次風量，一旦發現風量參數出現變動應立即查明原因，聯系相關工作人員進行處理，有效提高火電機組在低負荷調峰狀態下的穩定工作質量和經濟效益。

總而言之，以600MW火電機組為例的大型火電機組在低負荷下進行調控工作，可有效滿足現階段我國生態環境建設，以及節能減排工作的要求，同時低負荷調峰工作狀態也是未來我國大型火電機組運行的主要期望狀態。因此，發電廠管理人員在大型火電機組進行調峰低負荷狀態下工作時，應充分結合火電機組內部各個系統運行的質量參數，保證火電機組在安全運行的基礎上實現經濟效益最大化，進而對推動我國經濟建設、生態建設和現代化建設起到積極的促進作用。