火電廠集控運行節能降耗措施研究

曾學文

（國家能源集團江西電力有限公司，江西 南昌 330029）

當前，中國火電廠集控運行模式發展如火如荼。通過一段時間的發展，已基本實現了對整個火電廠的全面覆蓋。但是在能源利用方面，火電廠集控運行節能遠遠落后于火電廠內部設備的飛速發展，能耗占比仍然處于較高的水平，成為阻礙火電廠集控運行模式大范圍推廣的首要因素之一。從節能降耗視角入手，研究火電廠集控運行的優化措施具有非常重要的意義。

1 火電廠集控運行情況

某火電廠位于市鎮東北部，距離市鎮0.8 km，東南方向為鐵路樞紐。該火電廠規劃容量為2 400 MW，已安裝2×300 MW機組、2×600 MW機組，已投產發電，主廠房選擇汽機房、煤倉間、鍋爐房、除氧間并列式布置方式。根據現代化火力發電機組生產過程控制需求，采用了DSC和可編程邏輯控制器等計算機控制系統，該系統以中小型計算機為載體，實現了集中控制、集中管理。可編程邏輯主要是在機組處于協調控制模式下（汽輪機控制與鍋爐控制均在自動狀態），根據機組指令回路接受電網中調AGC指令或者機組運行人員指令，由汽輪機控制實現系統、鍋爐風粉控制實現系統達到對系統負荷指令相應目的。而在AGC投入條件無法達到時，可以由機組運行人員采取鍋爐跟隨汽輪機控制的方式，配合參數設置，驅動鍋爐自動調整壓力，汽輪機則控制功率均衡。

2 火電廠節能降耗的特征

增強對資源的利用率。火電廠在實際進行生產的時候，通常會消耗很多的煤，這些都是屬于不可再生資源，通過應用創新技術，采用更加先進的生產技術，可以極大地提高生產效率，加強對資源的利用效率。

促進技術進步。為有效降低火電廠在生產過程中的能源消耗，就需要改善生產技術。在以往的生產模式中，因為技術的落后，資源利用率較低，導致出現了很多的資源浪費。為實現降低能耗的目的，就需要對現階段的生產技術進行創新，以此推動技術的進步。

促進企業長久發展。火電廠應用集控運行模式，增強資源利用效率，減少污染物排放，可從生產角度上加強生產效率，降低能耗，減少環境污染，這對于推動火電廠的長久發展來說，可起到至關重要的作用。

3 火電廠集控運行方面存在的問題

過熱氣溫系統的控制問題。在給過熱氣溫系統進行調控的過程中，工作人員一定要調整好空氣系數，以此保障水與煤比例的合理性，這樣一來，才可以使汽溫系統達到最好的運行狀態。若是有誤差發生，就會非常有可能出現過熱的情況，進而對整個系統的穩定性造成不好的影響。所以，工作人員一定要強化自身的技能以及隨機應變的能力，如此才可以在系統發生微過熱這一問題時，采取科學有效的方法加以解決，能夠通過直流爐來完成對煤水比例的正確調整，可切實確保它的運轉效率。但是過熱汽溫系統也會在運轉上發生些許問題，這主要是因為它的結構有問題而出現的，如設計的不合理，或者在生產環節中有缺陷等，只要發生上述提到的任意情況，都會影響到熱汽溫系統在運行中的效率。

再熱汽溫系統的有效控制。把再熱氣溫系統的控制情況與過熱氣溫系統的控制情況展開比較，前者的控制過程要更為復雜。因為執行中的困難系數增加，難以順利進行，部分火電廠也不具備信心，但為了保障火電廠的正常運行，有很多人認為，采用較簡單的方式來維持現狀，如借助減溫水。雖然此方法也可以促進火電廠的正常運行，但是站在長遠的視角來看，其會對設備造成破壞，這樣一來，就會降低火電廠的效率。通過長時間的實踐來看，可采用擺動燃燒器，來調節蒸汽加熱系統。

主汽壓力系統的合理管控問題。就現階段發展而言，火力發電廠對主汽壓力系統的管控，主要是利用主汽壓力計算公式來完成的，并且此公式能夠極大地滿足中國在這一領域中的需要，促使工作難度降低，逐漸減少學習中的問題，因此，其在主汽壓力系統的管控中得到了大量的應用，這就對人員提出了更高的要求，應充分掌握此項技能。然而在具體的應用中，部分火力發電廠在間接能量平衡系統的應用操作上，還是會存在些許的問題，所以，在這種形勢下，一定要借助能量平衡公式，來重新展開相關計算。

4 火電廠集控運行的節能降耗措施

4.1 節能措施

節水措施。現有機組定排冷卻器改造是降低火電廠水分損耗的主要因素之一，以往火電廠設備中冷卻器均為列管式冷卻器，中冷器由剛性固定支承布置在一級汽缸、二級汽缸之間，后冷器以立式布置在二級汽缸后基礎位置，具有冷卻效果不理想、使用年限短、維修難度大等缺點。因此，技術人員可以利用排氣量較小的壓縮機支持的定排管式冷卻器代替上述模式。首先，由一級汽缸出口引出一個滿足流量要求總管后通入冷卻水池并劃分為多排小管徑冷卻排管；其次，經冷卻水池將多排小管徑冷卻排管匯聚成一條總管；最后，經一級油水分離器（二級汽缸口法蘭上）進入二級汽缸進口。其中一級汽缸總出口管道內徑計算公式如下：

式（1）中：Q為氣體容積流量，為40.00 m3/min；Vp為氣體在管道內平均流速，為16.00 m/s。

代入數值后，可以選擇一級汽缸總出口管為D159×4.5的無縫鋼管。改造后可以通過提高中間冷卻器的冷卻效果，節約水分指示功，并降低整機功耗。

在冷卻器改造的基礎上，火電廠可以依據一水多用、逐步降級使用的方針，對接污水處理廠中水，用于機組運行鍋爐補給水或者輔機冷卻水、熱網補水，并將配套建設的給排水、中水深度處理回用系統納入集控運行體系，沿著污水處理廠中水→機械加速澄清池→變孔隙度濾池→清水箱→升壓泵→反滲透及除二氧化碳器→中間水箱、中間水泵→二級除鹽水箱→鍋爐補水的思路，進行水分節約應用。

節電措施。火電廠應根據現有輔機運行情況，以水泵、風機等輔機為對象，由變頻模式代替恒定頻率模式，降低儀器設備能源損耗。即負荷低于160 MW時，切換為2個調節汽門全開模式；在負荷超出180MW時，采取定壓運行方式，保證鍋爐額定主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度，且汽壓降低汽溫一定時汽輪機容積流量、流速處于恒定狀態，結合允許給水壓力相應降低的設置，顯著減少變速給水泵的用電量[1]。同時在優選能耗低的照明設備類型的基礎上，將照明設備運行時間、開啟/閉合管理納入集控運行體系中，降低非必要電力電源損耗，為電力能源控制目標的實現助力。

節煤措施。在火電廠鍋爐集控運行階段，燃料不充分燃燒情況發生頻率較高，勢必造成固體能源的低價值損耗，對周邊生態環境造成污染。因此，相關技術人員應從燃料充分燃燒視角入手，及時調整燃料燃燒狀態，降低燃料化學燃燒熱損耗[2]。同時科學調整風量，控制空氣過剩系數處于較小的水平，維持爐膛內部溫度一定，保證煤料燃燒熱量傳遞效果。為最大限度提高煤燃料利用率，可以設定集控運行時煤種混用比例，根據燃料燃燒情況，科學加入褐煤或其他低水分含量煤種，節省煤料損耗，提高煤資源利用率。

節油措施。在火電廠鍋爐集控運行時，技術人員應從提升設備運行穩定性出發，每間隔一定時期進行鍋爐、設備特別是低負荷燃燒狀態下設備檢修。同時將大油槍更改為小油槍，由等離子點火系統代替油槍點火系統，配合燃油助燃概率的精密控制，達到良好的節油效果[3]。

一般在汽輪機組為60萬kW時，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，技術人員可以汽輪機軸封系統為對象，時刻關注凝結水過冷溫度，防控凝結水過冷、真空系統泄漏問題出現。同時在檢查凝汽器或排氣裝置蒸汽入口位置密封性的基礎上，技術人員可以將自動化技術應用到濕冷機組中，驅動凝汽器根據實際運行水位、水溫以及循環冷卻水供應量進行自適應調節，保證水溫、水位、循環冷卻水供應量均處于正常范圍內。

火電廠集控運行技術的智能化。就現階段發展而言，智能技術得到了非常大的發展空間，而將其應用在火電廠集控運行方法中，將會有效促進火電廠集控運行的智能化。通過在火電廠管理工作中借助模型進行分析，深入分析具體的模型，能夠在最大程度上增強集控運行的智能化水平，并且利用計算機技術，可遠程操作模型，如此一來，就切實達成了對火電廠集控運行的智能操控，進而在最大程度上減輕人員的工作壓力，舒緩心情。隨著智能化技術的深入應用，可有效增強火電廠集控智能化的水平，進而通過集控運行的優勢，來處理在生產過程中的問題，促進火電廠集控運行的節能降耗。

創建集散系統控制技術。火電廠集控系統中涵蓋了非常多的技術，其中有集控、集散技術等，為真正實現良好的集成降耗效果，應合理采用這些技術。在這些技術當中，集散系統控制技術應用中還涉及到了其他的技術，如分層控制模式等，這些模式都很復雜，結合此情況，應對每個具體的調整過程進行修正，然后化整為零，逐漸形成一個節能優化系統。采取這樣的方法，能夠有效確保機組正常運行，合理控制各項參數，促使其接近于設計值，這樣就可以將能耗，降低的水平。閥內漏對能耗有著非常大的影響，通過創建集散系統控制技術，可組建閥門內漏臺賬，人員結合臺賬，定期進行查漏，再加以處理，就能夠在最大程度上降低能耗；在實際運行過程中，做好疏放水調整這一工作，是很重要的，其可以有效降低水消耗，從而達成對水資源的循環利用；此外，還要做好啟停機過程中的節能管理工作，在進行冷態啟動的時候，需借助凝輸泵給除氧器上水并換水，這樣一來，就能夠有效降低凝結水泵運行的消耗。

4.2 降耗措施

鍋爐排煙損耗降低措施。排煙溫度是鍋爐排煙損耗主要影響因素，為了降低鍋爐排煙損耗，可以從降低一次風率入手[4]。即在磨煤機集控運行階段，進行磨煤機曲線優化調整，促使其與給煤機運轉速度相適應，盡可能地過量配方石子煤，防控因石子煤室內煤渣堆積而對磨煤機一次風速造成的不利影響。其中一次風流量信號需要經風溫、風壓補償開方處理后獲得。即在獲得一次風壓差信號PDT7508A1、一次風溫信號TE7508AB后，按照下式進行計算：

式（2）中：Q為一次風瞬時流量，kg/s；ΔP為一次風流量壓差，Pa；PT為空預器出口一次風壓力，kPa；TE為一次風入口溫度，℃。

在集控運行階段，為避免兩風量變送器出現偏差導致鍋爐排煙損耗超標，可在優化一次風流量信號調整參數的基礎上，以磨煤機一次風量取樣管路為改造對象，由中間取樣代替測點兩側取樣。即從左右兩側切割取樣管，將2個三通分別焊接在正壓側中間、負壓側中間位置，并與2個變送器的正壓側、負壓側相連接，以便消除變松器測量偏差。由于磨煤機控制系統為單回路，控制器為比例積分控制器，在一次風量、磨煤機指令信號存在偏差時，可以經控制器比例積分調整一次風擋版開度，并進行控制模塊PID整定，保證磨煤機輸出所需煤粉量與一次風量相對應。進而從協調控制系統鍋爐燃燒指令、二次風測量值入手，將兩側投燃油量相減后作為燃煤指令，配合高低限、單/雙端運行系數切換，獲得一次風流量設定值。

再熱器減溫水量損耗降低措施。在鍋爐內加入減溫水后鍋爐內水溫不可避免地會向較低水平變化，此時，為達到集控運行初期設定的溫度數值，勢必需要從內部損耗部分熱能促使水溫提高到規定水平。而用于提升鍋爐內部溫度熱能的消耗，將遏制鍋爐運行效率。針對上述情況，集控運行人員應從再熱器汽溫系統入手，進行減溫水量的嚴格把控。

增強調整鍋爐的燃燒。增強鍋爐的燃燒調整，可參照以下方法：①合理調整過程空氣系數。在實際進行生產的時候，若是存在燃料不能完全燃燒的情況，那么燃料的熱量就不能得到完全的釋放，以此導致對燃料的浪費，并且還會產生出非常多的污染氣體，致使對環境造成嚴重的污染。所以，在鍋爐實際的運行中，應通過科學合理的調整方法，來盡可能減少燃料燃燒不充分的情況，降低燃料浪費情況。除了上述方法之外，還要合理調整熱空氣系數，若是過熱空氣系數過大的話，就會對傳熱的質量造成影響，反之，就會影響到燃料的充分燃燒，所以，這就需要合理調整熱空氣系數，將它把控在適宜的范圍之內，進而在確保燃料充分燃燒的基礎上，減少各項熱損失。②篩選合理的燃料。在實際進行生產的時候，可選擇混配煤這一方法，這樣不僅可以減少燃料消耗，降低成本，還可以在最大程度上降低能耗。在混配添加的形式方面，應結合具體狀況來明確相關形式，可選擇性地加入一些燒煤泥等水分不高的煤種，以此降低燃煤成本。但是，在進行混配煤的時候，需充分保障煤的質量，可以參考相關標準，確保熱量散發的穩定性。

5 火電廠集控運行節能降耗效果

通過上述措施實施，火電廠在節水、節電、節煤、節油等方面取得明顯成效，為企業經濟效益提升奠定了基礎。在節水方面，通過現有機組定排冷卻器改造，每年節約水分268.96×104t。同時通過市鎮污水處理廠內中水應用，每臺機組每日運行了節約水量925 t；在節電方面，廠用電率達到5.55%，較年度生產合同降低了0.22個百分點；在節煤方面，通過機組運行模式的優化，以及多機組低負荷下變壓運行模式實施，供電煤耗率同比降低了1.75 g/kW·h，年節約標準煤達12 000 t。與此同時，全廠供電標準煤耗率完成了308.21 g/kW·h，較上年降低0.25 g/kW·h；在節油方面，每年節約燃油2.52×105t。

6 總結

在火電廠集控運行模式持續更新進程中，電廠供配電效率持續提升，但是因系統分析處理不到位，節能降耗技術效用發揮受阻，增加了資源浪費風險，影響了火電廠運行經濟效益。火電廠應根據集控運行技術特點，從鍋爐生產、汽輪機組等方面入手，加強再熱器、鍋爐排煙、熱力系統、汽輪機、凝汽器管理，加強熱量損失、電力能源損耗管控，保證集控運行的經濟效益、環境效益。