黃岡大別山發(fā)電有限責(zé)任公司 東 森

在我國電網(wǎng)峰谷差的日益增大和新能源發(fā)電介入背景下，600MW火電機(jī)組參與調(diào)峰已經(jīng)是必然的發(fā)展趨勢，提高對600MW火電機(jī)組低負(fù)荷下的安全和經(jīng)濟(jì)研究，對于提高機(jī)組調(diào)峰的安全性和經(jīng)濟(jì)性具有重要意義。目前，對于大型火電機(jī)組的調(diào)控策略普遍關(guān)注調(diào)峰運(yùn)行的安全性。因此，我國目前針對大型燃煤機(jī)組調(diào)峰過程中汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的溫度、壽命損耗得到了一定的安全性指標(biāo)。然而，在我國節(jié)能減排工作的要求下，對火電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性也提出了更高的要求。

1 火電廠內(nèi)各機(jī)組之間的優(yōu)化分配

通常情況下參與調(diào)峰的發(fā)電企業(yè)，大部分時間都未滿負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，如果發(fā)電企業(yè)的實(shí)際負(fù)荷低于全場額定總負(fù)荷，那么各個機(jī)組間的負(fù)荷需要進(jìn)行調(diào)整，才能保證全廠的總煤耗量最小，進(jìn)而對提高我國生態(tài)建設(shè)水平、降低燃煤發(fā)電對空氣影響，以及落實(shí)節(jié)能減排工作能起到積極的作用[1]。因此，需要發(fā)電管理人員，針對火電廠各機(jī)組之間的負(fù)荷優(yōu)化進(jìn)行合理分配，在保證發(fā)電功率的基礎(chǔ)上合理地安排機(jī)組進(jìn)行運(yùn)行，將電力工程電網(wǎng)分配給發(fā)電廠的電負(fù)荷以及經(jīng)濟(jì)性分配給各個機(jī)組，通過該方式降低總體的燃煤消耗量。

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

需要注意的是，在實(shí)際計(jì)算過程中，由于入爐煤的劑量誤差相對較大，所以發(fā)電廠管理人員可使用反平衡試驗(yàn)，來得到供電煤耗量和供電功率之間的準(zhǔn)確關(guān)系，通過變負(fù)荷試驗(yàn)，來得到不同發(fā)電功率下的鍋爐熱效率用電功率，以及汽輪機(jī)熱耗率，進(jìn)而求得準(zhǔn)確的火電機(jī)組供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗量。并且，通過該方法所得到的供電標(biāo)準(zhǔn)、煤耗量和供電功率之間的關(guān)系是對應(yīng)在當(dāng)下設(shè)備參數(shù)、再熱蒸汽參數(shù)以及回?zé)嵯到y(tǒng)的基礎(chǔ)上得到的，如果這些參數(shù)或者是狀態(tài)出現(xiàn)實(shí)際偏離試驗(yàn)條件時，應(yīng)對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行及時的修正，以此保證求得的供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗量準(zhǔn)確無誤。發(fā)電廠管理人員能夠充分利用現(xiàn)階段我國發(fā)展較為成熟的大數(shù)據(jù)技術(shù)，以及互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)技術(shù)來對相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算，能夠有效提高計(jì)算速度，降低火電機(jī)組對電網(wǎng)負(fù)荷變化的響應(yīng)時間，實(shí)現(xiàn)火電廠內(nèi)部各個機(jī)組之間的在線優(yōu)化分配目標(biāo)[2]。

2 汽輪機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行方式的優(yōu)化

在火電機(jī)組參與調(diào)峰工作的過程中，可能會出現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷偏離額定負(fù)荷的現(xiàn)象，這時發(fā)電廠管理人員可通過對循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，來降低循環(huán)水泵的耗電量，從而降低發(fā)電廠的用電量，最終能夠?qū)崿F(xiàn)降低火電機(jī)組供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率[3]。在針對汽輪機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化的過程中，需要發(fā)電廠管理人員提前測量循環(huán)水流量以及消耗功率。對于發(fā)電廠管理人員而言，能夠采用等速電動機(jī)來拖動循環(huán)水泵的方式進(jìn)行測量，通過該方式改變同時工作的水泵數(shù)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)水泵出水量。同時，發(fā)電廠管理人員能夠使用超聲波流量計(jì)來測量水循環(huán)量，使用超聲波流量計(jì)能有效的測量出準(zhǔn)確的循環(huán)水流量，為之后落實(shí)汽輪機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化提供良好的數(shù)據(jù)條件。

根據(jù)使用的水泵類型不同，發(fā)電廠管理人員可采用單相或者是三相電度表，來對其運(yùn)行過程中所消耗的電量進(jìn)行測試，將測試所得到的數(shù)據(jù)除以時間就能夠得到消耗的電功率，然后結(jié)合水泵在不同狀態(tài)中所消耗的電功率，以及循環(huán)水流量來設(shè)計(jì)汽輪機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化方案。除了要測量水泵的循環(huán)水流量以及消耗功率之外，發(fā)電廠管理人員還應(yīng)計(jì)算出汽輪機(jī)排汽的壓力，這樣能夠?yàn)楹罄m(xù)降低標(biāo)準(zhǔn)煤耗量提供一定的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

由于汽輪機(jī)排汽變化會引起汽輪機(jī)水循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行的電功率變化，所以發(fā)電廠管理人員應(yīng)在滿足安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，選擇消耗功率最小的循環(huán)水泵組合方式，根據(jù)不同方式下凝汽器壓力的變化，來確定汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組電動功率的變化。在以上工作落實(shí)之后，發(fā)電廠管理人員應(yīng)依次確定出各個循環(huán)水泵組合方式下，對汽輪機(jī)電功率的增加與循環(huán)水泵消耗率的增加，通過這種方式所對應(yīng)的循環(huán)水泵組合方式，就是汽輪機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行的最佳方式，也就是大型火電機(jī)組調(diào)峰工作中有效的水循環(huán)運(yùn)行方式。

3 輪機(jī)配汽方式優(yōu)化

發(fā)電廠管理人員對汽輪機(jī)的配汽方式進(jìn)行優(yōu)化，也能夠有效減少汽輪機(jī)在負(fù)荷下的節(jié)流損失，進(jìn)而有效提高火電機(jī)組在調(diào)峰低負(fù)荷下的經(jīng)濟(jì)效益。在傳統(tǒng)的發(fā)電廠，汽輪機(jī)往往是進(jìn)口制造的600MW汽輪機(jī)，這些汽輪機(jī)在原設(shè)計(jì)中附帶了一定的基本負(fù)荷，主要的控制系統(tǒng)按照混合控制的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時這種機(jī)組完全按照出廠設(shè)計(jì)的閥門開關(guān)方式進(jìn)行低負(fù)荷狀態(tài)下調(diào)控工作，機(jī)組的調(diào)節(jié)氣門節(jié)流損失會明顯增加，進(jìn)而降低汽輪機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量和效率。

除此之外，也有部分汽輪機(jī)是按照順序閥控制的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以在運(yùn)行過程中，汽輪機(jī)制造廠家提供的設(shè)計(jì)參數(shù)和閥門函數(shù)，可能會因?yàn)檫\(yùn)行過程中其他原因，造成實(shí)際數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)產(chǎn)生偏差，進(jìn)而會導(dǎo)致汽輪機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中標(biāo)準(zhǔn)配汽方式不是最優(yōu)方式。因此，為充分提高600MW火電機(jī)組在調(diào)峰狀態(tài)下的運(yùn)行質(zhì)量，降低燃煤消耗量，應(yīng)對汽輪機(jī)配汽方式進(jìn)行一定的優(yōu)化。如對某汽輪機(jī)配汽方式進(jìn)行優(yōu)化過程中，應(yīng)充分結(jié)合汽輪機(jī)配汽方式的特點(diǎn)來進(jìn)行實(shí)際的測量和計(jì)算。本文汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)氣門配汽方式和傳統(tǒng)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(shù)見表1。

表1 某600MW汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥參數(shù)

這種汽輪機(jī)配汽方式的優(yōu)點(diǎn)是在汽輪機(jī)啟動的初期，4個調(diào)節(jié)氣門能夠同時開啟，所以汽輪機(jī)在運(yùn)行過程中相當(dāng)于全面進(jìn)氣，氣缸受熱均勻，能夠避免高壓缸熱變形或者是降低進(jìn)氣端熱應(yīng)力的現(xiàn)象出現(xiàn)。但這種配汽控制方式也存在一定的缺點(diǎn)，火電機(jī)組在完全額定負(fù)荷運(yùn)行的過程中，如果火電機(jī)組在調(diào)峰狀態(tài)下使用該控制方式進(jìn)行汽輪機(jī)配汽，那么火電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益明顯降低，并且存在機(jī)組負(fù)荷越低，其節(jié)流損失越大，所需要的燃煤消耗量和浪費(fèi)量也越高的現(xiàn)象。

為有效解決該汽輪機(jī)配汽方式，發(fā)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(diào)節(jié)氣門的重疊度進(jìn)行優(yōu)化，降低汽輪機(jī)調(diào)節(jié)氣門的運(yùn)行節(jié)流損失，提高汽輪機(jī)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)而提高大型火電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益。值得注意的是，汽輪機(jī)在配汽方式發(fā)生變化后，其溫度變化量也會發(fā)生一定的變化，所以需要發(fā)電廠管理人員對汽輪機(jī)的應(yīng)力和壽命進(jìn)行重新分析和計(jì)算，保證新型配汽方式能夠滿足火電機(jī)組在調(diào)峰狀態(tài)下的經(jīng)濟(jì)效益要求。

4 鍋爐配煤優(yōu)化

發(fā)電廠除了要對大型火電機(jī)組內(nèi)部進(jìn)行優(yōu)化方式的調(diào)整之外，還應(yīng)該利用外部鍋爐配煤，以及燃燒的方式來，對火電機(jī)組在低負(fù)荷調(diào)控工作狀態(tài)下的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行支持。首先發(fā)電廠管理人員應(yīng)提高燃煤質(zhì)量，在對燃煤進(jìn)行選擇過程中，要停止燃煤和劣質(zhì)煙煤進(jìn)行摻用。這樣能夠有效提高燃煤燃燒的熱效率，進(jìn)而對降低燃煤使用量能夠起到積極的作用。發(fā)電廠管理人員還要對燃煤制粉系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，將火電機(jī)組設(shè)計(jì)為6臺磨煤機(jī)，將磨煤機(jī)按照燃燒器的具體使用情況進(jìn)行布置，在高負(fù)荷使用時能夠5臺通用，1臺備用。在低負(fù)荷時能夠使用4層磨煤機(jī)和制粉系統(tǒng)，這樣能夠保證低負(fù)荷下火電機(jī)組的運(yùn)行質(zhì)量和效率。

值得注意的是，使用該制粉系統(tǒng)應(yīng)嚴(yán)禁隔層運(yùn)行，因?yàn)樵趯?shí)際燃燒的過程中隔層燃燒可能會導(dǎo)致中間斷層區(qū)域斷火，進(jìn)而對火力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行質(zhì)量造成不良影響，同時隔層燃燒也不利于上層燃燒器進(jìn)入煤粉的著火質(zhì)量。針對不同層次的制粉系統(tǒng)應(yīng)選擇不同的給煤方式。在底層的制粉系統(tǒng)中，發(fā)電廠管理人員應(yīng)結(jié)合技術(shù)人員制定的相關(guān)計(jì)劃，進(jìn)行手動或半自動燃煤投入，如果底層燃煤燃燒的質(zhì)量無法滿足火電機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行的要求，能夠充分結(jié)合預(yù)定計(jì)劃來對其他層次的磨煤機(jī)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，保證至少三層的制粉系統(tǒng)運(yùn)行，這樣能夠?yàn)榛痣姍C(jī)組正常運(yùn)行提供保障，同時也能適度減少發(fā)電廠用電，提高火電機(jī)組使用的經(jīng)濟(jì)效益。

在磨煤機(jī)運(yùn)行過程中，發(fā)電廠管理人員以及技術(shù)人員應(yīng)適度降低磨煤機(jī)的油壓，這樣能夠降低磨煤機(jī)出現(xiàn)振動幅度加大的現(xiàn)象。技術(shù)人員對磨煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行全面的觀察，避免磨煤機(jī)異常而導(dǎo)致運(yùn)行質(zhì)量影響火電機(jī)組運(yùn)行質(zhì)量。對于大型火電機(jī)組在低負(fù)荷調(diào)峰狀態(tài)中的運(yùn)行模式，調(diào)至上限85℃左右運(yùn)行，這樣能夠提高煤粉的著火質(zhì)量和效率，降低制粉系統(tǒng)風(fēng)壓，以及防止一次風(fēng)過大造成煤粉著火燃燒滯后的現(xiàn)象出現(xiàn)。

5 燃燒調(diào)整

在火電機(jī)組進(jìn)入低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)時，應(yīng)對風(fēng)量進(jìn)行及時調(diào)整，保證氧氣含量維持在較低的范圍內(nèi)，技術(shù)人員應(yīng)將其他燃料風(fēng)以及偏置風(fēng)道板的開度控制在2～3成。對于鍋爐負(fù)荷低于300MW時，技術(shù)人員應(yīng)使用設(shè)備重點(diǎn)關(guān)注火嘴火焰的強(qiáng)度，強(qiáng)化就地看火，如果在這一過程中發(fā)現(xiàn)火焰強(qiáng)度閃爍，或是火焰發(fā)暗以及氧氣含量上升等現(xiàn)象時，技術(shù)人員應(yīng)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(wěn)定性。

需要注意的是，等離子點(diǎn)火裝置必須由專人進(jìn)行監(jiān)視，在發(fā)現(xiàn)等離子斷弧之后立即投入，這樣能夠有效的避免鍋爐內(nèi)部燃燒不穩(wěn)定，或是下一個等離子斷弧導(dǎo)致故障擴(kuò)大的現(xiàn)象出現(xiàn)。技術(shù)人員在投用等離子點(diǎn)火裝置之后，需要重視等離子點(diǎn)火裝置的燃燒情況，因?yàn)榈入x子點(diǎn)火裝置可能會造成燃燒器局部燃燒強(qiáng)化的現(xiàn)象，進(jìn)而可能會引發(fā)燃燒器外壁著火損壞，對火電廠的經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)實(shí)現(xiàn)造成不良影響。所以，需要技術(shù)人員加強(qiáng)對等離子壁溫以及燃燒器壁溫的重點(diǎn)監(jiān)控，在發(fā)現(xiàn)等離子點(diǎn)火裝置造成燃燒器局部燃燒加強(qiáng)之后，選擇合適的方式對燃燒進(jìn)行降溫減火。

在爐膛負(fù)壓的波動大于200Pa的范圍內(nèi)，或是技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)爐膛出口含氧量快速上升時，技術(shù)人員應(yīng)及時投入足夠的油槍在合理位置進(jìn)行助燃，待鍋爐燃燒以及火電機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定之后及時斷油，退出等離子點(diǎn)火裝置，技術(shù)人員在斷油過程中應(yīng)保證制粉系統(tǒng)的運(yùn)行正常，爐膛燃燒穩(wěn)定以及含氧量無上升。在斷油退油的過程中，技術(shù)人員先退出一支油槍，經(jīng)過5min，爐膛內(nèi)部燃燒仍舊正常，可以逐步退出后續(xù)油槍。最后，技術(shù)人員在火電機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行的過程中，應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)視鍋爐總風(fēng)量以及單側(cè)的二次風(fēng)量，一旦發(fā)現(xiàn)風(fēng)量參數(shù)出現(xiàn)變動應(yīng)立即查明原因，聯(lián)系相關(guān)工作人員進(jìn)行處理，有效提高火電機(jī)組在低負(fù)荷調(diào)峰狀態(tài)下的穩(wěn)定工作質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。

總而言之，以600MW火電機(jī)組為例的大型火電機(jī)組在低負(fù)荷下進(jìn)行調(diào)控工作，可有效滿足現(xiàn)階段我國生態(tài)環(huán)境建設(shè)，以及節(jié)能減排工作的要求，同時低負(fù)荷調(diào)峰工作狀態(tài)也是未來我國大型火電機(jī)組運(yùn)行的主要期望狀態(tài)。因此，發(fā)電廠管理人員在大型火電機(jī)組進(jìn)行調(diào)峰低負(fù)荷狀態(tài)下工作時，應(yīng)充分結(jié)合火電機(jī)組內(nèi)部各個系統(tǒng)運(yùn)行的質(zhì)量參數(shù)，保證火電機(jī)組在安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，進(jìn)而對推動我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)、生態(tài)建設(shè)和現(xiàn)代化建設(shè)起到積極的促進(jìn)作用。