参观美国电厂之所感——电厂安全运行要讲效率、讲成本、讲利润

文／中国电器工业协会 姚金龙

前不久，有机会和东南大学能源学院司风琪教授一起在美国里海大学能源研究中心卡洛斯副主任、姚政研究员陪同下参观了PPL（宾州电力公司）下属的MONTOUR电厂。

PPL公司是美国一个独立发电公司，近500万用户，总资产328.37亿美元，实际上拥有的机组分布在美国三个州和英国本土。2010 年的全年发电量900.84 亿千瓦时，总收入85.21 亿美元，利润9.38 亿美元。

Montour电厂位于美国宾夕法尼亚州，距离里海大学所在的伯利恒市约112英里。电厂于1969年开始建设，1972年1号机组投产，1973年2号机组投产，容量为2台768MW超临界机组。锅炉为美国燃烧工程公司（CE）生产（现为阿尔斯通），汽轮机、发电机为美国通用电气公司（GE）生产。电厂装有脱硫、脱硝装置。脱硫后副产品为石膏，附近建有石膏板生产企业，解决了150 人的就业问题。该电厂有员工280 人，年均负荷在80%左右。

这次参观的重点是该电厂为了适应煤质的多变而投入使用的“激光煤质在线检测装置”。

煤质好坏对锅炉燃烧起到决定性作用，一般锅炉设计时都要求电厂提出设计煤种和校核煤种，不同的煤种设计出的锅炉也是不一样的。但电厂建成后，供应的煤往往保证不了设计时的煤种，出现各种各样的煤，这种情况在中国的电厂是很普遍的。目前美国一些电厂也面临出现煤质多样化的情况。

煤的成分和煤的特性是电力生产过程的重要参数，对指导锅炉燃烧有着重要作用。目前，传统的方法都是采用人工采样，需经过混样、缩分、制样、化验分析等步骤，才能得到一份工业分析报告，使得煤己经进炉燃烧了很长时间才出分析结果，严重滞后于生产的需要。在煤质低劣、波动大的情况下，不仅锅炉运行效率低，而且易于发生结焦、停机、熄火等事故，严重影响了火力发电厂的安全经济运行。

另外电厂入场煤的检验中，经常发生掺混劣质煤、煤矸石等现象。传统的采制取样分析方法难以有效的发现，给电厂经济和运行带来了很大的影响。

为了克服煤质变化对锅炉运行带来的负面影响，Montour 电厂采用“激光煤质在线检测装置”( LIBS )。当我们进入输煤系统后，就看到在进入磨煤机之前的皮带输送机上面安装着一个采用激光作为激光源的激光探头，它按程序要求定期向皮带输送机上的煤层发射激光。激光将电离数微克重量的煤粉，产生高温、高密度的等离子体，发出的光经由专用的光谱分析仪接收，并记录下辐射的波长和强度分布。

根据光谱特征谱线波长得出所分析的元素种类，根据辐射强度得出所分析的元素浓度。通过专用的计算处理方法，对煤质元素成分指标、工业分析指标和灰熔点等特种指标进行实时在线连续检测。

激光煤质在线检测装置主要由测量系统、分析及控制系统、计算机处理系统构成，采用了世界领先的激光诱导击穿光谱技术（LIBS ）具有技术先进、自动化程度高、分析时间短、分析数据准确、可靠、耐用等特点。

测量系统由激光发生器、激光探头、支架等组成。激光由光纤传送照射到输煤皮带上的煤炭。产生的光辐射由探头接收并由光纤传送回检测装置。由专用的光谱分析仪记录下辐射的波长和强度。通过专用的计算处理方法进行分析、转化成元素的百分含量并诊断出煤质特性。

整个装置安放在离激光探头不远的操作平台上，主要有激光发生器、分析控制系统、计算机处理系统。分析处理后的数据通过计算机输送到主控室，为主控室操作人员提供在线煤质的准确资料，以便于及时调整、优化锅炉燃烧的有关参数，避免机组非停、锅炉熄火等事故发生，确保锅炉在最佳的工况下运行、提高锅炉效率。

根据在线测量分析结果，也可提供与煤炭供应商商谈煤质好坏的依据之一，有利于提高电厂用煤自动化和综合管理水平，降低煤耗，提高电厂竞价上网的能力。

参观完电厂的感觉是自动化程度相对高一些，但办公条件比较简陋。美国电厂比较注重“电厂后时代”（电厂建成后一般需要运行三、四十年以上的这段时间），在安全运行的前提下尽量通过各种办法和措施来提高运行效率，如在SCR（脱硝系统）运行中，加入了“锅炉优化燃烧的软件”，使进入脱硝系统之前的氮氧化物排放量降低到最低，从而减少了氨水的使用量，延长催化剂的使用寿命，减少空气预热器堵塞的可能，起到了降低成本，保证运行的作用。

我和司教授的感觉一样，美国电厂在保证安全运行的前提下，讲效率、讲成本、讲利润。