超临界机组启停过程节能及环保策略

侯剑雄，刘志东

(广东珠海金湾发电有限公司，广东 珠海 519050)

超临界机组启停过程节能及环保策略

侯剑雄，刘志东

(广东珠海金湾发电有限公司，广东 珠海 519050)

为减少火电机组启停过程中的能耗，降低启停成本，加快启动速度以及缩短机组并网后烟囱NOx排放浓度超标时间，减少环保排放考核。通过研究分析及对运行操作经验进行总结提炼，对机组启停步骤及主要辅机启停时机进行改进及调整，并在实际使用中进行验证。优化后主要辅机的能耗降低，操作更简便，优化后的机组启停步骤能耗降低，启动速度加快，大幅减少了并网后烟囱NOx排放浓度的超标时间。实践证明，所采用的机组启停过程节能及环保策略能够实现降低能耗和排放，简化操作，并保证机组重要设备的安全。

超临界；启停过程；节能降耗；环保

0 引言

近年来，随着火电机组年利用小时数的逐年降低，机组的启停次数逐年增多，启停成本逐年增高，如何降低启停过程中的成本越来越被重视。另外，由于机组在启停过程中不可避免存在烟气温度偏低的现象，使脱硝SCR装置投入喷氨不及时，加上低负荷时锅炉氧量往往比较高，造成机组在启停过程中NOx排放浓度严重超标。目前的环保政策要求从机组并网开始对火电机组NOx排放超标进行考核。如何减少火电机组启动过程中的NOx排放超标成为必须正视并加以解决的问题。

本文对机组启停过程节能优化及减少NOx排放的环保策略进行研究分析，提出解决和优化的方法，并在实践中加以验证。

1 设备工艺概况

金湾电厂2台机组为上海电气集团生产的600MW超临界燃煤机组，于2007年投产。锅炉启动系统有3路疏水，其中2路(HWL阀)回大气扩容器，1路(NWL阀)回除氧器。A层燃烧器配有等离子点火装置，原设计的轻油系统保留，但AB层改为小油枪，每支流量0.85t/h。循环水系统进行了扩大单元制改造，2台机循环水母管设有联络管。凝结水泵(以下简称“凝泵”)电源装有高压变频器。给水系统配置有2台汽动给水泵(以下简称“汽泵”)和1台电动给水泵(以下简称“电泵”)。

烟气污染物已实现超低排放，其处理工艺流程为：高温省煤器→SCR→低温省煤器→干式电除尘器→吸收塔→GGH→湿式电除尘器。干式电除尘器配有4个电场，吸收塔配置5台浆液循环泵，湿式电除尘器为1个电场。省煤器进行了分级改造，实现在220MW以上负荷喷氨可投入。

2 机组启停动过程节能优化

2.1 降低锅炉启动给水流量

降低给水流量可有效增加水冷壁出口产汽量，从而降低主汽温，使过热器汽温与汽机调节级温度匹配，避免锅炉升温升压时大量使用减温水造成氧化皮脱落。还可减少给水泵负荷，锅炉可以较少的燃料量运行。厂家提供的锅炉最低启动给水流量为32%(610t/h)，通过调研同类型电厂及实际验证，将锅炉启动给水流量降至450～500t/h。降低给水流量时，须进行以下工作：

(1)将锅炉给水流量低低跳闸值由539.5t/h降至400t/h。发电机并网后并将给水流量及保护值恢复至原值。

(2)更改金属管壁温升率控制曲线。原锅炉金属温升控制率要求为：并网前≤2℃/min，并网后≤1.85℃/min。降低给水流量后，将允许温升率适当放大。末级过热器金属：0～200℃时，温升率<5℃/min，200～400℃时，温升率<3℃/min，>450℃时，温升率<1℃/min；水冷壁及分离器金属升温率<1℃/min；主汽压升压率<0.05MPa/min。

(3)水冷壁螺旋管与垂直管相邻壁温差<5℃。否则保持燃料量不变，或增加给水流量。

实践表明，降低给水流量后水冷壁螺旋管和垂直管壁温在启动过程中总体平稳，锅炉升温升压时无需使用减温水，有效防止氧化皮脱落，是安全的。

2.2 高加随汽机滑压启动

高加汽侧原投入时间选择在150MW时，此种启动方法不经济，突出表现在：高加投入时温差大，对寿命有损害；高加暖管时间长，延长机组启动时间；给水温度温度低。

(1)2号高加抽汽逆止门气源改造

高加抽汽逆止门需汽机挂闸后才有动力气源，否则无法操作。通过对逆止门气源进行简单改造，加装一路旁路气源，可实现在锅炉点火后即投入2号高加汽侧运行，2号高加随锅炉升温升压暖管，并提高给水温度。汽机挂闸后恢复气源至正常。

(2)1、3号高加随汽机滑压启动

汽机挂闸后，将1、3号高加抽汽电动阀全开，正常疏水关闭，危急疏水开启。高加随汽机冲转逐渐暖管，负荷到达250MW时，将高加疏水转为正常疏水方式。实践表明，高加随汽机滑压启动6个优点：有效提高给水温度，降低主汽温；回收部分工质热量；高加管壁温升得到科学控制，延长高加寿命；增加汽机下缸通汽量，间接解决汽机启动时上下缸温差大问题；简化高加操作；缩短整组启动时间，锅炉转干态时间由210MW提前至180MW。

2.3 风烟系统单侧启动

风烟系统启动时一般是两侧风机同时启动。金湾电厂因锅炉末过管壁容易生成氧化皮，将升温升压速度放慢，且需进行吹管。若汽机是冷态，从风烟系统启动到带负荷250MW需耗时12h。实际上，机组启动过程中单侧风组即可满足启动要求。优化后，锅炉点火前只启动单侧风组，负荷250MW时再启动另一侧风组。实际效果表明，单侧风组运行对锅炉启动过程的燃烧、管壁温度无不良影响。

送、引风机、一次风机属大功率辅机，其功率分别为1250、5800、2250kW。单侧风组运行比两侧风组运行电流可减少220A，按12h计算，可节约厂用电26000(kW·h)，具有明显的经济效益。

2.4 锅炉启停节油

锅炉使用等离子点火存在点火初期燃烧量阶跃过大、温升过快的问题，易造成锅炉启动期间受热面氧化皮脱落、堵管，并引起脱硝催化剂、空预器等二次燃烧，对锅炉安全运行造成影响。因此，点火初期要适当投油缓解此类问题。而环保设备如吸收塔、SCR、电除尘器则不允许大量用油，且轻油费用昂贵，故锅炉启动时的用油要兼顾考虑。

经过实践探索，金湾电厂优化后锅炉启动时投油过程改为：点火时先逐支投入AB层3支小油枪，缓慢提升炉膛温度，待末过所有金属温度>110℃后再投入A层煤粉，2台磨煤机运行且总煤量>60t/h后停运油枪(此时发电机刚并网)；锅炉停运时仅用等离子助燃，不投油枪。

经实际观察，优化后锅炉受热面温升率正常，有效防止氧化皮脱落。尾部烟道无积粉和二次燃烧，空气预器差压无上升，环保设备无积油积粉。

2.5 循环水泵的节能

投产初期，为保证循环水的安全，在锅炉点火前即启动2台循环水泵(以下简称“循泵”)运行。但在机组启动过程中，1台循泵足可满足凝汽器冷却的需求。循泵作为主要辅机，功率达2400kW，减少其运行时间能明显降低厂用电率。

循环水完成扩大单元制改造后，锅炉点火前，循环水母管采取“2+0”运行方式，具体为：在设备开始试运至锅炉点火期间，本机循泵保持全停，循环水由邻机供。2015年4号机大修后期试运时，通过此运行方式，4号机循泵少运行14d，循泵电流为245A，按此计算可节电77万(kW·h)，节约30万元费用，节能效益十分可观。第2台循泵的启动时机视凝汽器真空决定。一般情况下，夏季可在300MW时启动，冬季可在500MW时启动。

机组停运降至300MW时，停运第1台循泵。锅炉MFT后12h，停运第2台循泵，本机循环水由邻机供。优化后第2台循泵少运行15h，节约电能3.6万(kW·h)。

2.6 汽泵替代电泵全程调节技术

电泵在机组启动时运行时间长，若是冷态启动运行时间在18h以上。电泵额定电流800A，汽泵前置泵额定电流63A，按此计算，机组启动时每台机组可减少外购电力10万(kW·h)，降低启动成本，减少电泵维护费用。汽泵上水减少了电泵/汽泵切换过程，减轻了运行人员操作量和操作风险，减小了电泵启停对其他6kV厂用设备的冲击。同时电泵启停速度快，作为备用可提高给水可靠性。在机组年利用小时数逐年下降、机组调停次数逐渐增多的现状下，本技术更具有现实意义。

(1)启动过程要点

锅炉上水时，启动1台汽泵前置泵；锅炉变流量冲洗和点火时，启动第2台汽泵前置泵，2台泵并列运行，维持给水流量550t/h；锅炉升温升压过程中，用辅汽冲转1台小汽机维持给水流量，退出另1台汽泵前置泵运行；小机中速暖机或通过临界转速2154r/min时，需定速暖机或快速升速，此时调整汽泵再循环阀开度来稳定给水流量；锅炉主汽压升至4.5MPa时，汽泵转速约2300r/min，将汽泵由转速控制转为给水流量控制；250MW时，并入第2台汽泵，切换小汽机汽源至#4抽供。

(2)停运过程要点

250MW时，将1台小汽机汽源切至辅汽供，退出另1台汽泵；锅炉MFT后，保持汽泵运行，降低汽泵转速，维持低给水流量加药保养；给水加药完毕，打闸汽泵。

2.7 凝泵在机组启停中的深度节能

2.8 机组打闸后在运系统的节能

(1)在运系统的停运时机

锅炉灭火48h后，可停运轴封真空系统、凝结水系统。此时汽机仍处于热态，注意检查凝汽器疏水扩容器温度、低压缸排汽温度、汽机上下缸温差不超温；轴封真空系统、凝结水系统停运，以及发电机水、氢、油系统停运后，可停运压缩空气系统；机组停运84h后，可停运闭式水系统。此时汽机仍处于热态，停后注意控制汽机润滑油温<45℃，如油温高，通过排放闭式水降温。若环境气温<15℃或更低，闭式水系统停运时间可提前至72h或更早；锅炉灭火，风烟系统停运且风门档板关闭后，立即停运电除尘所有电场、吸收塔所有浆液循环泵。

(2)汽机通压缩空气强冷时的节能

通常汽机通压缩空气强冷时要求凝保持运行，理由是防止低压缸排汽温度过高，需开启低压缸排汽喷水阀。通过试验观察，低压缸排汽喷水不开时，排汽温度最高为50℃，远低于报警值80℃。因此汽机强冷时可以不启动凝泵。此项措施可使凝泵少运行2d，节能的同时缩短凝结水系统检修工期。

3 机组启停动过程环保对策

3.1 防止SO2和粉尘超标

(1)风烟系统启动前，必须投入干式电除尘器第4电场、湿式电除尘电场运行，防止粉尘排放浓度超标。

(2)锅炉点火前，必须投入吸收塔1层浆液循环泵运行，防止SO2排放浓度超标。

2.3.4 手术切口长度 纳入了4个研究，共216例(SuperPATH组87例，传统入路组129例)，经χ2检验，研究间有异质性 ( I2>50%)，采用随机效应模型进行Meta分析。结果显示SuperPATH组手术切口长度小于传统入路组，且差异有显著性意义(WMD=-7.65，95%CI=-8.29～-7.00，P<0.00001)。见图5。

(3)锅炉灭火且风烟系统停运后，方可停运所有浆液循环泵和电场运行。

3.2 启动时减少NOx超标

为减少NOx排放超标，必须尽可能缩短并网后到220MW脱硝SCR投入喷氨的时间，措施如下：

(1)风烟系统启动后总风量控制在32%左右，在保证锅炉最低风量的同时，防止氧量过高导致锅炉NOx排放浓度过高。

(2)优化启动步骤，缩短并网至SCR投喷氨时间原启动时并网后在60MW停留，进行低负荷暖机，接着在120MW时停留，投入低加汽侧(走危急疏水)，然后升负荷至150MW，进行厂用电切换，汽机4号抽管道暖管，暖管完毕后投入4号抽供除氧器汽源，同时进行小汽机高、低压汽源暖管，高加汽侧由危急疏水转正常疏水，1台汽泵并入给水，启动第3台制粉系统等操作。由于150MW时操作多，造成停留时间过长，有时长达3～4h。

启动步骤做如下优化：采用汽泵替代电泵全程调节技术，150MW时无需进行小机汽源切换和给水泵并泵操作；4号抽管道及小机低压汽源管道随汽机滑启暖管；减少负荷停留点。负荷只停留在80、150MW；低加汽侧危急疏水和高加汽侧正常疏水在低负荷时疏水不畅，改为250MW时投入。

采取上述措施后，并网至SCR投入喷氨时间由3～4小时缩短至1.5h，大幅减少NOx排放浓度超标时间。同时，机组启动速度加快，厂用电切换时间提前，显著减少启动费用。

3.3 停运时避免NOx超标

基本操作思路是，机组负荷在200MW时，快速减负荷至100MW以下，打闸停机，避免锅炉MFT前喷氨退出。主要操作方法：

(1)减负荷前，通过调整吹灰频率使300MW时锅炉排烟温度在325～340℃之间。

(2)减负荷至200MW暂停，锅炉保持A、B磨煤机运行，此时烟温在305℃左右，喷氨保持投入。

(3)将锅炉主控切手动控制，机组控制方式由“CCS”转为“TFB”，高压旁路阀保持关闭状态。

(4)快速退出高、低加汽侧运行，为汽机打闸作准备。以较快速度降低B给煤机煤量，当其煤量减至20t/h时关闭B给煤机落煤闸板；接着对A给煤机进行同样操作；

(5)随着总煤量的减少，机组负荷以较快速度下降，因汽机主控在“自动”状态，汽机调门会自动关小以维持当前主汽压，主汽压下降缓慢。由于主汽压稳定，主汽温亦能基本维持稳定，避免汽压、汽温下降过快对锅炉不利。

(6)当负荷降至80MW时，锅炉手动MFT，联跳汽机、发电机。

从实际操作经验来看，快速减负荷过程中因锅炉存在一定蓄热，烟温能保持在300℃以上，发电机解列前SCR喷氨能保持投入，避免了停机过程中烟囱NOx排放浓度超标。

4 结语

通过对机组整组启停步骤进行优化，对重要辅机启停时机进行研究调整，加快了机组启停速度，明显降低了启停费用。随着火电机组年利用小时数的逐年降低，机组启动、停运的次数逐年增多，本启停节能优化技术将能获得更好的经济效益。

针对环保政策目前对机组并网后NOx超标进行严厉考核的现状，通过优化机组并网后、解列的操作步骤，实现启动时并网后到投入喷氨时间大幅缩短至1.5h，停机时NOx排放浓度不超标，节约大笔环保排污费用，加快了机组启动速度，创造了经济和社会效益。

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Energy saving and environmental protection strategy for starting and stopping process of super critical unit

In order to reduce the energy consumption during the start and stop of the thermal power unit, reduce the startup and shutdown costs, speed up the startup speed and shorten the time of the NOxemission concentration of the chimney after the grid connection, the assessment of environmental emission reduction is reduced. Through the research and analysis and for running the operation experience of summing up, the unit start stop steps and main auxiliary start and stop the opportunity to improve and adjust, and validated in actual use. After optimization of main auxiliary equipment to reduce energy consumption, easy operation, optimization of unit start and stop steps to reduce energy consumption, speed the startup, significantly reducing the grid stack NOxemission concentration exceeding the time. Practice has proved that the energy saving and environmental protection strategy adopted by the unit start and stop process can reduce energy consumption and emissions, simplify operation, and ensure the safety of the important equipment of the unit.

supercritical; start and stop process; energy saving and consumption reduction; environmental protection

TK227.7

B

1674-8069(2017)03-052-04

2016-11-20；

2016-12-19

侯剑雄(1975-)，男，广东韶关人,高级工程师,从事火电厂生产技术与管理工作。E-mail:houjianxiong@gdyd.com