火电厂机组深度调峰过程中的节能探索

杨康

摘要：大多数发电厂组在深度调峰的工作过程中会发生稳燃难、燃料耗费过多的状况，而怎样实现既安全平稳调峰，又能减少能源消耗，是发电厂组正常运转的关键问题。通过统筹优化发电厂组启动过程，工作时间可以减少2小时，调峰流程中充分发挥了纯氧的点火优势，保证燃烧平稳，大大减少了燃料消耗。经实践证明，通过采取各种安全措施，已实现机组的平稳调峰，且比锅炉启动时用油节约了70%左右，节约环保效益良好。

关键词：火电厂机组;深度调峰过程;节能探索

近年以来，由于用电需求增速的降低，供电装置容量迅速扩大，尤其可再生能源发展迅速，使得供电峰值和低谷负荷的峰谷差有时最多甚至达到了一倍多，给全国供电的有效调节带来很大的障碍。在遵照国家我国节约调度管理的基本原则下，全国供电调峰运营的主力，即承担了很大的调峰运营压力。火电企业为提高市场竞争力，要面对发电机组的深入调峰运行速度与负载相应速率变化而产生的经济效益、安全和环境保护等重大技术问题，所以，对火电机组灵活性改进是当前电源供应侧变革的最有效途径，也是改善企业生命周期的必然选择，同时，经过不断地探讨、摸索，同时总结出一种利用大型燃煤发电机组深入调峰运营的成功经验。

1现阶段我国火电机组控制情况

目前，我国发电机控制采用分散控制系统，大型发电机将配备协调控制系统。为了最大限度地确保发电机的安全、稳定和经济运行，有效提高发电机的灵活性和深度调节能力，需要更新和修改发电机的协调控制系统。在深度调整工作中，指标和参数是影响发电机供电质量的主要因素。发电机组热净滞后和高温惯性特性影响发电机组负荷响应速度、稳定性、主蒸汽压力和主蒸汽温度。采用色散控制系统协调控制系统，既不能满足发电机控制系统中的控制算法和策略，也不能达到预期效果。目前，中国DCS制造商在软件设计和配置方面投资不大，但使用了一些最早的国际控制程序和算法[1]。事实上，这些早期的国际技术和方法未能在中国电力改革的当前背景下满足发展需要，导致了实地的开发和实施。为此，发电机控制系统现阶段只能满足小规模低负荷变化的调节要求。但是，对于大规模、高速负荷变化的调节，特别是深度调节，当前的控制系统不能有效保证发电机的安全稳定运行，同时主蒸汽压力、功率、温度等一系列参数也在不断变化[2]。

2国内外研究现状

2.1国内研究现状

随着我们国家额的电网峰谷差逐渐扩大，原有电力结构表现出的适应性问题受到了社会各界的广泛关注。现阶段我们国家的蓄能电站所占全国的比例为2%。与基本要求10%之间仍然相差较多。就我们国家的华中电网来说，其面临的调峰形势十分严峻。为了可以更好的解决现阶段额的调峰问题，华中电网提出通过建完善的电力系统来达到最终的目的。目前东中部电网提出了建立风抽水电形式的调峰电源，以解决所面临的发展问题。

2.2国外研究现状

现阶段全世界都在面临着同样的一个问题那就是资源短缺。所以一系列的新型的可再生发电项目出现在了人们视野当中，但是新型电力生产为电网的调峰问题带来了新的挑战。为了可以进一步解决这个问题，各个国家都做出了积极的应对。例如日本的东京电力公司在实际的建设过程当中应用了超临界压力35万千瓦的机组。法国作为一个核电大国，通过优化电站结构，建立抽水蓄能电站来解决调峰问题。

3影响火电机组深度调峰的主要因素

3.1煤质特性的影响

就火力发电来说，其机组在进行深度调峰的过程当中，所具有的最低负荷往往是锅炉的最低稳燃负荷所决定的。而锅炉的最低稳燃负荷在实际的工作过程当中往往又是由煤质特性所决定的。基于现阶段我们国家的能源动力基本来源于劣质煤。并且因为近几年的经济市场较为复杂，煤价变动较大，所以也使得电厂在实际的生产过程当中，煤质特性波动问题也十分严重。出于对最低稳燃负荷考虑，在实际的应用过程当中应该进一步控制煤的质量。

3.2水动力工况的安全性

当电力系统当中的火力发电机组参与到实际的调峰过程当中，这个时候锅炉的运行会处于飞符低负荷运行状态。而低负荷的运行会使炉内的火焰充满程度逐渐下降，这也就是低负荷下锅炉膛受热不均的主要原因。而当锅炉膛的受热不均匀的时，水冷壁当中的各个循环管路的水流量分配也会不均匀。最终将会导致水循环的速度发生偏差，从而发生水循环倒流以及水循环停滞等问题。

3.3制粉系统的影响

制粉系统是电力系统当中的一个重要组成部分，其在实际生产当中的应用作用是为锅炉输送干燥的煤粉。在这个系统当中，因为煤质特性发生了变化，所以很可能出现漏媒等问题。由于长期运行，煤粉长期冲刷煤粉管道，造成煤粉管道变薄，或者加装衬板后，由于间隙的存在，也会造成漏煤。不仅会导致磨煤机电耗增加，也会影响到机组的安全经济运行。

3.4汽轮机末级叶片的安全性

整个火电机组在实的低负荷运行过程当中，因为蒸的流量将会进一步降低，所以动叶片根部会出现汽流脱离的问题，最终将会形成水蚀。水蚀是一种将会对叶片气动性造成影响的现象，最终将会是汽轮机产生应力集中问题，叶片截面面积减小也是这种原因所造成的现象。最终使得整个机组安全性出现问题。

4火电机组灵活性改造目标及效果

在确保机组以低负载安全平稳运转的前提下，通过选用切实可行、高性价比的技术改进方法，对锅炉、汽轮机、辅机、供电、控制等几个方面进行了优化，以达到发电机组的深度调峰目标。

（一）改造目标

1、进行相应的低负载精细化运行调整试验和不投油稳燃测试，达到将锅炉运行的不投油最低稳燃负载下降至百分之二十五到百分之三十的额定重量负载。

2、在满足冬季最大抽汽速度350t/h以及同等供暖能力的前提下，降低汽轮机组供电工况最小电力负荷至99MW。

3、通过改善机组中深度调峰负荷的控制回路适应性和机组协調控制特性，以实现机组在百分之三十负荷以上均可投入协调工作。

4、将机组的AGC负荷速度提高至2%Pe/min，以满足电网对深度调峰发电机组的负荷变化速度需求。

（二）主要改造效果

1、在低负载下的精密化运动调节，一般涉及对磨煤炭机械入口风力标定和一次风速测量、煤粉锅炉的细化性能摸底和调节、磨煤机投运方向调节，及不投油稳燃测试。通过优化设计后，达到了发电机组在同时投运二台磨煤机，燃用最常见煤质的条件，达到百分之二十五额定重量负荷（83MW）而不投用油的稳定燃烧。经核算可得，在83MW负载下投运二台磨煤机时的高压锅炉，加热效率为92.95%[1]。

5深度调峰过程中的危险点分析与防范方法措施

（一）锅炉灭火

深度调峰运行过程中由于燃气的温度逐步降低，以及锅内水温的逐步下降，燃烧工况越来越糟糕，很容易引起锅炉大火，所以深度调峰运行期间燃烧调节的建议：

1、低负荷时要求煤质空气收到基低位发热量超过18kJ/g，或空气干基挥发分超过24%;

2、低负荷时一次平均风压宜保持在8kPa以下，总氧量保持在百分之三点五到百分之四点零，但切勿过大，以防减弱燃烧;

3、低负载时磨煤机很容易产生震荡，所以应该保证较小的磨风速，使磨出口风压限制在2kPa以下;

4、若温度调节后磨煤机的火检工作仍不平衡，可适时使用最能保证燃烧的油枪，以避免锅炉灭火的情况产生[2]。

（二）给水流量波动

1、在深度调峰过程中，如果机组负载低于250MW时需要对小型机汽源切换，切汽源的过程尽量在负载最高时刻完成，而切换汽源时从辅汽至小型机电动门须采用间断开启方法完成，并密切注意检查小型机的进汽调门动态正常，小型机速度、流量保持平衡，避免因辅汽、四抽在转换过程中串汽，形成因小型机不出力而引起的给水流速过低保护动作;

2、在深度调峰工作过程中，当给水泵流速靠近给水泵很小流量阀的启动值时应密切观察小流量阀门动作状况，当给水泵流速靠近给水泵小流量阀门的启动值时应当密切观察，在必要时可提早启动给水泵小流量阀门至固定开度，已实现了稳定给水方式的目的。

6锅炉燃烧优化调整

（1）控制煤种、合理掺配煤

采用挥发量较高，热值在4000Kcal/kg左右的燃煤，为机组低负荷稳定燃烧提供质量保证的煤炭品种。各种煤的分布是渐进的，必须确保煤的分布尽可能接近实际价值，以确保煤的质量和燃烧安全。煤炭质量差时，应根据峰值调节时间提前准备煤炭，以保证峰值调节时燃烧的稳定性。

（2）优化调整煤粉细度

MPSL70HP-II中速平板磨机用于煤磨机，粉碎煤的设计细度R90为35%，出口分离器挡板为40%。选煤厂正常运行中，出口分离器挡板保持在30%～40%，碎煤细度R90约为30%。机组在低负荷下达到峰值时，根据锅炉燃烧和火灾检测，在煤磨机出口适當降低分离器挡板。负荷减少到264Mw时，煤磨分离器的出口挡板调整为30%。此时，碎煤细度R90达到23%，碎煤精细，燃烧良好，火焰检测稳定。

（3）优化配风

深度调峰期间注意分级风箱压力、燃烧器风箱压力的监控，风箱压力控制在0.3KPa以上，氧量控制在6.0%左右。为防止四台磨煤机出力较低，着火煤粉浓度不够，退出D磨煤机容量风门自动，手动关小D磨煤机容量风门，保持B、C、F磨煤机容量风门开度大于40%，确保煤粉着火浓度;其次，保证磨煤机进口一次风压大于2.0KPa，防止堵磨、堵管。

7保证机组稳定的相关措施

（1）将机组运行方式切TF定压控制，负压自动控制，给水自动控制，风量自动控制，一次风压自动控制，给水自动控制，燃料主控自动控制，锅炉主控手动控制，加减锅炉负荷：采用输入数值进行，若采用加减箭头，每加减一次变化7MW，对锅炉的热负荷控制扰动较大。

（2）凝结水流量控制，在深度调峰期间负荷较低，为保证凝结水流量大于凝结水泵的最低允许流量500t/h，防止凝结水泵汽蚀，提前开大凝杂水用户或再循环调门。对低负荷运行期间小汽机用汽安全制定了详尽的技术措施，还针对汽泵给水流量下限设定值降低至500t/h，防止因深度调峰期间给水流量过量，使贮水箱见水，锅炉由干态转湿态运行，增加了调整难度，从而达到了节能降耗目标，机组深度调峰期间给水实现自动调节。

（3）热一次风母管压力控制在6.3KPa，过热度控制在8～12°C之间。

（4）给水流量保持740t/h以上，保证锅炉水动力的稳定性，防止出现传热恶化。在给水泵在切换时，操作员要通过加减汽泵或电泵的转速，逐渐实现给水流量的转移，过程中由于给水泵再循环调节阀的参与调节，不可避免地会造成给水流量的波动。尤其是退出给水泵的再循环调节阀如果超驰动作，在很短时间内突然全开，对给水流量的扰动非常大。另外，操作员的操作手法不当，过快过猛，也是造成给水流量大幅波动的重要原因。

（5）机组负荷减至264MW后，机组负荷难以维持计划负荷，需要利用锅炉主控进行调整，进入TF控制模式，调整锅炉主控尽量每次调整1MW，因为调整锅炉主控后机组负荷有滞后性，调整后至少观察2-3min。一般由锅炉主控手动加减负荷，负荷降至230MW，氧量自动退出;汽泵再循环调整门退自动，手动缓慢开启，当汽泵转速低于3050r/min时必须手动逐步开大至40%，增加汽泵出力确保汽泵不发生保护动作（再循环门开度≤40%且给水流量≤449T保护动作）。

（6）低负荷脱硝系统优化。为了确保深度调节时排烟系统入口的烟温不低于293 ℃，并保持排烟系统的整体贡献，经过多次实验确定，制粉系统的最佳燃煤方式是三个斗扎煤和一个斗辅煤，以保持合理的总燃料量，这保证了制粉系统能保证排烟系统入口的烟温，使排烟系统正常工作，并能增加每个煤粉喷头的开启，并对二级防风板施加分级风，以减少NOx的产生。

结语：综上所述，火电机组经过上述改革，基本达到了发电机组的深水调峰运行能力、高自动控制水平、低负载及经济性改善的综合改革目标，有效确保了发电机组能够在国家电网深水调峰调度模式下安全平稳运转，并显著增强了发电机组在当前发电形势下的市场竞争能力。该试验项目的顺利开展，对于中国其他同类型机组具有很好的试验示范和借鉴意义;不过，对于中国大功率超临界机组怎样保障在深度调峰时期的安全、平稳、有效经济地运行，仍需进一步总结，以实现精细化调度的目的。

参考文献：

[1] 柳全胜，闫春圆. 公路工程施工中的沥青混凝土路面施工技术[J]. 砖瓦世界，2021（23）：110-111.

[2] 马丽虹. 公路工程施工中的沥青混凝土路面施工技术[J]. 黑龙江交通科技，2021，44（9）：55，57.