摘 要：針對某電廠的實(shí)際情況，對影響電廠鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的因素進(jìn)行分析。著重分析運(yùn)行因素中蒸汽參數(shù)、各項(xiàng)熱損失、輔機(jī)電耗、負(fù)荷分配和助燃油對經(jīng)濟(jì)性的影響，提出提高電廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的措施，為發(fā)電企業(yè)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供參考。
隨著電力體制改革的不斷深入，“廠網(wǎng)分開、競價(jià)上網(wǎng)”已成必然，發(fā)電企業(yè)將面臨嚴(yán)峻的市場考驗(yàn)。發(fā)電企業(yè)只有不斷降低成本，才能在市場中站穩(wěn)腳跟。目前國家整頓煤炭市場，關(guān)停小煤窯，使煤炭價(jià)格上漲，而電價(jià)將會逐步降低，這些都使燃煤電廠面臨更加嚴(yán)峻的考驗(yàn)。衡量燃煤發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)性的主要指標(biāo)是供電煤耗。供電煤耗的大小取決于發(fā)電煤耗和廠用電率，影響發(fā)電煤耗的主要因素是鍋爐效率。因此，研究電廠鍋爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，對提高電廠的經(jīng)濟(jì)性具有重要意義。
1 設(shè)備概況
某廠8號爐為DG-670／13.7-8型自然循環(huán)煤粉爐，制粉系統(tǒng)為鋼球磨中儲式熱風(fēng)送粉系統(tǒng)。1991年1月投產(chǎn)，配200MW汽輪發(fā)電機(jī)組。設(shè)計(jì)帶基本負(fù)荷，低于180MW時(shí)需投油助燃。1997年進(jìn)行了分散控制系統(tǒng)(DCS)改造，2001年汽輪機(jī)通過通流部分改造擴(kuò)充為220MW。自1992年下半年后，煤炭市場發(fā)生了變化，鍋爐燃煤質(zhì)量嚴(yán)重惡化，煤種雜亂無序，運(yùn)行煤種偏離設(shè)計(jì)煤種，揮發(fā)分低、灰分高，造成煤粉氣流著火延遲。火焰中心上移，燃燒不完全損失增加，爐膛出口煙溫升高，排煙損失增大。機(jī)組擴(kuò)容后，燃料量增加，爐內(nèi)溫度提高，造成爐膛出口區(qū)域、屏區(qū)及燃燒器區(qū)域存在不同程度的結(jié)渣，影響了鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
2 鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究
2.1 蒸汽參數(shù)
蒸汽參數(shù)的高低直接決定電廠熱力循環(huán)的效率。運(yùn)行中能否維持蒸汽參數(shù)的穩(wěn)定主要取決于運(yùn)行人員的責(zé)任心及熱工自動(dòng)裝置的投入率。本機(jī)組經(jīng)數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)和DCS改造后，設(shè)備自動(dòng)化水平有了大幅度提高，能針對煤質(zhì)、負(fù)荷、運(yùn)行方式的變化及時(shí)調(diào)整，正常工況下能維持蒸汽參數(shù)在規(guī)定范圍內(nèi)。經(jīng)試驗(yàn)表明，主蒸汽溫度可平均提高10～14℃，平均可使全廠煤耗下降1.44g／(kW·h)，再熱汽溫平均提高12℃，煤耗下降0.81g／(kW·h)。
2.2 鍋爐的各項(xiàng)損失
鍋爐的各項(xiàng)熱損失中排煙損失q2最大，約占5％-12％；其次是固體未完全燃燒損失q4，約占1％—5％。其它損失則很小。提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，主要應(yīng)從減小q2和q4著手。
2.2.1 排煙損失
影響排煙損失q2的主要因素是排煙溫度和排煙容積。排煙溫度越高，則排煙熱損失越大，一般每增加10—15℃，會使損失增加1％。排煙溫度偏高的原因有：受熱面設(shè)計(jì)過?。粚?shí)際煤種偏離設(shè)計(jì)煤種；運(yùn)行不當(dāng)，火焰中心偏高；受熱面污染；制粉系統(tǒng)漏風(fēng)，為保證合適的過量空氣系數(shù)而減少空氣預(yù)熱器的送風(fēng)量，其吸熱減少及空氣預(yù)熱器漏風(fēng)、堵灰嚴(yán)重。排煙容積過大的主要原因?yàn)椋籂t膛及煙道漏風(fēng)；煤粉過濕，燃燒后產(chǎn)生大量水蒸汽及運(yùn)行中送風(fēng)量過大等。
實(shí)際運(yùn)行中，造成排煙溫度高及排煙容積大的主要原因是漏風(fēng)、過量空氣系數(shù)及配風(fēng)方式和燃料特性。本機(jī)組采取以下減少q2的措施：設(shè)備方面：2001年大修中將低溫段空氣預(yù)熱器改為熱管式空氣預(yù)熱器，可有效減少空氣預(yù)熱器漏風(fēng)，保證其吸熱量，大幅度降低了排煙溫度，并加強(qiáng)了各處的漏風(fēng)堵漏。運(yùn)行調(diào)整方面：(1)時(shí)刻注意氧量表的變化，控制合理的過量空氣系數(shù)。正確監(jiān)視和分析爐膛小口氧量表和排煙氧量表及風(fēng)量表的變化，在滿足燃燒條件下盡量減少送風(fēng)量。(2)合理投入煤粉燃燒器。正常運(yùn)行時(shí)，一般應(yīng)投下層燃燒器，以控制火焰中心位置，維持爐膛出口正常的煙溫。(3)根據(jù)煤種變化合理調(diào)整風(fēng)、粉配合，及時(shí)調(diào)整風(fēng)速和風(fēng)量配比，避免煤粉氣流沖墻，防止局部高溫區(qū)域的出現(xiàn)，減少結(jié)渣的發(fā)生，定期吹灰，以保持受熱面清潔。(4)及時(shí)關(guān)閉各檢查門、觀察孔，以減少漏風(fēng)。制粉系統(tǒng)在條件允許的情況下應(yīng)維持較小的負(fù)壓，少開冷風(fēng)門。(5)合理調(diào)整制粉系統(tǒng)，根據(jù)煤種采用不同的煤粉細(xì)度，提高各分離器的效率，盡量減少三次風(fēng)的含粉量和三次風(fēng)量。三次風(fēng)布置在最上層，風(fēng)、粉量大會延長整個(gè)燃燒過程，使火焰中心位置上移，爐膛出門煙溫偏高。(6)針對不同煤種選擇適當(dāng)?shù)囊淮物L(fēng)溫，在不燒壞噴口的前提下盡量提高一次風(fēng)溫，對降低排煙溫度和穩(wěn)定燃燒均有好處。
2.2.2 固體未完全燃燒損失
固體未完全燃燒損失q4是指部分固體燃料顆粒在爐內(nèi)未能燃盡就被排出爐外而造成的熱損失。這些末燃盡的顆?？赡茈S灰渣從爐膛中被排掉，或以飛灰形式隨煙氣逸出。固體未完全燃燒損失是燃煤鍋爐的主要熱損失之一，僅次于徘煙熱損失。煤粉爐中，由灰渣中可燃物造成的固體未完全燃燒損失通常僅占該損失的5％-10％，絕大部分固體未完全燃燒熱損失是由飛灰中可燃物造成的，影響這項(xiàng)損失的主要因素有燃燒方式、燃料性質(zhì)、過量空氣系數(shù)、爐膛結(jié)構(gòu)及運(yùn)行工況等。
q4的大小取決于煤粉顆粒的燃盡速度，燃煤的揮發(fā)分愈高，灰分愈少，發(fā)熱值愈高，則煤的燃盡速度越快；煤粉愈細(xì)，煤粉愈均勻則損失愈小。因?yàn)榇箢w粒煤粉越多，越不易燃燒完全?？諝庠匠渥悖催^量空氣系數(shù)越大，對碳的燃盡越有利。但過量空氣系數(shù)過大，會使排煙熱損失增大，因此，運(yùn)行中要選扦最佳的過量空氣系數(shù)。
實(shí)際運(yùn)行中，影響該損失的主要因素有燃料特性、煤粉細(xì)度、過量空氣系數(shù)和運(yùn)行方式。本機(jī)組采取了以下措施：(1)合理配煤以保證燃煤質(zhì)量。將各煤種精心混配，減少燃煤的大幅度變化，維持運(yùn)行參數(shù)基本穩(wěn)定。(2)合理調(diào)整煤粉細(xì)度。煤粉細(xì)度是影響飛灰可燃物含量的主要因素。經(jīng)濟(jì)煤粉細(xì)度要根據(jù)熱力試驗(yàn)進(jìn)行選取。(3)控制適量的過量空氣系數(shù)。煤粉燃燒需要足夠的氧氣，但過多的冷空氣會降低爐內(nèi)溫度水平，且使排煙容積增大。合理的過量空氣系數(shù)應(yīng)根據(jù)燃燒調(diào)整試驗(yàn)及煤種確定。(4)重視燃燒調(diào)整。爐內(nèi)燃燒狀況的好壞、溫度水平及煤粉著火的難易程度直接影響灰渣可燃物的含量。燃燒狀況又直接影響溫度水平和著火過程。運(yùn)行中應(yīng)根據(jù)煤種變化掌握燃燒器特性、風(fēng)量配比、一次風(fēng)煤粉濃度及風(fēng)量調(diào)整的規(guī)律，重視燃燒工況的科學(xué)調(diào)整，使?fàn)t內(nèi)燃燒處于最佳狀態(tài)。
2.2.3 其它熱損失
山于增容改造后，高負(fù)荷時(shí)需多加燃料，使原送、引風(fēng)機(jī)容量不足，會使可燃?xì)怏w未完全燃燒損失增加。通過對風(fēng)道及爐膛設(shè)備的堵漏風(fēng)已基本解決該項(xiàng)損失增大的問題。
2.3 降低輔機(jī)電耗
對燃煤電廠，鍋爐的制粉系統(tǒng)、送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)及給水泵所消耗的電能占廠用電的比例很大，其中給水泵電耗占廠用電的35％左右。運(yùn)行中主要從以下方面來降低給水泵電耗：在保證減溫水壓力、負(fù)荷需要的前提下盡量減少閥門的節(jié)流損失；通過液力聯(lián)軸器，用調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)給水流量和給水壓力，以提高效率。另外將送風(fēng)機(jī)的節(jié)流調(diào)節(jié)通過加裝液力耦合器變?yōu)樽兯僬{(diào)節(jié)，堵塞風(fēng)道設(shè)備漏風(fēng)以降低送風(fēng)機(jī)電耗，在運(yùn)行中采用保持正常的過量空氣系數(shù)及最小負(fù)壓、及時(shí)堵塞各處漏風(fēng)、通過吹灰減少煙道阻力、合理使用再循環(huán)風(fēng)及加強(qiáng)對除塵器的維護(hù)以防止堵灰等方法降低引風(fēng)機(jī)電耗。
針對制粉系統(tǒng)電耗，通過調(diào)整試驗(yàn)找出最佳通風(fēng)量、鋼球裝載量、合理的干燥出力、不同煤種下的經(jīng)濟(jì)細(xì)度等參數(shù)，制定運(yùn)行卡片對照實(shí)施，并通過及時(shí)調(diào)整風(fēng)量、補(bǔ)加鋼球等方法，保證制粉系統(tǒng)最大出力，降低電耗。
2.4 負(fù)荷的分配
目前該機(jī)組采用的控制方式有3種：鍋爐跟蹤控制方式、汽輪機(jī)跟蹤控制方式和協(xié)調(diào)控制方式。隨著科技發(fā)展，電網(wǎng)對單元機(jī)組的負(fù)荷適應(yīng)能力和穩(wěn)定性有了更高的要求。在正常運(yùn)行狀態(tài)下，機(jī)組參加調(diào)峰、接帶尖峰負(fù)荷、參加電網(wǎng)調(diào)頻、接帶自動(dòng)負(fù)荷指令及值班員手動(dòng)負(fù)荷指令都是正?，F(xiàn)象。負(fù)荷變化時(shí)，鍋爐效率也隨之變化。該機(jī)組在75％-85％負(fù)荷范圍內(nèi)效率最高。為滿足電網(wǎng)負(fù)荷要求，并保證單元機(jī)組相關(guān)參數(shù)在規(guī)定值范圍內(nèi)，保證機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，該機(jī)組正常情況下采用協(xié)調(diào)控制方式。由于接受自動(dòng)負(fù)荷指令使鍋爐不能一直在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷區(qū)域內(nèi)工作，現(xiàn)場可通過限定負(fù)荷上下限的辦法，在電網(wǎng)允許的情況下，盡量在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷范圍內(nèi)運(yùn)行，以保持較高的鍋爐效率。接受值班員手動(dòng)負(fù)荷指令時(shí)，一般采用高效率機(jī)組帶基本負(fù)荷，低效率機(jī)組帶變動(dòng)負(fù)荷，以保證高的總效率。
電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行計(jì)算是一個(gè)非線性規(guī)劃問題，大量試驗(yàn)結(jié)果表明，平均分配負(fù)荷并不是最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式。對于多臺機(jī)組的負(fù)荷分配，目前主要的最優(yōu)組合經(jīng)濟(jì)運(yùn)行實(shí)用算法是優(yōu)先次序法與動(dòng)態(tài)規(guī)劃法，且需進(jìn)一步考慮機(jī)組的啟、停機(jī)燃料損耗，需針對具體設(shè)備特性進(jìn)行進(jìn)一步研究并進(jìn)行大量試驗(yàn)，以得到最優(yōu)運(yùn)行方案。
2.5 減少點(diǎn)火及助燃用油
減少點(diǎn)火及助燃用油可采用以下措施：(1)點(diǎn)火前提前投入鄰爐底部加熱系統(tǒng)加熱水冷壁下聯(lián)箱，并適當(dāng)延長加熱時(shí)間，盡量提高汽包壓力，不但可節(jié)省大量用油，還可減少汽包壁溫差。(2)采用煤粉直接點(diǎn)火燃燒器(一次風(fēng)口內(nèi)布置小油槍)，點(diǎn)火時(shí)的燃油火炬與煤、油混合物直接接觸，在噴口處形成以煤粉燃燒為主的主火炬來進(jìn)行啟動(dòng)點(diǎn)火，減少點(diǎn)火用油。(3)單元機(jī)組采用滑參數(shù)啟動(dòng)，可縮短啟動(dòng)時(shí)間，提前并網(wǎng)停油。而且鍋爐不需向空大量排汽，減少熱量及汽水損失。(4)減少助燃油。由于油槍布置于一次風(fēng)噴口內(nèi)，易于助燃煤粉。將油槍霧化片由原800kg/h改為500kg／h，助燃效果變化不明顯，從而節(jié)省大量用油。
參考文獻(xiàn)：
[1]張愛存.發(fā)電廠燃煤鍋爐運(yùn)行調(diào)整與經(jīng)濟(jì)性分析[D].華北電力大學(xué)畢業(yè)論文，2003.
作者：華北電力大學(xué) 李永華，潘朝紅，呂玉坤 河北興泰發(fā)電有限責(zé)任公司 張愛存 來源：2004-04-16錄入
