大型火力发电厂节能管理的创新与实践

火力发电厂节能降耗管理的创新与实践国电山东石横发电厂一、引言国电石横发电厂座落在泰山西麓、著名桃乡肥城市，处山东电网负荷中心，担负为泰安、聊城、济南等地区供电重任。随着电力行业的战略性重组，2006年4月26日，石横发电厂运营管理划归中国国电集团。石横发电厂始建于1962年。目前运行的6台300MW机组分三期建成，一期工程2300MW是“七五”期间国务院十二项重大技术装备项目之一，是我国首次引进国外设备制造技术和电站设计技术的“双引进”机组，分别于1987年、1988年投产发电；二期2300MW工程是国家“八五”期间山东省重点技改项目，两台机组分别于1997年5月、11月投产发电，2001年，对一、二期机组进行315MW增容技术改造；三期扩建工程2330MW热电联产机组分别于2007年8月、12月投入商业运营。山东石横发电厂自建厂以来，多次受到党和政府及上级领导的表彰，曾荣获国务院“重大技术装备优秀项目特等奖”， 在双达标、创一流等工作中屡次创出佳绩。企业先后荣获“富民兴鲁劳动奖状”、“全国精神文明建设工作先进单位”、“全国五一劳动奖状”、“国际一流火力发电厂”、“全国企业文化建设先进单位”、“全国文明单位”等荣誉称号。近年来，石横发电厂以中国国电集团发展战略为统领，以市场为导向，以效益为中心，以创新变革为动力，坚持科学发展观，苦练内功、深度挖潜，坚定不移地抓改革，抓发展，抓管理，抓队伍，大力推进管理创新、机制创新、科技创新和企业文化创新，在节能降耗管理上深入推进精细化管理，在实践中取得了良好的效果，运行管理水平迈上了新的台阶。二、节能管理的创新背景（一）建设节约型社会的必然要求节约资源，保护环境，提高资源能源利用效率，是科学发展观的题中之意，是加快转变发展方式，推进经济结构战略性调整、构建和谐社会的重大举措。国家把节能降耗和污染物减排目标作为经济社会发展的约束性指标，列入“十一五”国民经济发展规划。为确保 “十一五”节能减排目标的实现，中央政府与各省、市、自治区和有关中央企业签订了责任书。电能是国民经济各生产部门的主要动力，电力生产消耗的能源在我国能源总消耗中占的比重也很大，燃煤电厂在为经济社会发展提供清洁便利电能的同时，消耗大量的一次能源和排放大量的污染物，电力行业被国家有关部门列为节能减排的重点领域。目前我国的供电煤耗比工业发达国家平均高出很多，能耗水平与世界的差距仍然很大，这就迫切需要我们对各项指标进行科学管理，节能降耗。作为国际一流企业，也应该勇于承担社会责任，尽力提高资源利用率，减少一次能源的消耗。（二）电力企业提高核心竞争力的内在要求随着厂网分开后电力装机容量的快速增长，发电企业市场化程度的加剧，煤价持续高涨，各种税费费率不断上调，机组利用小时数逐年下降，尤其是现阶段的火力发电企业还处在一个煤价与电价不对称、不规范的市场环境中，电价难以到位，恶劣的外部经营环境导致企业经济效益大幅滑坡，企业经营困难。特别是2008年以来，煤价大幅飙升，火力发电厂出现全行业亏损的状况，在这种不利情况下，火力发电厂各项经济指标的优劣，不仅关系到火力发电厂的经济效益，更决定着一个企业能否在市场中生存，在竞争中赢得一席之地，因此提高电能生产的经济性具有十分重要的意义。在发电企业中，煤炭占发电总成本的70%以上，所以降低发、供电煤耗，就可以大大降低生产成本。三、节能降耗管理的创新与实践（一）创新管理机制石横电厂在节能管理中不断实施管理创新、机制创新，形成了一套科学完整的节能管理体系。1、健全组织、加强领导为加强对节能工作的领导，制订了国电石横发电厂节能评价工作管理办法，建立了厂节能三级管理网络, 确定了以厂长为组长, 班子成员为副组长，将各部门负责人为成员的节能领导小组，各部室、检修队设置节能工作专责人，建立健全了节能工作管理网络。为了把节能降耗工作落到实处,加大节能工作的投入及考核力度，对节能工作计划及有关节能奖励政策进行了认真的修改调整。针对各项经济技术指标及现场存在的问题,纳入到石横电厂经济责任制考核办法中去，规范了各部门人员在节能工作中的具体行为并对其执行情况实行考核,在月度考核中兑现。2、完善制度、规范运作在建立健全管理组织的同时，进一步完善、补充各项节能管理制度，是节能工作更加科学、规范。加强月度运行分析，及时开展专题分析，分析机组的主要运行参数和经济指标，对照设计值和同类型机组的先进指标，及时提出节能降耗调整意见和分析研究节能运行方案，分专业、分系统进一步细化节能降耗指导意见和可操作性措施。制定了周经济参数分析制度，成立了以运行副总为组长、运行部主任和生技部主任为副组长、各分场分管生产副主任和专业专工位成员的指标管理小组。指标管理小组对单机煤耗等重要技术经济指标进行日分析、周总结，及时发现运行方式、设备等存在的问题，及时部署运行调整或检修处理。以下是某周参数对比情况（仅列举部分参数）：表一：#5机组指标某周完成情况对比分析序号指标单位机组号本周完成上周同比 说明上周完成单机比较平均影响煤耗（g/kwh）1发电量万kWh4315.2 6992.6 -2677.4 2厂用电率%#5、65.6 6.2 -0.7 -2.195 3真空KPa#595.5 95.8 -0.3 -0.3 0.607 4排烟温度#5127.1 128.6 -1.5 -1.5 -0.222 5排烟氧量%#54.6 4.8 -0.2 -0.2 -0.220 #65.2 4.3 0.9 6飞灰含碳量%#51.51 1.4 0.1 0.1 0.115 7大渣含碳量%#51.31.7 -0.4 -0.4 影响煤耗合计-1.915 3、细化指标、强化责任、严格考核按照精细化管理的要求，制订了经济指标实时考核管理制度，强化指标异常即缺陷的管理理念，加强节能目标日常管理，及时、合理调整指标定额，将节能指标分解到车间、班组，通过现场计量测试、历史数据库比较等方式核实指标定额，纳入内部承包责任书指标管理。科学调整全厂指标考核体系，加大对供电煤耗率、厂用电率、发电水耗等关键指标的考核力度，增加了对二、三级支持指标的考核与监督，建立权责明晰、奖惩分明的激励约束机制，用分项指标保一级指标，日指标保月指标，月度指标保年度指标的控制机制。形成了职责到位、目标明确、考核全面的节能管理体系。通过此项节能管理的创新，有效的保证了各项指标的完成。4、及时分析，动态管理发电厂状态参数是系统或设备运行状况的映像。机组在不同的方式和状态下相对应的最优控制参数的范围，即机组的正常状态参数。一旦机组的某个（或某些）状态参数偏离了最优控制参数的范围，就说明机组不是运行在最佳的安全、经济状态下，这个（或这些）参数即视为机组异常状态参数。通过对机组异常状态参数的分析，找出它们产生的原因，以便及时采取措施，消除缺陷或提出预防事故发生的对策，并为设备改进、运行操作和系统运行方式的优化提供依据，从而不断提高机组的安全、经济运行水平和运行人员的技术水平。石横电厂按指标的重要程度，将指标进行了分类，一类指标主要包括发电量、厂用电率、发、供电煤耗。二类指标主要包括凝汽器真空、排烟温度、补水率、飞灰含炭量、用油量、高加投入率等。在日常工作中对一、二类指标密切追踪，及时开展班组在线和专业人员离线分析得异常参数分析制度。如当日发现机组发电煤耗升高，应该有运行班组进行在线分析，如果运行人员未发现，则由指标专工在对发生异常参数的班组进行考核的同时，发出异常参数分析通知，运行部对影响发电煤耗的各个原因进行分析，对发现的问题能处理的进行处理，直至发电煤耗恢复正常；若通过分析，采取一系列调整措施，发电煤耗仍高，并发现设备存在问题，再由指标管理小组进行分析，并制定出解决问题的措施，通过消缺可以解决的问题，严格执行缺陷管理制度，无备品的以备品采购管理规定时间来定，需停机处理的，根据系统情况安排，直至发电煤耗恢复正常；若采取上述措施后，发电煤耗仍然偏高，则成立攻关小组来解决该问题。图一：石横电厂异常参数分析流程2008年填写异常参数分析卡300余张，实现了各项经济技术指标的状态控制。例如通过异常参数分析，对真空系统的仔细排查后，发现#3机高压扩容器与凝汽器结合面处漏气，经检修处理后#3机真空上升了0.8KPa,降低发电煤耗1.6g/kwh,年节约标煤2700余吨。（二）应用新技术，促进节能技术进步1、等离子点火装置电厂在基建调试期间要消耗大量燃油，为降低基建费用，石横电厂三期2台300MW机组在基建期就采用等离子点火装置。等离子点火装置安装在炉前最下层的A层燃烧器上，每一只火嘴对应一套等离子点火装置。基建期间实现了锅炉无油点火，节省了大量燃油。在投产后机组启动阶段和低负荷调峰运行时，也采用了等离子点火装置，实现了无油燃烧，大大节省了燃油费用。2、高压电机变频技术的使用由于高压变频器是一种技术含量高、难度较大的高新技术产品，前几年在国内还不成熟，机组的高压辅机原设计均为交流电动机，全部采用直接恒速拖动，能耗非常高。随着高压变频技术的成熟，为了有效降低厂用电率，通过可行性研究分析，对部分设计裕量较大、长期在低负荷工况下运行的大功率辅机进行改造。以一台1500KW电动机改变频调节为例：阀门调节调速调节调速Vs 调阀流量 （%）功率（%）转速（%）（功率（%）节电率（%）75%87%75%42.2044.8%50%70%50%12.5%57.5%对于一台1500kW的电机来说，如经常需要运行在75%流量时，其年节电量（以一年运行300天计算）为：W=1500(kW)*7200(h)*44.8%=4838400 kW.h，即节电量483.84万度/年；若0.3元/度，节电费145.15万元/年；若经常运行在50%流量:节电量为621 万度/年，节电费为186.3万元/年。以单台电机投资250万计算，两年左右即可收回投资。3、双速电机技术的应用高压电机除了改变频调速外，也可采用双速电机技术，在不同工况下采用不同的转速来达到节能效果。石横电厂一、二期工程4台机组配备有4台循泵，冬季最少可开两台泵，夏季最高负荷要开四台泵。经过收资调研，将其中的两台泵进行了双速电机改造，在不同季节，可根据负荷情况，灵活选择循泵最佳的运行方式，在确保凝汽器真空的前提下，最大限度的节约循泵的耗电量。仅此一项每年可节电500万度左右，投资只需40万元，很短时间即可收回投资。（三）加强设备治理改造，提高机组运行经济性经过多年的实践, 我们深深认识到设备管理是节能管理的基础, 多年来, 全厂上下一条心,加大设备改造投入力度， 提高设备健康水平, 提高机组运行经济性, 降低各项损失。通过改造我厂较好的对下列设备和系统进行了治理整顿。1、对汽轮机通流部分进行改造针对上汽厂300MW国产引进型机组高压缸效率低及汽封效果差的缺陷，石横电厂利用大修, 对14 号机的汽封片、隔板片全部进行了更换, 通流部分间隙重新进行调整, 有效地减少了汽轮机的损耗, 同时对加热汽柜、门杆漏汽系统、汽封系统均进行了改造, 既保证了机组的安全, 又可降低机组的汽耗率。2、降低主要耗电辅机的设计裕量，减少厂用电如针对凝结水泵扬程设计裕量过大的特点，通过技术经济论证和试验比较，我们利用大小修对凝泵叶轮进行了改造，凝泵叶轮叶片去掉一级，在保证凝水流量在满足机组正常运行的前提下降低了凝泵扬程，仅此一项单台凝泵耗电降低100-120kWh, 4台315MW机组年节约厂用电200多万kWh。3、对真空系统进行治理，提高循环效率坚持汽轮机的真空系统进行常态治理,主要是提高系统严密性及清洁铜管换热面,着重抓好了对真空系统管道阀门内外泄漏、8 段抽汽口焊缝泄漏处理,有效的提高了机组的真空值，降低了发电煤耗。4、生产区原照明设计很不合理,照明灯具为普通工业高压钠灯，存在数量多、亮度低、功率大、使用寿命短、维修量大等缺点。为促进节能降耗，对现场照明进行了节能改造，将国产钠灯更换为高效节能、使用寿命较长的GE金属卤化物灯（其能耗比相当于节能灯）。还将控制开关细分，实行分时分段控制。由于新灯亮度高、安装位置合理，使现场照明灯减少1000盏左右，而且在每盏灯功率下降50W的情况下，仍能满足生产照明需要。经测算，仅此一项每年可节电100万度以上。5、对其他系统及设备的治理（1）通过对制粉系统、锅炉本体的漏风问题治理后, 制粉系统出力明显增加同时又有效地改善了锅炉的燃烧条件；针对煤质的变化和中速磨的运行特点修改了风煤配比特性曲线，改善了锅炉煤粉的燃烧条件，有效的减少了低负荷炉膛灭火的次数。 提高了机组的可靠性与经济性。 （2）定期检查汽水系统阀门的内外泄漏,不合格的阀门及时予以更换或修复, 从而有效地减少了汽水损失, 使我厂的化学补充水率由2000年度的3. 0% 降低到2008 年度的1. 53%。（3）将#1-4锅炉油枪系统进行改造，将原设计的大油枪改为小油枪，雾化蒸汽由辅汽改为压缩空气，通过改造将锅炉启动及低负荷助燃平均用油节省了60以上，每年可节省数百万元。通过对以上设备系统的治理, 加上严格大小修管理及消缺管理、狠抓文明生产使得我厂设备健康水平明显提高, 机组等效可用系数完成91% ，有效的提高了机组运行的经济性。（四）加强运行管理，优化运行方式，提高机组运行技术经济指标，追求发电效益最大化1、强化市场意识，以盈亏平衡分析和燃料性价比为导向，立足减亏增盈。加强市场调研和营销策划管理，按滚动控制要求，对全年电量市场和燃料市场进行季、月、旬、周等的分析预测，以追求最大利润为目标，做好电量进度的协调工作。2、高度重视运行方式节能。全面开展热力试验工作，对全厂主设备和主要辅助设备的能耗、效率、最佳工况点进行系统试验验证，为运行人员的操作提供了清晰依据。在保证安全的前提下，使设备系统在最佳的节能方式下运行，越高越好的参数努力提上去，越低越好的参数努力降下来，可以停下的辅助设备坚决停下来，能并在一起的系统坚决合并起来。近年来，实施了工业水、生活水、空预器冲洗水系统联络改造，一、二期开式水系统联络改造，#3、4机凝输水系统联络改造，部分公用设备进行了优化停运，每年可节电600万kwh。按照边际贡献优先的原则合理安排六台机组电量计划，机组在不投AGC的情况下，尽量安排发电煤耗低的机组带高负荷，发电煤耗高的机组尽量带低负荷，辅汽尽量安排在发电煤耗低的机组上。节日期间在机组需要调停时，通过协调采用深度调峰代替机组停运调峰的方式，大大减少了操作量，提高了全厂综合经济水平，统计数字表明，08年通过做工作共减少调停30余次。当需要机组深度调峰时，有等离子点火装置的机组，减少助燃用油量。3、优化机组启停方式，狠抓过程节能。一是优化过程控制、缩短机组启停时间。2008年我厂机组启停总计46次，每次机组启停运行部都制定了详细周密的控制方案，兼顾安全性和经济性，重点控制启动阶段辅机的启动和停机后辅机的停运，做好启停期间各节点的衔接，规范启动过程中的各项操作，并对影响机组启动的事件认真记录，按照经济责任制从严考核，增强了机组启动过程的可控性，缩短机组启动时间，减少了启停过程中的汽水损失、厂用电和燃油量。制订了机组停运后的操作注意事项，对机组停运后辅助设备的停运做了明确规定，使机组停运后辅助设备管理时间化、数量化，能够及时停运风机、给水、凝水、循环水及各辅助设备，节约了大量厂用电。二是不断探索开机过程中的辅机利用方式，深入开展过程节能。比如，机组启动采用单侧引、送风机启动，每小时节省厂用电0.1万度，热态启动可少用4个小时，冷态启动可少用10小时；锅炉冷态启动采用凝输泵和汽前泵，减少凝泵运行时间10余小时，电动给水泵的运行时间4小时，节约厂用电3万度；在汽包上水时投运除氧器加热，提高了锅炉给水温度，减少了锅炉烧参数的时间，节约了大量燃油；制订了机组启动带旁路提前投粉运行措施, 当热二次风温达100左右时启制粉系统，将油枪油压减至0.4MPa，使启动过程中的燃油量大量减少。4、加强对现场设备跑、冒、漏、滴的管理，对主要阀门加装温度测点并制订了阀门内漏管理办法，要求运行人员每日白班进行阀门测温的定期工作，每周四对每台机组全部的疏水、放水、承压排气阀门进行查漏工作，一旦发现温度异常，纳入缺陷管理，能立即处理的由检修人员当天处理，不能处理的利用调停机会对阀门进行修复或更换。5、对关键指标进行精细化管理，确保全厂指标的先进性（1）对主要辅机用电采取单耗管理办法。以制粉单耗为例，石横电厂磨煤机为中速碗式磨，制粉系统的单耗主要包括给煤机和磨煤机电耗，现给煤机已改为变频电机，而降低磨煤机电耗的主要方法是调整制粉系统的运行方式，根据负荷及时启停磨煤机。根据磨煤机的运行规律及检修经验，对磨煤机大修及定检后的最大出力作了详细规定：磨煤机大修后至累计运行3000小时内，最大出力不小于45T/H;累计运行30006000小时内，最大出力不小于42T/H;累计运行60008000小时内，最大出力不小于40T/H。当机组总煤量小于120T/H时，必须运行三台制粉系统，当煤量大于127T/H，且主汽压力较低时，可以启四台制粉系统。如每台磨运行时的最小电流为30A，当磨煤量带至45T/H时，磨电流为43A左右，带30T/H时磨电流为35A左右，当机组煤量在130T/H时，若运行三台磨总电流120A左右，若运行四台磨总电流140A左右，因此在煤量相同的情况下，运行四台磨比运行三台总电流增加20A左右。另外，在磨煤机单耗管理办法中规定，每台磨煤机单耗标准均为7.5 kWh/吨煤，当磨煤机单耗6.8 kWh /吨煤，奖维护单位100元，奖运行部100元。当磨煤机单耗8.3 kWh /吨煤，扣维护单位100元，扣运行部100元。通过此办法的实施和对磨煤机运行方式及风量的调整，保证磨煤机单耗降至最低。 除磨煤机单耗管理办法外，我们还制订完善了脱硫单耗管理办法、空压机单耗管理办法、制氢单耗管理办法、输煤单耗管理办法、取水单耗管理办法、除灰单耗管理办法等。（2）公用系统的管理（以水耗为例）a、以全厂水平衡分析为手段，加强用水管理从下图可以看出，我厂水源井供水分三路，水塔补水、化学用水、综合泵房补水，在理论上水源井供水量等于三路补水量总和，但由于表计存在测量误差，我们认为在5-10%内是合理的。首先通过计算得出水源地供水与三路补水总和不平衡，肯定管道有泄漏的地方，然后组织人员进行地下管网排查，找出漏点后，进行消除，工业水用量每日从12000吨左右降至10000吨以下。图二：全厂水平衡图 b、改进操作方法，减少循环水排污损失每台机循环水日补水量在2万吨左右，为减少水塔排污损失，在循环水Cl-含量增高时，采用呼吸排污法，即全开循环水塔排污门，关闭水塔补水门，大流量快速排水，待水位降至1.3米时，关闭循环水排污门，打开补水门，快速将水塔水位补至1.9米，重复该项操作，直至循环水合格为止。采用此方法，大大减少了循环水塔补水量，每台机循环水平均日补水量降为1万吨左右。通过采取以上措施，全厂平均日用水量由原来的40000多吨减少为20000吨左右。6、以信息化管理为平台，大力开展运行人员劳动竞赛石横电厂自主研发在线实时管理系统。该系统以机组DCS系统实时数据为基础，通过建立数据库获取及存储现场数据，实现在线监测机组运行、经济指标监视、耗差分析、超限管理、机组运行方式的优化等目标。本系统利用信息化手段，在线监测机组的运行状态，诊断机组耗能特点，绘制了主要参数对煤耗影响曲线，指导运行操作，挖掘机组节能的最大潜力，是提高机组运行经济性的重要措施。图三：生产实时系统示例图制订了运行指标竞赛管理办法，利用实时数据系统将供电煤耗、厂用电率、真空、排烟温度等17个主要经济指标进行每班统计、实时竞赛、月度兑现。表二：某日值间竞赛情况统计表参数名称单位甲乙丙丁排烟温度142.91137.06140.750发电机功率MW246.45265.66262.90厂用电率5.544.945.970再热汽温537.86541.13539.470主汽压力MPa16.7216.7416.810凝汽器端差1.43-3.29-0.990补水量t/h6.811.17.340主汽温度541.16541.94540.501#高加下端差12.4513.1912.0502#高加下端差11.1611.941