机组煤耗因素分析及热工自动控制对节能降耗的探讨.doc

机组煤耗因素分析及热工自动控制对节能降耗的探讨 【摘要】随着国家对节能减排力度的增大和电厂市场经营的压力，各电厂越来越重视节能降耗工作，节能降耗不仅可以降低生产成本，提高企业的经济效益，同时可节约能源，减少环境污染。本文阐述了我司热工自动控制系统对机组节能降耗的探索，重点分析了该电厂已经实施的DEH系统的阀门控制方式、汽压自动及滑压运行、主再热汽温自动、凝结水泵变频控制与除氧器上水调门控制、即将实施的节能磨煤机料位控制、煤仓计量问题等节能方式，通过优化控制和准确测量参数，能为火电厂节能降耗作出较大的贡献，为企业创造更大的经济效益。【关键词】自动控制 节能降耗 顺序阀 滑压 料位1 引言随着国家对节能减排力度的增大和电厂市场经营的压力，各电厂越来越重视节能降耗工作，节能降耗不仅可以降低生产成本，提高企业的经济效益，同时可节约能源，减少环境污染。我厂也不例外，在机务方面做了大量的改造，节能降耗带来了较高的经济效益，而热控在配合机务大量改造的基础上，从自身控制特点挖掘，对节能降耗起到非常重要的作用，本文主要阐述我电厂锅炉、汽轮机等能耗情况及其热工自动控制系统对机组节能降耗的探索，重点分析了该电厂实施的DEH系统的阀门控制方式、汽压自动及滑压运行、主再热汽温、汽压自动、凝结水泵变频与除氧器上水调门控制方式，即将实施的磨煤机料位控制判断煤能、煤仓计量问题等节能方式，通过优化控制和准确测量参数，能为火电厂节能降耗作出较大的贡献，为企业创造更大的效益。对于单台600MW机组，若降低1 g/kWh煤耗每年可节约240万元资金（按机组运行5000h、每吨标煤按照目前市场价800元计算）。2 影响机组煤耗的因素分析供电标准煤耗是指火力发电厂每向厂外输出lkWh电能所平均消耗的标准煤量。供电煤耗是一个综合指标，一方面反映机组的实际运行水平，另一方面也反映综合管理水平，供电煤耗受多种因素的影响，比如：机组负荷率、厂用电率、锅炉效率、主汽和再热器压力、温度、真空度、给水温度、机组补水率、再热减温水量等，煤种的变化和机组发电负荷率的高、低对供电煤耗产生的影响是最重要也是最基本的。我厂为了降低煤耗，强化节能降耗工作，通常采用能耗指标分析，通过对能耗指标的实际值与目标值的对比，分析能耗指标偏差；除此之外，还积极调研同类型机组或者同类型设备的兄弟单位，找出设备运行中经济性方面存在的差距，从而为运行优化系统，调整运行方式和节能改造提供依据。我司能耗指标体系主要由锅炉、汽轮发电机组以及附属设备与系统的各类能耗指标等组成。2.1 锅炉能耗指标分析锅炉能耗指标主要是指锅炉效率，锅炉效率是评价锅炉运行经济性的重要指标，是锅炉能耗水平的综合反映。影响锅炉效率的有1）排烟热损失2）化学不完全燃烧热损失3）机械不完全燃烧热损失4）散热损失5）灰渣物理热损失其主要影响指标有排烟温度、飞灰含碳量、漏风率、氧量等。2.2 汽轮机能耗指标分析汽轮机的能耗指标主要指汽轮机效率（热耗率），影响汽轮机效率的主要1）热端效率2）冷端效率3）通流效率4）回热效率等。主要影响指标有主汽参数、再热汽参数、汽缸效率、真空度、回热加热系统参数等。2.3 厂用电指标分析机组厂用电指标主要是指厂用电率，影响厂用电率的主要辅机有引风机、送风机、一次风机、磨煤机、循环水泵、凝结水泵、脱硫增压风机、脱硫循环泵、脱硫磨机等。厂用电率虽然不影响发电煤耗，但直接关系到火力发电厂供电煤耗的高低，厂用电率越小，供电煤耗就越小，经济性就越高。3 自动控制对机组煤耗的影响分析在电厂，通常认为节能降耗是锅炉、汽机专业的事，对热控专业一般不太重视，其实热控专业的一些隐性节能方式是多样化的，热控专业可从控制优化、参数准确测量等方面为节能降耗做出较大的贡献，从自动控制角度给运行人员和锅炉、汽机技术人员提供一些必要的技术支持。自机组投产以来，我厂热控工作人员作了大量优化机组控制方面的工作，其中对机组煤耗影响比较大的项目有：DEH系统的阀门控制方式及机组运行曲线优化、汽压自动、主再汽温自动、一次风机与磨负荷风门之间的自动控制、磨煤机料位控制、凝结水泵变频控制与除氧器上水调门控制、煤仓分仓计量问题等，这些方面的改造对机组节能方式改善及节能指标的提高都在发挥着积极的作用。3.1 DEH系统的阀门控制方式对机组煤耗影响分析目前国产三大汽轮机厂顺序阀方式主要有三种，第一种是CV3、CV4-CV1-CV2,即CV3、CV4随着负荷的增加同时开启，开到位后再开启CV1, CV1开到位后再开启CV2；第二种是CV1、CV2、CV3-CV4,即CV1、CV2、CV3随着负荷的增加同时开启，开到位后再开启CV4；第三种是混合阀方式，低负荷开启CV1、CV2、CV3、CV4四个高压调门，然后1号调门开到一定开度后逐步关闭，其它3个逐步开启，在87 的流量指令下，1号调门全关，我厂汽轮机是东方汽轮机厂生产的超临界机组是采用该方式。从节能的角度来看，第一种方式最经济，第二种方式次之，第三种方式最差，据文献报道，某600MW超临界机组由第三种方式改为第一种顺序阀方式运行（先同时开两个高调门，再开第三个，最后开第四个），节能效果达到48 g/ kWh。为使阀门流量特性更好响应负荷要求，降低供电煤耗，我厂在09年初通过试验方式计算得到最佳阀门开启顺序和机组定滑定滑定曲线，从而优化了顺序阀阀门开启顺序和阀门流量曲线。为我厂降低了煤耗，取得了较好的经济效益。3.1.1 在机组现有控制的基础上改进，进行汽轮机顺序阀调节方式的阀门流量特性试验，测算出汽轮机的实际每个阀门流量特性，测算出机组最佳的流量曲线，对涉及到DEH、DCS协调控制系统组态重新控制变更，所有系统使用该新流量曲线的运行。3.1.2 对机组调门进行配汽方式改变后，进行阀门流量特性优化试验，采用先开2个调门，再依次开启剩下的2 个调门（通常采用对角开启方式，先开2个调门，能够解决轴系受力和调节级的受热平衡的问题，然后再选择其他阀门开启顺序），我厂在通常理论的基础上通过试验方式得出大量数据，通过数据计算出更节能的配汽方式，重点考虑机组的安全特性、一次调频特性、逻辑的衔接特性等等。经计算优化后的阀门流量特性在低负荷下大约降低煤耗35 g / kWh。3.2 主汽压力自动对机组煤耗影响分析通常机组在负荷较低、煤质较差时主汽压力波动较大，影响机组带负荷能力，也影响机组自动滑压运行的投入。机组采用滑压运行方式时，主汽压力的滑压设定值较理论值偏小，因此，主汽压力对机组的供电煤耗稍有影响，但是，采用滑压运行方式极大地提高了整个机组的经济性，汽压自动投入滑压运行有利于节能。对协调控制策略和参数进行精细的调整，合理确定滑参数运行区域的阀门开度和方式，优化主汽压力与高压调节汽阀开度，提高机组运行的经济性。我厂采用了定滑定的运行曲线，在节能阀门顺序更改后，更采用了新的节能运行曲线，满足汽压和蒸汽流量、汽压和负荷的最佳配比，从而使机组更节能，更安全可靠的运行。3.3 汽温自动对机组煤耗影响分析 汽温过高将对设备安全有很大威胁，超温严重会造成过热器、再热器管爆破；汽温过低，会使汽机末级蒸汽湿度增大，加剧对叶片的浸蚀，甚至发生水冲击，引起蒸汽管道剧烈振动。另外，当压力不变而汽温降低时，由于蒸汽焓值降低，汽机的汽耗量增大，必然会降低电厂的经济性。我厂锅炉是哈尔滨锅炉厂引进英国三井巴布科克（MB）公司技术生产的改进型锅炉，锅炉设置了二级过热器减温水和一级再热器减温水及再热器烟气挡板减温控制，根据机组锅炉的燃烧特性设计汽温自动控制策略、优化控制参数，提高汽温自动调节品质是目前电厂的重中之重和主要难点。我厂过热器喷水减温采用两回路控制，而不是串级调节系统。外层慢速回路基于前馈与锅炉响应的匹配。内层快速回路基于常规的PID调节器控制。通过控制减温水调节阀来改变喷水量从而控制过热器A侧一级减温器出口汽温。过热器A侧二级减温器出口汽温，控制减温水调节阀来改变喷水量从而控制过热器A侧二级减温器出口汽温。对于600 MW超临界机组，还可通过优化给水自动可达到节能的目的，保持中间点温度的稳定，进而稳定主汽温度。再热器事故减温水的使用对供电煤耗的影响很大，据测算再热汽减温水每增加l th,机组供电煤耗将升高02 g/ kWh左右，汽温度变化10 会影响机组煤耗1.05 g/ kWh，按照这个数据，设置了烟气挡板和减温水互相配合调节，烟气挡板进行超前粗调，少量的减温水进行精细化调节，起到了较好的节能效果。3.4 凝结水泵变频控制与除氧器上水调门控制 凝结水泵运行中，凝结水压力和除氧器水位控制需要相互配合，相互耦合，任何一个出现扰动将会造成机组不安全因素和节能损失。我厂在逻辑设计中保持了机组在运行状态 ，应保持变频调节的凝结水泵在运行状态，定速凝结水泵保持在联动备运状态，除氧器上水调门处于全开位，除氧器水位通过凝结水泵变频来调节。当定速凝结水泵运行时,变频泵转速指令跟踪工频转速数值，保持联动状态；用除氧器上水调门来调节除氧器水位。从而保证了机组安全和节能的双重要求。3.5 加热器组端差对煤耗的影响分析。 加热器组端差指的就是热力系统中的“三高四低一除氧”八个加热器的端差。对加热器组端差发生影响的主要是加热器水位，加热器汽侧水位过低，将导致疏水温度升高，加热器端差增大。我厂热控技术人员经常对高、低加加热器的水位测量设备进行全面的检查，确保DCS系统高、低加水位信号准确。不断的优化高、低加水位自动调节品质，合理设定高、低加水位，减少加热器端差，达到预期节能效果。3.6 燃料掺烧分仓计量和磨煤机料位控制 我厂按照燃料管理经益化管理要求，正在实施分仓计量，通过电子皮带秤计算出总的输煤量及瞬时流量传输给输煤PLC系统，输煤上位机系统实时监测分仓挡板位置信号，系统软件通过优先级判定，判断出某仓某犁煤器正在卸煤，同时实时反映出该仓的上煤量；系统软件根据皮带的带速、称重点至各皮带的距离及各分仓挡板之间的距离，建立一定的数学模型，利用数组、堆栈、FIFO等数据结构精确地计算出基段皮带上煤量，将不同煤种进行分别计量，从而精确计算出各仓不同煤种的上煤量，完成分仓计量，为我厂煤厂经益化管理起到推动作用。 电厂即将进行一种磨料位优化控制，双进双出钢球磨煤机直吹式制粉系统优化控制方法，通过磨煤机振动测量料位方法得出磨钢球与煤之间的判断，根据磨煤机电流、一次风量、入口一次热风门与冷风门开度、入口温度与出口温度进行逻辑合成计算后得到磨煤机料位；控制包括料位控制、容量风量控制、旁路风量控制和出入口温度控制；料位优化在线搜索磨煤机最佳料位，以保证锅炉燃烧安全和锅炉调负荷时的煤粉供给量。锅炉燃烧优化根据锅炉工艺、负荷与运行工况优化各台磨煤机的供粉量和通风量，提高锅炉的燃烧效率。对系统进行故障诊断、运行评价与分析，并给出合理建议，保证系统连续、稳定、安全、经济运行。3.7 一次风机与磨负荷风门之间的自动控制 我厂是采用双进双出磨煤机，每台机组配置4台磨，每台磨非驱动端和驱动端各配置了一台负荷风门携带煤粉满足锅炉燃烧的需求，按照习惯控制，一次风机定压控制，运行人员通过偏置来调节风压，负荷煤风比通过负荷风门开度调节，负荷风门的调节线性一般情况比较差，要保持调节线性，必须保持在50%以下，这样八台负荷风门就造成了风量节流，造成一次风机电流增大，为了克服这个现场，我厂改变制粉负荷控制策略，改用一次风机和负荷、实际给煤量之间的关系，从而保持负荷风门全开，用一次风机来调节风煤比的需求，这样减少截流损失，降低厂用电率，提高锅炉燃烧效率。3.8 电厂入炉煤计量对对机组煤耗影响分析我厂通过其三部分对机组入煤系统进行测量与对比 1）安装入炉煤计量的实煤校验装置，定期利用链码对电子皮带秤进行定期校验，由于链码精确度受安装水平、皮带倾斜度等因素的影响，而且不便于计量标准溯源，出现计量偏差很难察觉。 2）采取定期和轨道衡进行比对试验，两者的偏差控制。 3）给煤机煤量一个周期累计计算，衡量煤量偏差 电子皮带秤计量偏差影响正平衡煤耗分析数据的准确。我厂制定了强电子皮带秤和给煤机的定期校验和管理制度并严格执行，减小计量偏差，提高和平衡煤耗分析数据的准确性。3.9 节能指标计算用热工主要参数对煤耗的影响分析 数据是工作的基础，数据的准确性和可比对性对于能耗计算很重要。电厂热工人员应从节能降耗的角度做好机炉效率计算、节能指标计算用热工主要参数的校验、维护工作，保证机组负荷、主汽压力、主汽温度、各汽水流量、真空、氧量、排烟温度等能耗计算用主要参数的测量准确，为节能减排分析提供可靠数据。 其中3.13.6节能控制在我厂顺利实施并取得了较好成绩，3.6-3.7节能控制在机组运行许可条件下逐步推进。4 结束语 机组节能降耗减排、降非停是火电厂最重视的工作，热控专业的参数测量、自动控制、联锁保护工作与其关系密切，但以往却