600MW机组影响供电煤耗的因素分析及控制

1、第20卷2007年第5期0引言能源问题已经成为21世纪制约全球工业行业发展的瓶颈,因此节能降耗工作成为迫在眉睫的、急需落实的问题之一。火力发电行业是众多能源行业之一,也是一个进行能源转换的行业,在消耗一次能源的同时生产出二次能源。在消耗和生产的转换过程中,如何实现低耗高效是一个长期关注和不断发展的行业问题。随着电力企业制度的不断深化和发展,提高企业效益、降低发电成本将是经营型企业长期坚持的目标,节能降耗成为发电企业生产经营管理水平的重要标准之一。火力发电机组的主要经济技术指标有发电量、供电煤耗和厂用电率,这些指标之间都是相互联系相互影响的。比如厂用电率每变化1%对供电煤耗的影响系数为3.499

2、%、负荷率每下降1个百分点影响供电煤耗升高0.616个百分点,这些都是非常客观的。结合天津大唐国际盘山发电有些责任公司(以下简称盘山发电公司)的一些指标数据以及在降低供电煤耗指方面所采取的做法,简单介绍分析600MW火电机组影响供电煤耗的因素和控制措施。1设备概述天津大唐国际盘山发电有限责任公司2600MW火电机组是我国华北地区建设投产最早的600MW亚临界火电机组,是京津唐电网的主力机组。该项目被国家计委列为1996年利用国家外汇储备购买国产发电设备发展民族工业的试点项目。工程于1998年10月开工,其中三号机组于2001年12月18日正式投产,四号机组于2002年6月5日正式投产。1.1设

3、备简介两台机组的机电炉主设备均选用哈尔滨三大动力厂的国产设备。锅炉为亚临界压力、一次中间再热、固态排渣、单炉膛、型布置、全钢构架悬吊结构、半露天布置、控制循环汽包炉,型号为HG-2023/17.6-YM4。汽轮机为哈尔滨汽轮机有限责任公司制造的亚临界、一次中间再热、单轴、四缸、四排汽、反动凝汽式汽轮机,型号是N600-16.7/537/537-I。发电机为哈尔滨电机有限责任公司制造的QFSN-600-2YH型三相隐极式同步发电机,冷却方式为水-氢-氢。1.2600MW机组供电煤耗指标比较盘山发电公司两台机组投产以来各项经济技术指标一直名列全国600MW亚临界机组前茅,多次在全国600MW等级火

4、电机组竞赛中获得特等奖、一等奖。自2002年双机投产以来,公司每年供电煤耗都有较大幅度下降,从2002年度的349g/(kWh),下降到2006年度的324g/(kWh)。五年下降了25g/(kWh),平均每年下降5g/(kWh),这一指标已成为大唐集团国产同类型亚临界机组的一流指标,五年降低能耗约16万t标煤。2006年全厂机组负荷率完成71.4%,较上一年的77.58%比下降6.18个百分点,减少发电量7.93亿kWh,根据机组热力特性,负荷率每下降1个600MW机组影响供电煤耗的因素分析及控制邢希东,李学斌(天津大唐国际盘山发电有限责任公司,天津蓟县301900)摘要:盘山发电公司通过加

5、强对煤种的管理和对机组主要指标的分析控制来降低供电煤耗实现节能。采用改造燃烧器摆角、加强胶球系统清洗、调整凝汽器双背压偏差、机组单阀改顺序阀等措施对主、再热蒸汽参数、锅炉减温水量排污量参数、机组冷端参数、汽机本体效率、加热器组端差以及不可知因素等六大指标进行调整和控制,使供电煤耗五年来平均每年下降5g/(kWh),达到了降耗节能的目的。关键词:节能降耗;供电煤耗;燃煤管理;性能分析;指标控制中图分类号:TM732文献标识码:B文章编号:1006-6519(2007)05-0071-04AnalysisandControlofInfluencingFactorsonNetCoalConsumpt

6、ionof600MWUnitsXINGXi-dong,LIXue-bin收稿日期:2007-08-07作者简介:邢希东(1976-),男,陕西长安人,工程师、工学学士、集控全能值班员高级工,从事集控值班员工作.华中电力71-华中电力2007年第5期第20卷百分点影响供电煤耗升高0.616个百分点。因此,由于负荷率的下降应影响供电煤耗升高3.81个百分点。但是由于在降低供电煤耗上做了大量工作,深挖潜力,使得供电煤耗在负荷率下降的情况下,不仅没有上升反而同比降低2g/(kWh),节标煤1.34万t,完成“十一五”期间公司节能目标的33.43%。盘山发电公司在为中国大唐集团公司赢得了诸多荣誉的同时,

7、也为整个集团节能降耗工作积累了丰富的经验。2004年度全国火电机组竞赛交流运行数据(部分)如表1所示(仅列出供电煤耗一项指标数据)。2影响供电煤耗的因素分析及控制措施供电标准煤耗是指火力发电厂每向厂外输出1kWh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,最主要是受到机组运行参数的影响比如:机组负荷率、厂用电率、锅炉效率、主汽压力、主汽温度、再热器温度、真空度、给水温度、机组补水率、再热减温水量等。这些参数的变化对供电煤耗的影响效果大小各异,使上述各类参数发生变化的因素即是影响供电煤耗的因素。盘山发电公司

8、600MW机组各项指标变化对供电煤耗影响系数如表2所示。这里需要指出的是,根据供电煤耗的定义可知,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。燃煤的发热量、水分、挥发分等一些重要参数将直接影响到对标准煤的折算。解决煤质对供电煤耗影响的措施无非就是两种,一是尽量采用高发热量的优质煤源,二是对入厂煤加强管理和对运行方式进行优化调整,通过参煤混煤等手段尽量将煤质对煤耗带来的影响降低。另外,负荷越高供电煤耗将越低,长周期高负荷运行必然对降低供电煤耗产生十分明显的作用。提高机组负荷率除了积极与上级调度部门沟通协调外,也应该苦练内功,加强机组主辅机设备的维护消缺工作,尽量减少

9、因为机组缺陷导致的负荷受阻和降出力事故的发生。2.1机组运行指标对供电煤耗的影响以及控制措施在机组性能和能损分析的基本结构中,耗差指的是根据热经济分析理论计算的偏差值对煤耗率的影响。耗差值结果有可能为“+”也可能为“-”,分别代表煤耗率的增加和减少。根据机组性能和能损分析的结果,影响机组耗差即供电煤耗的主要因素有机组主参数因素、锅炉侧因素、冷端因素、汽机本体效率因素、加热器组因素和负荷以及其他不可因素等六大因素。盘山发电公司3号机组在600MW典型负荷工况时的机组耗差实时分布饼图如图1所示,以下分别就这六种因素对供电煤耗的影响做分析。图1600MW典型负荷工况时的机组耗差实时分布饼图2.1.1

10、机组主参数的影响在机组的性能和能损耗查分析系统中,机组主参数指的是主、再热汽温和汽压。根据机组性能,主再热汽温变化1,对汽轮机效率影响为0.60.7%。盘山表2盘山发电公司600MW机组各项指标变化对供电煤耗影响值表1部分600MW火电机组2004年度供电煤耗指标数据比较电厂名称机组容量/MW供电煤耗/g(kWh)-1锅炉厂家汽机厂家发电机厂家发电机厂家盘山4号600332.4哈锅哈汽哈电盘山3号600333.5哈锅哈汽哈电托克托1号600335.89哈锅日本日立日本日立平圩1号600337.4哈锅哈汽哈电平圩2号600338哈锅哈汽哈电哈三3号600338哈锅哈汽哈电聊城1号600339.7

11、8英国上汽上电聊城2号600339.9英国上汽上电元宝山3号626.9340德国法国法国托克托2号600345.22哈锅日本日立日本日立指标名称基准值指标变化值对供电煤耗影响值/g(kWh)-1供电煤耗/g(kWh)-1345/平均负荷率/%91.6104.1厂用电率/%5.01.03.1锅炉效率/%94.11.03.2炉侧主汽压力/MPa16.41.00.5炉侧主汽温度/540100.5炉侧再热汽温/540100.5真空度/%93.71.03.1给水温度/273101补充水率/%1.51.01.5再热器减温水量/th-1010.272-第20卷2007年第5期发电公司燃烧系统对主蒸汽参数的调

12、节性能是十分优良的,在各种稳定负荷下基本都能保证过热蒸汽参数在正常范围。由于机组采用滑压运行方式,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,采用滑压运行极大地提高了整个机组的经济性。再热汽温的调整特性不是很好,主要是燃烧器摆角无法投自动,而手动调整的跟踪性也不是十分好。当负荷比较高时,需要用再热器事故减温水参与调整才能保证再热汽温度不超标。再热器事故减温水的使用对供电煤耗的影响十分大。目前,公司已经成立燃烧器摆角技术攻关小组开始对摆角进行改造和优化。再热汽压属于不可控耗差项,无法进行调整。2.1.2锅炉侧参数的影响在机组的性能和能损耗查分析系统中,锅炉侧参

13、数主要就是指过热汽减温水、再热汽减温水和连续排污。如前所述,机组正常运行中,过热汽减温水的使用量基本在正常范围,对供电煤耗的影响不大。连续排污主要根据炉水品质来手动调整,正常运行中,一般对供电煤耗的影响也不大。最关键的就是再热汽减温水,根据机组性能再热汽减温水每增加1t/h,机组供电煤耗将升高0.2g/(kWh)。图1所示的满负荷工况中,机组总耗差是20.38g/(kWh),而再热汽减温水单项耗差就达7.76g/(kWh),占总耗差的38%,占锅炉侧因素耗差的79.8%。为了减少减温水的使用,就不得不牺牲高品质蒸汽对受热面进行吹灰,又导致了锅炉效率的下降和补水率的增加,吹灰汽量过大时,还会导致

14、燃料量增加过热汽温升高。因此,改造燃烧器摆角,降低再热汽温无论对降低供电煤耗还是提高机组效率来说,都十分必要也十分紧迫。2.1.3冷端因素的影响在机组的性能和能损耗查分析系统中,冷端因素主要指排汽压力即机组真空和循环水入口温度。先分析循环水入口水温的影响,这个因素属于不可控因素,与环境温度关系比较大。但是,循环水入口水温升高,在影响机组真空和供电煤耗的同时,对凝汽器端差却是有利的,更接近于设计端差。总的表现出来的效果是对耗差有比较大的影响。图1所示的满负荷工况中,机组总耗差是20.38g/(kWh),而循环水水温单项耗差就达9.17g/(kWh),占总耗差的45%,占冷端因素耗差的67.8%。

15、该项耗差属于机组所有指标中对供电煤耗影响最大的一项。排汽压力即机组真空对供电煤耗的影响,盘山发电公司做过专门的试验。试验结果数据如表4所示。试验数据表明,机组排汽压力对供电煤耗的影响很明显。根据机组特性真空降低1kPa影响机组供电煤耗约升高3g/(kWh)左右。从降低供电煤耗的角度,机组排汽压力越低越好。盘山发电公司在提高机组真空降低供电煤耗方面做了大量工作。胶球清洗设备是汽轮机的重要辅助设备,投产后由于存在问题,技术人员对此科技攻关进行设备改造。改造项目实施后凝汽器胶球收球率由过去的60%升高到98%,胶球装置投入率达到100%,保证了凝结器的清洁,有效地提高了机组真空度。盘山发电公司的凝汽

16、器为双压式凝汽器。高低压侧凝汽器抽真空管道从汽侧空冷区引出后,分别手动闸阀接到抽真空母管上。实际的运行情况是高低压侧排汽温度偏差仅为1左右、真空相差不足0.3kPa、接近单背压,不能实现双压式凝汽器的“双背压”运行。造成此运行效果的主要原因是因为两侧抽真空管道阻力相差不大,又通过同一母管与真空泵相连接,由于母管的“均压”作用,使高低压侧凝汽器真空相差不大,达不到双背压的效果。通过适当节流双压式凝汽器高压侧抽真空手动门,可以使低压侧凝汽器真空有较大幅度的增长,而高压侧凝汽器真空基本不变,从而使机组的平均真空提高,运行的经济性提高。此方案实施后,在保证高压侧真空和排汽温度基本不变的情况下,低压侧排

17、汽温度有了较大幅度下降,真空亦有明显提高。在循环水进水温度21,负荷600MW工况时,低压侧真空上涨1.58kPa,双侧平均真空上涨近0.8kPa,节能效果显著。2004年3号机组真空度全年达到94.74%,较上一年上升0.76个百分点,4号机组达到95.18%,较上一年上升0.46个百分点,平均升高0.6个百分点,可使供电煤耗下降1.8g/(kWh),年节标煤量1.3万t。另外,当机组真空严密性不合格时及时组织查漏,有效保证了机组真空度完成93.7%,达到了设计值。表4不同负荷下机组排汽压力对供电煤耗的影响试验数据排汽压力/kPa真空度/%影响系数/%供电煤耗/g(kWh)-1600MW50

18、0WM370WM240MW600MW500WM370WM240MW595.0774-0.001-0.003-0.004-0.004329.97329.50334.57358.50694.09290.0070.010.0120.016332.61333.80339.95365.70793.10840.0160.0210.0270.033335.38337.43344.99371.82892.12390.0270.0320.0420.05339.22341.07350.02377.93991.13940.0370.0450.0550.065342.52345.37354.39383.331090.

19、15480.0460.0550.0670.079345.49348.67358.42388.371189.17040.0560.0660.080.082348.79352.31362.79389.451288.18580.0660.0780.090.105352.10356.27366.15397.731387.20130.0750.0870.1020.115355.07359.25370.18401.33600MW机组影响供电煤耗的因素分析及控制73-华中电力2007年第5期第20卷必须明确的是,机组真空并不是越高越好,而是存在一个最佳真空值,为了整个机组的经济性能够提高,需要综合考虑真空对

20、各种性能参数的影响。2.1.4汽机本体效率的影响在机组性能和能损分析的基本结构中,汽机本体效率主要包括高压缸进汽至调节级的效率、高压缸效率、中压缸效率和低压缸效率。后三者属于不可控因素,与汽轮机的设计安装有着直接关系,运行中对其效率可调整裕度不大。因此,重点只能在分析高压缸进汽至调节级的效率对供电煤耗的影响上下功夫。盘山发电公司机组投产后高调门一直是单阀节能进汽控制,运行中造成很大的节流损失,造成高压缸进汽至调节级的效率偏低,在机组投产后6个月,按照制造厂的设计规定投运顺序阀,结果引起了机组振动大和瓦温高等安全问题。出于对机组安全的考虑,采用单阀方式运行较为安全,但是经济效益受到很大损失;投运

21、顺序阀可以大大提高机组的经济效益,降低煤耗。安全可靠地投运顺序阀,已成为亟需解决的难题。为此公司做为科技功关项目提出改造。经过多方论证,先后提出了三套方案,经试运确定了2号、3号调门同时先开,然后依次开4号和1号调门的方案较为安全可靠,对机组振动和瓦温影响较小,最终圆满地解决了顺序阀投运相关的技术问题,同时也完成了经济性评估工作。与单阀运行比较,改后机组顺序阀运行,经华北电科院现场试验,节能效果明显。在同参数下,负荷在300MW时,顺阀较单阀运行蒸汽流量少68t/h,600MW时蒸汽流量少20t/h,顺阀运行比单阀运行降低供电煤耗48g/(kWh)。以2004年为例,平均负荷450MW,单阀和

22、顺序阀比较,顺序阀可以使供电煤耗下降6g/(kWh),两台机总发电量以76.7亿kWh计算,两台机全年节约标煤4.6万t,折合人民币达到1564.7万元。2.1.5加热器组端差的影响在机组性能和能损分析的基本结构中,加热器组端差指的就是热力系统中的“三高四低一除氧”这一组八个加热器的端差。其中,除氧器选用出口水温与基准值的差值来进行分析。加热器组的端差基本都属于不可控项,在实际运行过程中,能对加热器组端差发生影响的就是加热器水位,水位如果过高,将导致疏水温度降低,加热器端差降低,反之,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。只要保证水位在正常范围,加热器端差就基本可以保证。2.1.6其他不可知因素的影响热力生产过程是一个完全动态的包括复杂的物理化学反应的综合过程,其中必然存在一些不可知因素对机组性能产生影响。在机组性能和能损分析的基本结构中,将这些不可知因素做为影响机组耗差的第六大因素进行分析。这一方面也是具有一定挖掘节能潜力的领域,需要在长期的研究和实践中进行探索和总结。3结束语纵观整个降低供电煤耗工作的全局