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节能降耗专栏 湖南电力 第 2 8卷／ 2 o o 8年第 1期 大型火 电机组低负荷运行经济性研究 朱光明 ，焦庆丰，李明，段学农 ，黄丕维 ，程刚 湖南省 电力公 司试验研 究院，湖 南 长沙 4 1 0 0 0 7 摘要随着电力建设 的快速发展和供 需关 系趋于平衡 ，火电机组利 用小时数逐年下 降，机组长期处于低 负荷的 “ 非经济负荷 区”运行 。文中分析研 究了湖 南省火电机组低 负荷运行现状及对经济性的影响，从优化机组设备运行方式、加 强设备技术改造等方面 提 出了提 高低 负荷运行 经济性的有效措施。 关键词 火电机组；低 负荷 ；运行 ；经济性 中图分类号 T M 6 2 1 ； T K 2 2 7 文献标识码 A 文章编号1 O 0 8 - o 1 9 8 2 O o 8 O 1 - o O 2 4 - o 3 Re s e a r c h o n e c o no mi c e f f i c i e nc y o f l o w l o a d o pe r a t i o n i n l a r g e t he r ma l p o we r u ni t s Z HU Gu a n g - mi n g，J I AO Qi n g - f e n g ，LI Mi n g ，DUAN Xu e - n o n g，HUANG Pi - we i ，CHENG Ga n g Hu n a n E 1 e c t r i c Te s t a n d Re s e a r c h I n s t i t u t e ，Ch a n g s h a 4 1 0 0 0 7 ，Ch i n a Ab s t r a c t As p o we r c o ns t r u c t i o n s de v e l o p f a s t ，t h e r e l a t i o n s hip b e t we e n s u p p l y a n d d e ma n d i s t e n d t o b a l a nc e ，t he U t i l i z a t i o n h ou r s UTHo f t h e t he r ma l powe r u n i t s i s g e t t i n g de c l i n e d a n d po we r un i t s a r e mr mi ng u n d e r t he co n di t i o n o f“ u ne con o mi c a l l o a d a r e a ”i n l o ng t e r m．Th e s t u s q u o o f po we r un i t l o w l oad o p e r a t i o n an d i t s i n flu e nc e o n e c on o m i c a l e f f i c i e n c y we r e a n a l y z e d ．Th e wa y s t o i mp r o v e l o w- l oad e con o mi c a l e f fi c i e n c y s uc h a s o p t i mi z i ng u n i t s o p e r a t i o n mo de and c a r r y i ng o ut e q u i pme nt mod i fi c a t i o n we r e p ut f or wa r d ． Ke y wo r d s t h e r ma l po we r u n i t l o w- l oa d；o p e r a t i o n；e c o n o ml c a l e f fi c i e n c y 1 湖南省用电现状及火 电机组运行 状况 近年来 ，我 国经济建设一直处于高速发展期 ， 湖南省电力建设也得到了快速增长 ，电力供需关系 由紧张逐步趋于平衡， 有关数据见表 1 ，2 。 2 0 0 4 年以来，全省电力装机容量的增长速度 超过 了社会用电量需求 的增长速度，在缓解了湖南 表 1 近年来湖南省发电量变化 亿k Wh 收稿日 期2 0 0 7 1 2 1 表 2 近年来湖南省发电机组装机容量变化 M W 省电力供需矛盾的 同时， 火 电机组利用小时数 逐年 下降。根据湖南省经济委员会的统计， 2 0 0 6 年湖南 省火电机组平均利用小时数为 5 0 7 6 h ， 比 2 0 0 5年 减少 8 2 3 h ， 减幅 1 3 ． 9 5 9 ／5 。从表 3 可以清晰看出， 自 2 0 0 5 年以来 ，某 发电分公 司所属 3 O 0 MW 机组 年利用小时数和平均负荷率的变化情况。作为湖南 省电网的主力机组 ，该发电公司 3 0 0 MW 机组平均 负荷率逐年下降，2 0 0 7 年已低于8 0 。 维普资讯 第 2 8 卷／ 2 0 0 8 年第1 期 湖南电力 节能降耗专栏 表 3 湖南某发 电分公 司所属 3 0 0 MW 机组 生产指标变化 由于电网结构及用电量变化 的影响 ，湖南省 电 网负荷和电力供应特点是季节分 明、峰谷差大。火 电机组均须参与 电网调峰 ，机组运行 负荷波 动较 大 。某电厂 2 0 0 7 年 1 ～8月 3 0 0 MW 机组平均负荷 率 7 9 ． 6 7 ，6 0 0 MW 机组平均负荷率 7 8 ． 3 5 。2 台 3 0 0 MW 机组合 计运行 8 1 3 4 ． 2 h ，2台 6 0 0 MW 机组合计运行 5 2 1 9 ． 3 6 h ，其 中低于 7 0 额定负荷 以下的运行时间均占 4 0 左右 。 当前全省火 电机组普遍 面临利用小时数减少 、 平均负荷率下降、低负荷区运行时间长的局面，大 型火电机组经常运行在 “ 非经济负荷区” ，给火电 厂的节能降耗工作带来不利影响。如何在确保机组 安全稳定的前提下，提高机组低负荷运行经济性， 最大限度地降低供 电煤耗 ，是发 电企业在市场经济 体制下所面临的一个新课题 。 2 低 负荷运行对机 组经济性影响分析 从火电机组主要能源消耗环节分析 ，影 响机组 供电煤耗的主要指标是锅炉热效率、汽轮机热耗以 及厂用 电率 。 一 般情 况下 ，采 用 中储式 制 粉 系统 的机组 ， 8 0 ％～9 0 额定负荷以上为经济负荷区，此时锅炉 效率最高，负荷降低会造成锅炉效率下降；而配直 吹式制粉系统的机组，经济负荷区的锅炉效率可能 比满负荷时略高 。在人炉煤质稳定 、运行 调整及时 的条件下 ，对于不 同炉型与制粉 系 统 的锅 炉，在 “ 经济负荷区”内，负荷对热效率的影响不大，一 般在 1 内波动；但机组在 “ 非经济负荷区”运行 时 ，机组负荷对锅炉效率的影响明显。 负荷率对汽轮机热耗的影响则是极明显的，主 要是蒸汽初参数和阀门的节流损失。低负荷下，由 于主汽流量降低，如果关小阀门开度，节流损失非 线性增加；如果维持阀门开度不变，降低蒸汽压 力、温度参数，此时机组循环效率降低，经济性下 降。无论采用哪种运行方式，汽轮机的热力特性n 表明其热耗与负荷始终存在一个近似反比例关系， 即负荷越低，热耗越高 。 辅机设备主要是泵与风机、给煤机等旋转设 备。在低负荷运行状态下 ，辅机如不改变转速 ，通 过调节阀门或风门的开度 以改变通流截面积获得需 要 的流量和压力时，由于泵与风机效率大幅度的降 低 ，实际运行功率变化不大 ，因此 ，低负荷下一般 辅机耗电率有所升高。 某电厂 6 0 0 MW 超临界 机组不 同负荷下供 电 煤耗试验结果表明 见表 4 ，图 1 ，锅炉效率变化 不大 ，汽轮机热耗变化 幅度达 7 ． 8 7 ，厂用 电率 变化0 ． 8 。 负荷下降时，机组煤耗明显升高，尤其 当机组负荷降低至 6 0 负荷率时，供电煤耗增幅 加快。6 0 负荷率下机组供 电煤耗最高 ，比额定负 荷下的供 电煤耗高 出 3 0 ． 1 5 g ／ k Wh 。 表 4 某电厂 6 0 0 MW 超临界机组不同负荷下 供电煤耗试验数据 试验负荷点／ MW 6 0 0 5 4 0 4 8 0 3 6 0 发 电机有功功率／ MW 5 9 6 ． 3 5 5 5 0 ． 0 7 4 8 8 ． 1 9 3 6 7 ． 3 4 厂用电负荷／ k w 2 9 ． 8 7 2 7 ． 8 3 2 6 ． O 4 2 1 ． 3 4 厂用电率／ ％ 5 ． O 1 5 ． 0 6 5 ． 3 3 5 ． 8 1 试验热耗率／ k J I 一 7 9 3 5 ． 4 3 8 2 1 1 ． 4 4 8 2 7 2 ． 4 9 8 5 5 9 ． 8 3 试验锅炉效率／ 9 1 ． 6 8 9 1 ． O 8 9 l _ 4 8 9 1 ． 1 6 试验供 电煤耗率／ g k Wh ～3 2 0 ． 5 2 3 3 4 ． 0 3 3 3 6 ． O 1 3 5 0 ． 6 7 图 1 供电煤耗与 负荷关 系趋 势图 25 一 l I 麟攀 举 维普资讯 节能降耗专栏 湖南电力 第2 8卷／ 2 0 0 8 年第 1 期 在 2 0 0 7年 1 ～8 月间，由于该 电厂 6 0 0 MW 超 临界机 组在 7 O 负荷率 以下 的 “ 非经济 负荷 区” 运行时间长达 4 O ，对机组整体 经济性带来较大 的影响。如将 负荷率提升至 8 O 额定负荷 ，供 电 煤耗至少可降低 3 ． 6 5 g ／ k Wh ；如进一步提高负荷 率至额定负荷， 供电煤耗将至少降低9 ． 3 0 g ／ k Wh 。 3 提高低负荷运行经济性的有效措施 3 ． 1 优化运行方式， 提高设备效率 3 ． 1 ． 1 汽轮机滑压运行具有的优势 1 滑压运行时没有调节阀的节流损失或节流 损失较小； 2 部分负荷下机组高压缸效率较高。滑压运 行时主汽压力随负荷降低而降低，但汽轮机调节级 汽温大致沿等温线移动，因此蒸汽 比容变大，使得 进入高压缸的蒸汽容积流量基本不变，高压缸效率 降低减小； 3 给水泵功耗减小 。滑压运行下给水压力 随 主蒸汽压力降低而降低，给水泵的功耗减小； 4 汽轮机 的热应力小 。滑压运行时，汽轮机 为全周进汽，各部分受热均匀，高压缸的温度基本 不随负荷而变，高压缸的热应力小，消除了负荷变 化速率的限制 。在低负荷停机时 ，由于整个高压缸 的温度水平高，可加快启动速度； 5 有利于再热汽温的调节。由于滑压运行没 有调节汽门的节流作用，汽机高压缸排汽压力与相 应负荷下定压运行时的排汽压力近似相等， 但排汽 温度基本与额定负荷时差不多 ，这样在低负荷下再 热器的焓增减小 ，有利于保持再热汽温度 。 3 ． 1 ． 2 调门运行优化 调节汽阀及其配汽机构是汽轮机调节系统及蒸 汽通流的重要组成部分，其工作特性的好坏，直接 影响机组的调节及运行经济性。调门特性优化可保 证调门良好的经济性及调节特性 ，有利于机组滑参 数运行。 滑压试验结果表明，在 6 O ～8 O 额定负荷 范围内，采取滑压运行的供电煤耗比定压运行时降 低 3 g ／ k Wh 左右。负荷率越低，滑压与定压不同 运行方式下供电煤耗的差别越大。 目 前，湖南省火电厂已 基本完成滑压试验，并 将获得的滑压曲线输入机组滑压控制逻辑 ，实现机 组的自动滑压运行，在低负荷下获得较好的经济 2 6 性。但调门优化工作尚未开展。在汽机热力系统内 漏基本消除后 ，开展调门优化 ，可进一步提高低负 荷下汽机的热效率 。 3 ． 2 开展燃烧优化调整 ， 确保锅炉效率 低负荷运行时 ，由于输入热量减少 ，炉膛温度 降低，虽然排烟温度随之下降而减少了排烟热损 失 ，但不利于煤粉的着火与燃尽。可及时调整炉膛 氧量以适应实际人炉煤质；适当降低一次风率以提 高煤粉浓度 、减少煤粉气流着火 热来保证着火 及 时；调整燃烧器投运数 目，确保单只燃烧器功率强 度等均是稳定燃烧、降低飞灰可燃物的基本措施。 3 ． 3 加强制粉系统调整， 确定煤粉经济细度 煤粉细度的不断降低对提高锅炉燃烧效率非常 有利，但过度降低必然导致制粉单耗的增加。煤粉 经济细度是锅炉净效率最高时的煤粉细度，是综合 2种影 响因素所 确定的控制 指标。针对不 同的煤 质 ，开展煤粉经济细度的试验分析 ，是制粉系统优 化运行 的基础工作。 3 ． 4 优化辅机运行方式 ， 降低厂用电率 在确保安全稳定的前提下，机组在低负荷采用 单边风机运行方式 ，可大幅节约厂用 电。 对中储式制粉系统 ，在煤粉 细度合格 的前提 下 ，适时停磨 ，是降低制粉单耗的直接措施。汽机 循环水泵的优化运行 与汽轮机的真空要求密切相 关。建立不同环境温度和运行负荷下的机组真空与 循泵运行方式的关系，是确保循泵运行可控 、在控 的基本方法。 3 ． 5 进行设备改造、 减少辅机低负荷电耗 变频改造是提高风机 、泵 、给煤机等辅机设备 在低负荷下运行经济性的重要手段。低负荷下辅机 耗 电率增加是由于偏离设计经济运行点或区间，辅 机效率大幅下降的结果 。变频技术是改变辅机运行 的速度，可消除节流损失，从而降低辅机耗电率。 对于泵或风机来说，比例定律。 表明，同 1 台 泵或风机，流量与转速 1 次方成正比、压头与转速 平方成正比、其功率与速度 3 次方成正比。因此， 转速降低，电机能耗将以 3 次方的速率下降。从理 论上计算，如果流量或风量由 1 0 0 下降到 7 rO ， 则转速相应降到 7 O ，压力降到 4 9 ，而电机的 功耗则可降到 3 4 ． 3 ，即节能 6 5 ． 7 。因此，变 下转第 3 4页 维普资讯 节能降耗专栏 湖南电力 第 2 8卷／ 2 0 0 8年第 1期 后 ，人炉煤质波动情况大为好转 ，锅炉燃烧稳定 ， 效率提高约 1 。而另一 电厂在燃用晋城 无烟 煤 时，应用 “ 分磨磨制、仓 内掺混 、炉内混烧”方案 时，有效解决了无烟煤煤粉细度偏高的问题，飞灰 可燃物含量由2 O 下降至 1 O 以下。 4 ． 3 设备技术改造 由于实际燃用煤种与设计煤种差异过大，现有 制粉设备无法满足发电需要时，应当考虑进行技术 改造。各火电厂应加大制粉系统的改造力度 ，必要 时进行风机改造 。 4 ． 4 加大原煤除杂力度， 确保制粉系统运行正 常 当前，湖南省内采用正压直吹式制粉系统的机 组越来越多。由于直 吹式制粉系统先天没有木屑分 离器等装置 ，对原煤 中木块 、编织袋 、稻草等杂物 的抵御能力极弱 ，当这些杂物进入制粉系统后会严 重影响制粉系统出力和煤粉细度水平 ，因此 ，各火 电厂应高度重视原煤除杂工作，尤其对汽车煤应尽 快开展过筛去杂工作 ，必要时进行人工除杂。 4 ． 5 以炉定煤 ，确定并严格控制煤质底限 燃用煤质严重偏离设计范围对锅炉乃至整套发 电机组运行性能的影响是多方面的、长期的 ，必须 引起足够重视。事实上， 不同的锅炉设计参数、炉 型及制粉系统类型 ，对 人炉煤质 的要求 也各有差 异。因此各火电厂应根据锅炉及辅机系统的具体情 况，制定科学的人炉煤质底限控制指标 ，并严格执 行。一般来讲， 超临界机组应燃用贫煤或以上的煤 种 ，而制粉系统选型偏小的锅炉 ，人炉煤质的发热 量和挥发分指标应优先保证。 参考文献 1 7韩才元，徐明厚，周怀春，等．煤粉燃烧 M3 ．北京科学 出版社 ，2 0 0 1 ． C 2 3 湘电技 中 2 0 0 7 1 8号 ，湖南 省电站锅 炉配煤 掺烧指 导性意 见[ S ] ． 作者简介 朱光明 1 9 7 5 一 ， 男，博士，工程师，主要从事锅炉节能技术以 及混煤燃烧技术研究 。 ‘ 、 ， ， 一 ‘ - ‘ ‘ ‘ 0’ ， 上接 第 2 6页 频调速的节能效果非常显著 。 根据湖南省火电厂实施辅机变频改造后的实际 效果 ，对于 1台 3 0 0 MW 的火力发 电机组 ，当送、 引风机、一次风机、凝结水泵等主要辅机全部实施 变频改造后，预计可降低厂用电率 0 ． 5 以上，供 电煤耗可降低约 1 ． 5 “ - - 2 g ／ k Wh 。 3 ． 6 制粉系统分离器改造、 降低制粉单耗 湖南某厂 2 0 0 MW “ 锅炉 2 0 0 7 年设备大修中进 行了粗粉分离器、细粉分离器改造。改造后 ，煤粉 细度稳定且有好转，制粉系统出力提高 5 ～8 t ／ h 、 制粉电耗降低 6 -- 1 0 k Wh ／ t 。见表 6 。 表 6 某厂 2 0 0MW 锅炉制粉系统改造前、后 出力及单耗 主要参数 出 力＆／ t h 一 ／ k W h t 一 成 粉 细 度 ／ 3 4 4结论 4 ． 1 汽轮机滑压运行对提高低 负荷下机组经济性 有显著作用。运行经验表明，6 O - - - 8 0 9 ／ 6 额定负荷 范围内，滑压运行可降供电煤耗 3 g ／ k Wh左右。 负荷率越低 ，节能效果越突出；调门优化是进一步 提高低负荷下汽机经济性的重要措施。 4 ． 2 锅炉在低负荷下及 时正确 的燃烧调整 ，是保 证锅炉效率的基础 。 4 ． 3 辅机的优化运行 ，可有效降低厂用电率。 4 ． 4 泵与风机的变频改造是降低厂用电率的重要 手段 。 4 ． 5 制粉 系统成功 的改造可 提高制粉系统 出力、 降低制粉单耗。 参考文献 1 3沈士一．汽轮机原理 [ M] ．中国水利电力出版社，2 0 0 5 , 2 ]郭立君．泵与风机 M] ．水利电力出版社，1 9 8 6 ． 3 3姚锡禄．变频器控制技术与应用 M3 ．福建科学技术出版社， 2 00 5 ． 作者简介 朱光明 1 9 7 5 一 ，男，博士，工程师，主要从事锅炉节能技术以 及混煤燃烧技术研究。 维普资讯