锅炉低负荷最佳运行参数的若干分析与研究

邱代林

摘 要：基于海量实时历史数据进行火电机组锅炉性能指标的计算和分析，并从锅炉的现场测点、运行工况、数据修正、性能计算及各参数影响权重等多方面进行电站锅炉最佳运行参数研究。

关键词：电站锅炉；实时优化；节能减排；运行参数

中图分类号：TK227.1 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）01-0016-02

随着国内经济的整体放缓，加上国内电源建设的快速发展，电力供需矛盾已趋缓和，火电机组利用小时数逐年降低，低负荷运行时间增加。分析和研究锅炉偏离设计工况的低负荷下的最佳运行参数，提高机组的整体经济效益，对当前的节能减排工作具有重要的意义。

锅炉炉膛出口氧量是机组运行中最容易调整、变化范围最宽、与其他运行指标耦合性最强、对经济性和污染物排放量影响最大的参数之一。机组若想实现经济与环保的目标，关键是寻找最佳运行氧量曲线。

制粉系统和送引风机电耗率（设备电耗/上网电量）约占机组2%的厂用电率，降低设备电耗可以带来直接的经济效益。

从锅炉最佳运行氧量优化、制粉系统运行方式和参数优化、送引风机运行方式优化等方面出发，结合火电厂现场运行的实际情况及实时历史数据进行稳定运行全工况运行参数分析，并基于单机组长期运行情况的纵向比较分析和基于多电站运行情况的横向比较分析进行锅炉最优运行参数的分析和研究，提出了若干措施，为机组低负荷的经济环保运行提供了非常重要的工程实践和经验。

1 锅炉最佳运行氧量优化技术

在各项热损失中，排烟热损失是最大的一项，因此，降低锅炉热损失、提高锅炉效率的关键手段是降低锅炉排烟损失。而排烟热损失的主要决定元素是氧量，所以此处的关键是寻找最佳运行氧量曲线。

有学者提出了不同的分析和算法，无论哪一种算法，都是通过传统的现场试验得出的。推荐在40%～100%ECR负荷区间分成若干工况，每个工况下进行至少3～4个不同氧量的测试，计算出各工况的排烟热损失、化学未完全燃烧热损失、机械未完全燃烧热损失、散热损失、灰渣物理热损失、过热器和再热器减温水流量、锅炉效率、厂用电率、供电煤耗等重要的经济指标，确定出每个负荷点下的最佳运行氧量，从而形成一条指导机组经济运行的最优氧量曲线。

传统现场试验获取最优氧量曲线的方式耗时长，投入的人力大，但是经常反复试验得到的数据准确性高。

基于远程监测的电站锅炉最佳运行参数研究，基于海量的历史实时数据，运用扰动解除法从送风量、氧气等几个方面的参数着手，以机组锅炉稳定性和安全性为约束条件，以经济性和环保性最佳为目标进行寻优，经过机组长时间运行形成一个历史寻优参数数据库，使用偏差包络线法控制该参数，给出参数的允许控制偏差，从而得到一条运行的最优氧量曲线。

这种获取最优氧量曲线的方式的优势在于，其依托海量的历史实时数据，长时间寻优可以得到和电厂实际运行参数比较接近的数据。算法采用行业标准，实现基于单机组长期运行情况的纵向比较分析和基于多电站运行情况的横向比较分析。

这种方式的劣势是，计算中需要采集的点通过DCS采集，会出现由于测点值的精确度不够而影响计算结果的准确性。但是一般这种情况不会影响寻优结果的准确度，因为这种寻优方式是基于单机组长期运行情况的纵向比较分析，因此还具有很高的可信度。最优氧量曲线会在基于寻优得到的最优氧量曲线通过实验验证后才能确定。

2 制粉系统运行方式优化技术

制粉系统运行方式优化技术是通过试验确定制粉系统启停负荷切换区间，主要是确定3套制粉系统与4套制粉系统的负荷切换区间以及4台制粉系统与5套制粉系统的负荷切换区间，寻找制粉系统最佳负荷切换区间。

以某电厂5号机组（600 MW燃煤机组）为例，在380 MW工况点共进行了3个试验工况，即4台磨（CDEF组合）运行方式和3台磨（CDE组合和DEF组合）运行方式。

通过对相同负荷下不同磨的组合方式进行对比表明3台磨能够带380 MW负荷；3台磨与4台磨的运行方式，对锅炉的灰渣可燃物和排烟热损失基本上没有影响，主要是影响锅炉的制粉单耗。380 MW负荷点4台磨运行工况下，制粉单耗为20.59 kW/t煤，锅炉侧6 kV电机电耗为8 835.53 kW；380 MW负荷点3台磨运行工况下，制粉单耗为18.53 kW/t煤，锅炉侧6 kV电机电耗为8 536.49 kW，如表1的经济性比较。

根据不同负荷下对制粉单耗的分析可以得出，当负荷大于360 MW时，制粉单耗煤在大部分负荷下均小于20 kW/t，但是在400 MW负荷点和480 MW负荷点，制粉单耗煤均大于20 kW/t。这主要是由于400 MW负荷是3台磨与4台磨运行工况的衔接点；480 MW负荷是4台磨与5台磨运行工况的衔接点。

因此，机组在运行过程中，应该尽量避免在480 MW负荷点和400 MW负荷点长期停留。另外一点需要注意的就是，尽量维持运行的磨煤机出力在40 t/h以上，从而降低制粉单耗，降低炉侧厂用电率。

通过理论分析及采集到的电源侧远程监控实时监测数据，可以拟合实际运行中不同工况负荷下制粉系统单耗曲线，根据专家预测及专家指导意见，给出诊断报告发送给电厂，从而避免机组在单耗高区域长期运行造成的耗损，降低炉侧厂用电率，实现锅炉侧优化运行。

3 送引风机运行方式优化技术

现代大型机组，即便在额定出力下，送引风机仍然存在一定的裕度。如果机组长期在低负荷区段运行，送引风机均不能工作在高效率区域，造成送引风机电耗增加。因此，可以在低负荷区段停一侧送引风机，保留单侧送引风机运行，使运行的送引风机工作在高效率区域，达到节能降耗的目的。

以某电厂4号机组（600 MW燃煤机组）为例，进行停运单侧送引风机试验。经过试验得出，从双侧送引风机运行到停一侧送引风机运行，运行人员操作需要约20 min；试验结束后，并入备用的送引风机，运行人员操作需要约20 min。在实际操作中，负荷具备条件后停一侧送引风机稳定后再并入，一共需要40～60 min。单从时间上来看，至少要高于4 h的连续低负荷运行才有必要停一侧送引风机。

经过计算分析，双侧与单侧送引风机运行对锅炉效率影响不大，主要影响的是锅炉侧厂用电率。在300 MW负荷下，单侧送引风机运行与双侧送引风机运行比较：送风单耗降低0.30 kW/t蒸汽；引风单耗降低1.11 kW/t蒸汽，锅炉热效率略升0.12%，消耗的总电耗降低561 kW，折算为供电煤耗约为0.65 g/kW·h。

经上述分析可以看出，风机等重要设备，由于运行方式、运行效率区间不当，会造成电耗增加、能耗损失。为了避免此类损失，拟采集现场风机实时运行数据，去除坏点，数据修正后，拟合成风机的运行效率区间曲线图，让运行人员可以直观地了解设备运行状况，通过专家诊断给出运行调整措施方法，发送诊断报告给电厂，实现节能优化的目的。

4 总结

锅炉低负荷最佳运行参数有很多可以研究和分析的对象，本文基于海量实时历史数据进行火电机组锅炉性能指标的计算和分析，进行锅炉多工况下最优化运行模型的建立，提出了最佳运行氧量优化、制粉系统运行方式和参数优化以及送引风机运行方式优化技术，为机组低负荷运行提供了非常重要的工程实践和经验。

〔编辑：吴珍〕