摘要：对600MW超临界燃煤机组启动系统进行节能改造，可降低机组启动时长，进而缩短该过程环保排放超标的时间，提高机组运行环保效益及经济效益。为此本文对600MW超临界燃煤机组启动的节能降耗进行分析，给出节能降耗优化设计具体方案，供相关人员借鉴参考。
关键词：600MW；超临界燃煤机组；启动节能
引言：节能降耗是电力行业创新发展的主题之一，近年来，电力系统中600MW超临界燃煤机组的年平均利用小时数有降低趋势，但受到机组运行规律的影响，其启停频率不断提高，带来额外的能源消耗，导致机组运行成本明显上升。为适应目前及未来一段时间内，该类型机组的运行特点，并顺应行业可持续发展的要求，需要对启动节能设计方案进行分析。
1超临界燃煤机组启动过程分析
600MW超临界燃煤机组启动涉及到多个子系统的协调配合，过程比较复杂，如上水、冲洗、加压、并网等步骤，整个启动过程经历的时间较长，也导致其存在较高的资源浪费情况。例如，某发电厂600MW超临界燃煤机组从启动到机组并网的时间达到25h，从辅助设备启动到厂用电切换且负荷上升至150MW需要经历20h，整个启动过程需要消耗大量电能及燃油，在此过程中排放的有害气体超标，难以达到环保部门要求。以上问题在超临界燃煤机组启动过程中普遍存在，给电厂运行带来较高成本，不利于可持续发展目标的实现，因此需要对机组启动流程进行节能优化，缩短启动时间以减少燃油、电能消耗及有害物质的排放。
2超临界燃煤机组启动过程节能设计
2.1添加启动给水泵
2.1.1方案规划
常规600MW超临界燃煤机组一般使用电泵启动与汽泵启动相结合的方式，即当机组负荷提升至30%左右，汽动给水泵并入进行给水，电泵与汽泵同时运行，当机组负荷达到50%后，将电泵全部切换为汽泵[1]。该启动流程的缺点在于，汽泵冲转启动与给水泵切换需要消耗较长时间，导致机组启动时间延长，进而带来能耗过高的问题。为此，本方案决定将机组启动过程更改为全程汽泵启动的方式，但保留电泵，在机组正常运行状态下，使用汽动给水泵为锅炉供水，若汽泵突发故障，则由电泵代替给水。
2.1.2方案实施
为彻底实现600MW超临界燃煤机组汽泵启动，建议在锅炉上水阶段使用汽泵前置泵取代以往的电泵为锅炉上水，调节前置泵再循环门的开度控制给水流量。按照正常流程，当发电机并网完毕后，启动第二台汽动给水泵，当机组汽源参数达标后，再进行汽泵切换。
以上过程中需要相邻机组冷再蒸汽冲转给水泵汽轮机的配合，其运行流程为：第一，对待冲转给水泵汽轮机的冷再进汽门及两台机组的冷再连通门输水。第二，启动待冲转给水泵汽轮机的冷再进汽门，确保其他汽源进汽门处于关闭状态，避免发生蒸汽流串现象。第三，缓慢开启机组冷再连通门暖管。第四，依照机组运行要求完成小汽机的复位和冲转。需要注意，600MW超临界燃煤机组一般设有锅炉MFT联跳给水泵汽轮机控制系统，MFT被触发后可能导致锅炉断水，因此在冲转给水泵汽轮机之前必须将该保护系统解除。
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2.2合理设定给水流量
机组启动过程中给水流量的大小直接关系到机组启动经济性，流量越高，水流经过炉膛受热面的流速越快、重量越大，可提高冷却效果，但带来更高的热量损失，并需要配合更大的设计容量；流量过低，冷却效果则无法保证。因此给水泵流量的确定需在确保炉膛受热面被可靠冷却且流动性稳定的基础上，尽量降低流量大小。
有学者提出，将600MW超临界燃煤机组设定流量设置为25%，在该状态下完成冲洗后，点火前将给水流量降低至21%，可发挥出较优的冷却效果并保证水动力特性稳定。因此利用前置泵的再循环门，将给水流量控制在200～300t/h，对锅炉进行冷态冲洗的同时，启动相邻机组的冷再蒸汽冲转小汽机，冲洗完毕、达到点火要求后，再将给水泵给水流量调整至400t/h，即21%的额定流量，采取分段冲洗的模式。与前文汽泵设计相同，该方案中也需要提前排除MFT保护机制的影响。
2.3旁路阀的节能设计
传统启动系统中对燃料投放时间、投放量的计算较为粗略，在操作过程中加上人为因素的影响，导致启动过程能源消耗与推荐值差距较大，普遍存在燃料投放过多的问题。旁路阀的作用是平衡锅炉内产汽量及汽机用汽量，其开启程度越大，产生的热量浪费越大。启动过程中，若锅炉出口蒸汽量能提前与汽轮机进汽量相匹配，即可关闭旁路阀，降低能源消耗。
为确保600MW超临界燃煤机组启动安全，保证一次启动成功，机组加载过程中，一般选择只增加燃煤投入而保持油量不变的方式[2]。但该操作方式导致油料消耗过高，且旁路阀开启程度较高，带来更多的热量损失。为此提出在增加燃煤用量的同时，结合蒸汽参数适当降低油量的方式，以减少启动过程能耗。油量的调节还需结合旁路阀的开启状态及磨煤机的点火能量进行，提前撤出油枪并降低燃煤用量，提早关闭旁路阀。
除以上方案，还可安装等离子点火装置，启动过程不消耗油料。但该方法对燃煤质量要求较高，要求燃煤挥发分含量较高、水分含量小且热值高，以保证点火过程顺利完成。若选用该方案，当机组启动时，可适当增加磨煤机暖风器的蒸汽流量，并尽可能提高磨煤机入口处的风温，从而提高磨煤机出口温度以保证燃烧稳定。同时做好火检设备日常维护，保证火检保护稳定发挥作用。
3节能设计方案效益评估
使用如上方案对机组启动过程进行节能改造，机组启动平均时长可缩短6h左右，减少超标排放时长6h。若依照如下参数进行计算：电动给水泵及闭式冷却水泵平均运行时长为10h、电泵电流在300～600A、电泵功率因数为0.88、闭冷水泵电流为30A且电机功率为0.86。改造前机组启动过程电泵耗电量在38420kW•h，闭冷水泵耗电量在2850kW•h。改造后可节约电能41270kW•h。但本方案会带来额外的燃煤消耗，因此其节能降耗效果还需做进一步研究。若选择不使用油料的方案，单次启动过程还可节约油料65t。
结论：600MW级超临界燃煤机组启动节能设计主要从节电、节水、节油等方面进行，不同运行状态下机组节能效果还需做具体分析并对启动方案做针对性调整，以达到更优的节能降耗效果。
参考文献：
[1]崔强.600 MW级超临界燃煤机组超低排放改造策略[J].设备管理与维修,2019(10):80-81.
[2]赖月生,曾祥卓.600 MW超临界燃煤机组启停进度研究[J].东北电力技术,2018,39(05):21-24+59.
论文作者:於帅
论文发表刊物:《电力设备》2019年第21期
论文发表时间:2020/3/16
标签：机组论文; 燃煤论文; 超临界论文; 过程论文; 流量论文; 旁路论文; 方案论文; 《电力设备》2019年第21期论文;