火电厂优化运行问题分析

摘要:笔者结合多年工作经验，就火电厂优化运行问题进行了详细的论述。

关键词: 调度方式 优化运行 检修

1 机组负荷调度方式

1. 1 机组负荷调度现况

大机组负荷调度,现在是由电网调度中心将要求机组输出的负荷调节讯号直接加到机组调节系统上,使产生要求的电功率。由于机组产生的电功率尚须扣除其所耗的厂用电后才是输入电网功率,但是现在调度中心并没有机组厂用电的讯号,为着简化,以同类型机组的平均厂用电率作为依据,算出机组给定输出负荷。这种做法实际上将影响到火电厂辅机的不同调度方案和机组的优化运行方式。在后面讨论运行优化的目标函数时将说明此问题。

1. 2 调度中心是否要直接调控到机组

作为电网对负荷的适应性,保证供电品质,首先是机组一次调频的能力。当电网频率因负荷改变而有些变动时,首先是由网内各机组的调节系统自动响应,根据调节系统的速度变动率自动承担起负荷的改变(未考虑负荷变化速度) 。但有些电厂的大机组,为追求自身机组的安全与经济性,让调节系统设置一定的死区,不响应一次调频;或者将速度变动率设置得偏大,使一次调频能力减小。将速度变动率设置得偏大,对现代机组不必过于担心甩负荷时引起机组超速、引起机械超速保护动作等问题。因现代机组的调节系统中,多设有电超速保护,如根据当时汽轮机产生的功率(根据机内压力反应出当时蒸汽流量而计算出的功率)与当时机组实发功率之差,当此差值过大使产生的功率与输出功率不平衡将产生较大升速时,即提前动作,关闭调节阀,故不必担心甩负荷时的超速。为保证供电品质,电网调度中心首要的是应抓网内各大机组的一次调频能力,对网内各大机组应提出要求。

电网调度中心对机组负荷的调节是二次调频,其速度与幅度受到机组的安全与负荷适应能力限制。对喷嘴调节机组,负荷变化速度受调节级处转子热应力的限制。对滑压运行的机组,汽轮机允许负荷较快变化,但当新汽压力变动时,锅炉水的饱和温度亦随同变化,其变化速度受锅炉部件强度限制,如亚临界锅炉,受汽鼓壁强度限制。从能量上来看,除锅炉蓄热量改变外,机组负荷的改变总得等锅炉燃烧的改变,亦即机组二次调频能力实际上受锅炉调节过程快慢制约。由于锅炉调节的动态过程较慢,锅炉蓄热量的利用亦受到新汽压力允许波动范围限制;因此,二次调频总是需要一时间过程的,若将负荷命令由电网调度中心发给电厂,由电厂自己调整负荷,是否可能亦可达到同样调频效果,特别当对负荷变化有些预测时,经过实践,总结经验,应是可能的。

电厂作为一个独立的经济实体,与电网的关系是一经济协议,电厂应保证全厂在役机组在电网调度中心调度下能发出各机组额定功率(或议定功率) 之和,但各机所分担的负荷则是电厂内部的事,电网不一定要干预。

1. 3 集中调度的依据

当由电网调度中心直接调度电厂各台机组的负荷时,电厂必须将各机组的运行特性及负荷分配方案都提供给调度中心。但热力特性还与运行条件有关,如与气温、水温等有关,调度中心的调度员要掌握全网各机组在各种运行条件下的热力特性实际上是困难的。特别是有一些机组尚不能自动根据热应力的大小限制负荷变化的幅度,使电厂运行人员埋怨中心调度中有时负荷变化过大,有时出现对辅机开停所需的时间照顾不够等问题。对于有些辅机的调度与一些外界和自身的工作条件的变化有关,例如循环水泵的经济调度与进水水位高低及水温等有关,调度中心不可能随时完全掌握,使电厂不能经常保持安全、经济运行。当然,电网调度中心对电厂负荷调度从对各个机组调度改为对电厂负荷总量调度,这种改变会有很多具体工作要做。

2 机组的优化运行

2. 1 机组调节方式

在进行机组优化运行在线管理时,必须首先确定机组在不同负荷下的运行方式,亦即是机组的调节方式。在确定汽轮机的经济运行方式时,应已经过试验和理论分析,对定压运行和滑压运行的经济性进行过比较,已有明确的结论。但在何负荷下由定压转为滑压运行,如何滑压运行仍有一些看法值得进一步研究讨论。

以往进行滑压运行的方法都是让所有调节阀全开,在新汽温度不变的条件下改变新汽压力,改变汽轮机的进汽量以调节汽轮机的负荷。这是一种滑压调节,但并不是唯一的,也不一定是最经济的。为说明方便,先讨论流量均为额定流量,即为设计额定负荷下的流量,则调节级后的各级(包括高压缸及中、低压缸各级) 压力与原设计额定负荷时相等,作功情况也可以认为相同,让不同调节阀全开条件下滑压运行差异主要发生在调节级。例如在设计条件下带额定负荷时4 只调节阀中开3只、或者6 只调节阀中开5 只,另一只是低参数条件下带额定负荷时方才开。在滑参数运行时,若只开3 只或5 只调节阀时,主蒸汽压力将是额定压力,调节级的理想焓降将是原设计值。若将所有调节阀全开,在相同流量条件下主汽压力须降低,调节级理想焓降将变小,蒸汽作功能力将变小;另一方面,因理想焓降变小,使速比X a 大于原设计值,效率将变差一些,受此影响,调节级的功率变小,机组效率变差。因此在额定工况下开几只调节阀下滑压运行至少比让所有调节阀全开更经济。同理,在更低负荷时,开更少的调节阀会更经济,这在理论上是合理的,亦已为一些电厂的实践所证明。

2. 2 单元机组运行的优化

在运行中,对中间再热的机炉是组成统一的单元机组,是要考虑单元总的效率,故除机炉各自改进提高其效率外,应当考虑到相互的影响。例如当汽轮机采用滑压运行时高压缸排汽温度较定压运行时为高,会使再热器减温水增多,锅炉排烟温度亦会相应地有些改变,将改变循环效率和锅炉效率。另如:减温水的使用,对过热器的减温水若取自高加出口,对循环效率、汽机效率没有影响,但锅炉会因炉膛和过热器吸热比的改变会影响排烟温度。对再热减温水取自给水泵中段时,影响到高加的抽汽量和高压缸的进汽量和功率、高压缸效率,亦影响到锅炉炉膛、过热器、再热器各自吸热的比例,影响锅炉的排烟温度和效率,故应全面考虑其影响。

2. 3 优化检修

我国以往及现在多采用定期检修,这种检修的目的可能针对性并不明确。根据设备的故障统计,大多数与运行时间并无明确关系,过密的检修除增加检修费用和停用时间外,还可能会将已稳定运行期的设备、部件在检修后又变到早期失效状态,反而会增加事故的机率。

现在采用状态检修时,除根据检测到的信号确定将发生故障时,当要决定检修外,常只是性能的降低,这时要不要检修将根据经济因素确定,比较检修的损失和得益,根据总得益较大的原则确定何时检修,便是优化检修。例如当一台高加有些内漏后,要不要立即停用检修,还是等计划临检时才检修,便有一优化问题。机组的优化运行尚有不少工作要做,如循环水的经济调度,胶球清洗的优化制度,给水泵的优化运行,加热器的正确水位,抽气器型式的选定和运行方式;若考虑单元机组的锅炉,则待做的优化运行工作则更多。

3 机组调峰方法

因电网峰谷差现在增大,大型中间再热机组现在亦不得不参加调峰。在电网负荷低谷或网内备用机组较多时,机组向低负荷的经济调度,应不只是负荷在各机组间如何分配问题,而应当考虑两班制等运行方式。关于大机组参加电网低谷时机组调峰的方式,现在常考虑采用的有下述几种:

3. 1 各机组均匀降低负荷

当机组负荷降低时机组的效率将降低;当锅炉低负荷时为保证稳定燃烧须投助燃油时,则运行费用将增大;另外,因辅机至少开一台,有些辅机为确保安全还规定须用两台,这使厂用电率增大,均使机组效率降低很多。但因各机均降低负荷的方法操作简单、方便、安全可靠,故仍被多数电厂沿用。如何保证在低负荷下不投助燃油而能保证稳定燃烧、辅机与低负荷运行相配套、各炉间有无相互供应煤粉的系统,如何保证燃煤的质量,都仍值得研究。

3. 2 两班制运行

因两班制运行涉及停机、启动的操作方式,必须在保证安全条件下缩短启、停时间,减少启、停损耗。一些经验证明,较快降负荷闷缸保温,允许适当负温差启动或中压缸启动是安全有效的。对不同结构机组必须进行大量试验研究,因工作量大,且有一定风险,故现在采用推广困难。现在使用得较多的是125MW 机组,在采用两班制运行时,宜对操作调节方法进行研究,一些阀门应改为可以远方操作,实现自动程序操作,以节省启、停时的人力,并减少操作错误,尚有不少工作要做。

3. 3 少蒸汽运行

进少量低温蒸汽,使机组仍在并网及维持真空条件下空转,并得到适当冷却防止机件因鼓风摩擦等损失使温度升高是另一种调峰方法。国内已用到100MW 及以下容量机组上。此法因操作较两班制法方便,安全性高,虽经济性可能差些,但仍得到一定应用,并有发展前途。如何选择适当的低温汽源及引入机内的位置,以及如何节省空转时的厂用电,如凝结水泵、凝汽器少量循环水及抽气器能否与仍在工作中的邻机合用,在额定转速下空转时,如何避免发电机运行中逆电流保护动作,以及承担一定的无功电流,调节电网功率因素等问题都得研究试验解决。

3. 4 低速空转

这是少蒸汽运行的改进,让机组在低速下转动,一般为800r/ min 左右(低于一阶临界转速) ,以减少因高速转动时鼓风磨擦损失产生的热量,使机件温度过高须冷却的问题易于解决。有一台国产200MW 汽轮机组成功使用此法;当时试验所用维持空转的汽源是先用原锅炉烧油产生汽解决,当然不是最经济的,应研究如何利用公用汽或邻机的低温蒸汽维持空转,辅机如何运行,如何在已取得的成功下进一步试验研究,应引起充分重视。

在我国电网中尚缺少长年调节水库,蓄能水电站的发展受到地理条件所限,国内各地区已注意努力发展;用燃气轮机调峰,又可经济承担一些经常负荷;采用调峰用汽轮机,这些问题都值得深入研究。

4 优化调度的目标函数

确定经济调度、研究优化运行方式,实质上是一寻优问题。在寻优时总得设置一目标函数。以往寻优时的目标函数大家的看法是统一的,都是让以最小的能源消耗产生需要的功率,或者是以同一能源消耗产生更多的电能。但是在市场经济条件下,按经济规律管理经济,以利润的多少作为目标函数,会与按最小能源消耗作为目标函数有不同的结论,因而值得进一步讨论。

结束语：

随着国民经济的快速发展和人民生活水平的迅速提高, 我国用电结构发生了很大的变化, 除电负荷大幅度增加外, 电网的峰谷差也日趋增大, 一般已达30 %～40 %, 因此要求电网的调峰容量也相应地增大。按经济规律管理经济,是社会主义经济改革的必然结果。电力竞价上网,使火电厂必须加强经济管理、优化运行以节能降耗。