王志永，許賀，朱慧敏，葛俊沛，許靜

(1.河南能信熱電有限公司， 河南 許昌 461000； 2.中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華中電力試驗(yàn)研究院，鄭州 450000； 3.國(guó)家電投集團(tuán)鄭州燃?xì)獍l(fā)電有限公司，鄭州 450001)

0 引言

超臨界機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性具有明顯的優(yōu)勢(shì)，目前已在國(guó)內(nèi)外火力發(fā)電行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。隨著國(guó)內(nèi)660 MW 超臨界火力發(fā)電機(jī)組的陸續(xù)投產(chǎn)，超臨界機(jī)組成為目前國(guó)內(nèi)火力發(fā)電的主力機(jī)組。為了使機(jī)組各運(yùn)行指標(biāo)保持目標(biāo)值，發(fā)揮高參數(shù)機(jī)組運(yùn)行的最大潛力，對(duì)機(jī)組運(yùn)行指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，是火力發(fā)電企業(yè)節(jié)能降耗的關(guān)鍵工作，針對(duì)機(jī)組各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)進(jìn)行耗差分析是必不可少的工作[1-3]。

耗差分析通常根據(jù)不同的參數(shù)采取不同的方法，對(duì)于鍋爐側(cè)來(lái)說(shuō)，排煙溫度、排煙氧量、飛灰含碳量、爐渣含碳量、廠用電率等主要運(yùn)行參數(shù)是耗差分析中的主要考核指標(biāo)，又稱(chēng)為可控耗差[4-8]。本文對(duì)某超臨界壓力直流機(jī)組鍋爐側(cè)耗差進(jìn)行分析，分析結(jié)果可為660 MW超臨界機(jī)組的爐側(cè)運(yùn)行調(diào)整、指標(biāo)考核及性能監(jiān)測(cè)提供參考。

1 設(shè)備概況

某電廠#1鍋爐為超臨界壓力直流爐，一次中間再熱、平衡通風(fēng)、“W”火焰燃燒方式、固態(tài)排渣、單爐膛露天島式布置、全鋼架結(jié)構(gòu)、Π形布置。鍋爐設(shè)計(jì)煤種條件下主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1(其中：BMCR工況為鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量工況；BRL工況為額定工況；THA工況為機(jī)組熱耗率驗(yàn)收工況)，煤質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 鍋爐主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 Main parameters of the boiler

表2 煤質(zhì)參數(shù)Tab.2 Coal indicators

2 研究路線(xiàn)

火力發(fā)電廠鍋爐側(cè)的耗差分析計(jì)算通常需要考慮2個(gè)方面的影響，即直接變量與間接變量。

2.1 直接變量的耗差計(jì)算

影響耗差的直接變量集中表現(xiàn)在鍋爐效率、廠用電率及機(jī)組熱耗率，這3個(gè)變量在公式表現(xiàn)形式上彼此獨(dú)立，式(1)，(2)分別為鍋爐效率和廠用電率每變化1百分點(diǎn)引起的供電煤耗變化，式(3)為汽輪機(jī)熱耗率每變化1 kJ/(kW·h)引起的供電煤耗變化。

(1)

(2)

(3)

式中：q為機(jī)組熱耗率，kJ/(kW·h)；η0為管道效率，%；η為鍋爐效率，%；ζ為廠用電率，%；(bg)η為鍋爐效率變化對(duì)機(jī)組供電煤耗的影響，g/(kW·h)；(bg)ζ為廠用電率變化對(duì)機(jī)組供電煤耗的影響，g/(kW·h)；(bg)q為機(jī)組熱耗率變化對(duì)機(jī)組供電煤耗的影響，g/(kW·h)。

2.2 間接變量的耗差計(jì)算

影響耗差的間接變量集中表現(xiàn)在排煙氧量、排煙溫度、飛灰及爐渣中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，這些影響因素相互制約，通過(guò)改變鍋爐效率，對(duì)供電煤耗產(chǎn)生影響[9-10]，間接變量的耗差分析可根據(jù)式(4)—(6)進(jìn)行計(jì)算。

(4)

(bg)t=Δηt×(Δbg)η，

(5)

(bg)φ(O2)=Δηφ(O2)×(Δbg)η，

(6)

3 考核試驗(yàn)

為充分了解并摸清機(jī)組運(yùn)行狀況，在考核試驗(yàn)期間，按ASME PTC4.1—1998《鍋爐機(jī)組性能試驗(yàn)規(guī)程》、ASME PTC4.3—2017《空氣預(yù)熱器試驗(yàn)規(guī)程》、GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、DL/T 1616—2016 《火力發(fā)電機(jī)組性能試驗(yàn)導(dǎo)則》等行業(yè)及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，分100%負(fù)荷、75%負(fù)荷及50%負(fù)荷3個(gè)典型工況對(duì)機(jī)組進(jìn)行考核試驗(yàn)及耗差分析計(jì)算。鍋爐性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可知：3個(gè)典型工況下，鍋爐實(shí)測(cè)熱效率分別為92.19%，92.24%及92.75%；各工況下，低位發(fā)熱量基準(zhǔn)鍋爐毛效率損失主要集中在干煙氣熱損失及灰渣未完全燃燒熱損失，且隨機(jī)組負(fù)荷的降低，干煙氣熱損失波動(dòng)范圍為4.18%～5.25%，灰渣未完全燃燒熱損失波動(dòng)范圍為1.21%～2.86%。由此可見(jiàn)，隨著負(fù)荷的降低，鍋爐運(yùn)行氧量增加，飛灰爐渣未燃盡引起的熱損失減少幅度明顯高于氧量提高導(dǎo)致排煙熱損失增加的幅度，因此，隨著機(jī)組負(fù)荷的降低，鍋爐效率提高。鍋爐效率隨機(jī)組負(fù)荷變化擬合曲線(xiàn)如圖1所示。

表3 鍋爐性能試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Performance test results of the boiler

取汽輪機(jī)側(cè)各試驗(yàn)工況下的熱耗率考核值及廠用電率對(duì)該廠供電煤耗進(jìn)行匯總計(jì)算，見(jiàn)表4。

由表4可知，3個(gè)典型工況下，機(jī)組供電煤耗分別為315.03，323.64，341.23 g/(kW·h)。對(duì)比表3可以看出，全廠經(jīng)濟(jì)性同鍋爐側(cè)效率趨勢(shì)相反，鍋爐效率變化對(duì)全廠經(jīng)濟(jì)性的影響力有限，因此，為考核煤耗的變化需同時(shí)考核汽輪機(jī)熱耗率及廠用電率的變化。由圖2所示的汽輪機(jī)熱耗率隨機(jī)組負(fù)荷變化擬合曲線(xiàn)可以看出，考核試驗(yàn)期間，隨著機(jī)組負(fù)荷的增加，汽輪機(jī)熱耗率逐漸降低，且降低幅度收窄。由圖3所示的機(jī)組供電煤耗隨機(jī)組負(fù)荷變化擬合曲線(xiàn)可以看出，考核試驗(yàn)期間，機(jī)組供電煤耗的變化趨勢(shì)同汽輪機(jī)熱耗率及廠用電率變化趨勢(shì)相同，隨著機(jī)組負(fù)荷的增加，供電煤耗逐漸降低，波動(dòng)范圍為315.03～341.23 g/(kW·h)。

表5 鍋爐側(cè)耗差分析結(jié)果Tab.5 Boiler-side consumption differences analysis results

圖1 鍋爐效率隨機(jī)組負(fù)荷變化擬合曲線(xiàn)Fig.1 Fitting curve of the boiler efficiency changing with loads of the unit

表4 機(jī)組供電煤耗計(jì)算結(jié)果Tab.4 Calculation results of the fuel consumption for power-supply of the unit

圖2 汽輪機(jī)熱耗率隨機(jī)組負(fù)荷變化擬合曲線(xiàn)Fig.2 Fitting curve of the steam turbine heat consumption changing with loads of the unit

圖3 供電煤耗隨機(jī)組負(fù)荷變化擬合曲線(xiàn)Fig.3 Fitting curve of the fuel consumption for power-supply changing with loads of the unit

4 耗差分析

根據(jù)考核試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)影響鍋爐側(cè)耗差的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分解計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5可知，廠用電率對(duì)供電煤耗的影響最大，廠用電率每升高1百分點(diǎn)，供電煤耗均值提高約3.5 g/(kW·h)，表明實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中機(jī)、爐側(cè)各輔機(jī)設(shè)備的電能消耗對(duì)全廠經(jīng)濟(jì)性影響顯著。排煙氧量每升高1百分點(diǎn)，會(huì)增加鍋爐側(cè)排煙熱損失，使得不同負(fù)荷下鍋爐效率降低0.26～0.45百分點(diǎn)，低負(fù)荷時(shí)尤為明顯，間接對(duì)機(jī)組供電煤耗影響均值為1.23 g/(kW·h)。在空氣預(yù)熱器入口送風(fēng)溫度不變的情況下，排煙溫度每升高1 ℃，鍋爐效率降低0.05～0.06百分點(diǎn)，供電煤耗均值降低0.20 g/(kW·h)。

飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在固體未完全燃燒損失中占比較大，對(duì)鍋爐效率的影響較大。由表5可知，飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)每升高1百分點(diǎn)，不同負(fù)荷下鍋爐效率降低0.48～0.67百分點(diǎn)，高負(fù)荷時(shí)尤為明顯，對(duì)供電煤耗的影響均值為1.95 g/(kW·h)。就該機(jī)組而言，飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的單位變化對(duì)供電煤耗的影響僅次于廠用電率單位變化的影響。爐渣中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)量每升高1百分點(diǎn)，鍋爐效率降低0.08～0.12百分點(diǎn)，對(duì)供電煤耗的影響均值為0.34 g/(kW·h)。

火力發(fā)電廠爐側(cè)各耗差分析指標(biāo)在節(jié)能控制中至關(guān)重要，各項(xiàng)指標(biāo)相互制約相互耦合，不可單純追求某一項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)秀，而忽略與其相關(guān)指標(biāo)的變化，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，綜合分析求取最優(yōu)指標(biāo)。如飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)機(jī)組供電煤耗影響較大，現(xiàn)場(chǎng)治理時(shí)往往采取降低煤粉細(xì)度R90的措施，而忽略制粉系統(tǒng)廠用電率的增加，對(duì)機(jī)組供電煤耗降低產(chǎn)生不利影響。因此，火力發(fā)電廠治理煤耗時(shí)，應(yīng)在掌握基本分析方法的基礎(chǔ)之上，綜合多因素具體分析，方可為節(jié)能降耗提供指導(dǎo)建議。

5 結(jié)論

通過(guò)耗差分析計(jì)算，可以直觀并極具目的性地分析各項(xiàng)能耗指標(biāo)的分布范圍及分布區(qū)間，該方法能夠?qū)⒐╇娒汉倪@個(gè)單一指標(biāo)加以層層分離，從而找出影響煤耗的主要原因和主要節(jié)能潛力。大型電站特別是超臨界和超超臨界機(jī)組采用性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)發(fā)電過(guò)程中的能耗進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，充分發(fā)揮機(jī)組大容量、高參數(shù)、高經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢(shì), 使機(jī)組運(yùn)行保持最佳狀態(tài), 是節(jié)能降耗的有效措施。本文以某超臨界壓力直流鍋爐為例，在100%，75%及50%負(fù)荷率工況下，對(duì)鍋爐側(cè)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)的熱經(jīng)濟(jì)性計(jì)算，找出影響煤耗的因素，為電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和節(jié)能降耗提供了科學(xué)依據(jù)。