600MW火电机组供电煤耗拐点分布规律探析.pdf

第 3 8 卷 第 6 期 2016年 6 月 华 电 技 术 Huadian Technology Vol. 38 No. 6 Jun.2016 600 MW火电机组供电煤耗拐点分布规律探析 李 一 飞 1 聂 陈 翰 2 1.福建华电电力工程公司， 福 州350512;.福建华电可门发电公司， 福 州350512 摘 要摘 要供电煤耗是火力发电厂发电设备、 系统运行经济性能的总指标,反映发电厂各方面工作水平。对某电厂海量历 史数据进行回归分析， 发现机组负荷率与供电煤耗间存在非线性关系， 且存在明显的煤耗拐点。通过试验确定了单机煤 耗拐点特性,分析了汽轮机热耗率、 锅炉效率、 辅机厂用电率及外部因素对供电煤耗的影响， 为火电厂检修安排、 负荷分 配、 发电量计划制定等工作提供技术支持。 关键词关键词火电厂;供电煤耗;拐点;汽轮机热耗率;锅炉效率;厂用电率 中图分类号中图分类号TM 621 文献标志码文献标志码A 文章编号文章编号 1674 -1951 201606 -0013 -04 〇 引言〇 引言 某火电厂目前装机容量为4 x 600 MW， 汽轮机组 采用上海汽轮机厂有限公司引进美国西屋公司技术 生产的N600 -24. 2/556/566型 600 MW超临界、 单 轴、 三缸、 四排汽、 中间再热、 凝汽式汽轮机， 锅炉为上 海锅炉厂有限公司生产的超临界参数变压运行螺旋 管圈直流炉， 采用单炉膛、 一次中间再热、 四角切圆燃 烧方式， 设计煤种为神府煤， 校核煤种为晋北煤。 2014年 9 月， 国家发改委、 国家能源局和国家环 保部等三部委联合印发的 煤电节能减排升级与改造 行动计划20142020年） 中要求， 到 2020年， 现役 600 MW及以上机组（ 除空冷机组改造后平均供电煤 耗低于300 g/kW h， 其中600 MW超临界湿冷机 组供电煤耗先进值应达297g/kW h， 与该指标相 比， 该厂还存在一定差距。通过有效的技术改造及管 理提升来深挖电厂节能潜力， 迫在眉睫。 针对当前火电机组利用小时数持续下降的现 状 ， 分析机组的负荷率、 环境温度及燃用煤种等因素 对供电煤耗的影响， 从更精细的角度挖掘设备的节 能潜力， 力保机组更长时间处于经济运行区域， 提高 机组运行的经济性。在实际运行中， 机组负荷与供 电煤耗间存在非线性关系， 且单机具备特有的煤耗 特性。摸清机组煤耗分布规律， 有利于电厂进行经 济调度。 1历史数据的回归分析1历史数据的回归分析 单元机组的煤耗水平主要由设计参数和设计水 平决定， 包括汽轮机设计热耗率、 锅炉设计效率、 设 计厂用电率、 制造工艺与质量等[1]。设计煤耗一般 收稿日期收稿日期2016 -04 -25;修回日期修回日期2215 -05 -19 是机组设计条件及额定负荷时的保证值， 运行供电 煤耗常高于设计供电煤耗， 其主要影响因素为环境 温度、 机组负荷率、 燃用煤种等外部因素;设备健康 状态、 运行的合理性等内部因素。将负荷率、 环境温 度及燃用煤种等因素对供电煤耗的影响修正后， 供 电煤耗和设计供电煤耗仍存在一定差距， 该差距就 是设备健康程度和机组运行合理性的影响结果， 是 机组经济运行的潜力所在[2]。通过数据分析， 查找 差距， 探明症结所在。 供电煤耗是指发电厂向厂外每供出1 kW h 电 能所消耗的标准煤量。由公式（） 与（ 2， 根据入炉 煤、 油计量装置实测的发电所耗原煤量和燃油量， 按 平均热值计算出耗用的标准煤量， 然后再计算得到 的供电煤耗称为正平衡供电煤耗[];由公式（ ） 与 根据锅炉效率和锅炉所产生的蒸汽含热量反算 出的供电煤耗， 称为反平衡供电煤耗。 X 1 1） 2） bf X103， （3 Vne， arn n g 式中g为供电煤耗，g/kW h ; f 为发电煤耗， g/kW h; 为发电厂用电率，％ 为统计期内 耗用标准煤量，t;F为统计期内发电量，kW h；为 汽轮机热耗率，kJ/kW h 为收到基低位发 热量， kj/kg;n 为锅炉效率， ％ 为管道效率， ％。 根据该电厂近3 年的机组运行参数， 正平衡计 算得到海量的供电煤耗数据， 采用反平衡计算校核， 剔除偏差较大的数值。这些长期运行积累的海量历 史数据包含丰富的机组性能、 运行边界和工况信 息[4]， 通过回归分析， 采用最小二乘法拟合， 得到机 14 华 电 技 术第 3 8 卷 组的煤耗特性二次曲线， 如图1 所示。由图1 可知， 供电煤耗与负荷存在非线性关系， 且存在一个煤耗 过渡区。在实际运行中发现， 该区极狭窄， 难以定 义 ， 可近似认为是在某负荷点附近， 称为煤耗拐点。 负荷低于拐点时， 煤耗较高且变化趋势明显， 为高煤 耗区;负荷高于拐点时， 煤耗较低且变化趋势缓慢， 为平稳区;接近满负荷时， 煤耗略有上升。将拐点附 近称为煤耗经济区， 通过合理调度， 尽量让机组负荷 较长时间稳定在这一区域， 实现经济煤耗。 近负荷为经济区（ 结合统计数据及电厂实际情况， 定义拐点附近煤耗3 g/kW h区域为煤耗经济 区） 负荷低于拐点时， 煤耗较高且变化趋势明显， 为高煤耗区； 负荷高于拐点时， 煤耗较低且变化趋 缓 ， 为平稳区。另外， 本次试验时间为7 月份， 不同 试验月份， 拐点应有所偏移。 图2某电厂600 图2某电厂600 MW超临界机组负荷-煤耗基准曲线超临界机组负荷-煤耗基准曲线 3影响因素的理论分析3影响因素的理论分析 在实际运行中， 煤种变化与机组发电负荷率是 影响供电煤耗的最主要因素。锅炉、 汽轮机以及辅 机等设备随负荷、 煤质的变化表现出不同的运行特 性 ， 它们共同决定了整台机组供电煤耗的变化趋势。 3 . 1 汽轮机热耗率的影响3 . 1 汽轮机热耗率的影响 负荷降低时， 汽轮机热耗率呈明显升高的趋 势[2]。图3 给出了几种典型的汽轮发电机组设计热 耗率与负荷的关系曲线， 从图中可以看出， 对于不同 类型的机组， 设计热耗率随负荷的变化趋势一致， 有 明显的规律性。 图3不同机组设计热耗率与负荷的关系曲线图3不同机组设计热耗率与负荷的关系曲线 汽轮机热耗特性方程可以通过热力试验求得， 根据各试点的修正计算结果画出热耗率与发电机功 率的关系曲线， 即热耗特性曲线。图 4 为该电厂 600 MW超临界机组设计热耗率、 实际热耗率与负荷 的关系曲线， 两条曲线均存在明显的拐点。在实际 应用中， 该曲线可近似表示为一直线， 如果额定负荷 不等于经济负荷， 此特性曲线就是一条折线， 拐点就 是经济负荷点。 3 . 2 锅炉效率的影响3 . 2 锅炉效率的影响 锅炉效率主要受燃烧煤质特性的影响。该电 厂 2011年前燃用煤种与设计煤种的低位热值差小 29Q I I | | | | | | | | | | | 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 负 荷 / 图 1某电厂机组负荷-煤耗分布曲线（ 回归拟合）图 1某电厂机组负荷-煤耗分布曲线（ 回归拟合） 2煤耗试验2煤耗试验 机组运行中存在较多干扰因素， 且实际工况下负 荷点随机分布在各负荷段， 降低了曲线拟合精确度， 因此图1 所示煤耗拐点并不明显。为确定单机煤耗 拐点特性， 该电厂通过分机组煤耗试验进行验证。 试验周期为1 周， 保持试验期间煤种稳定， 在特 定负荷段下稳定运行进行数据采集。 1 消除辅助用汽、 吹灰、 煤种变化等扰动因 素， 试验前标定了给煤机并剔除了煤量累计误差。 机组试验工况期间的煤耗， 不代表机组正常运行状 态下的煤耗[5]。 2 根据运行经验， 1 与 2机 组 ， 3 与 4机 组煤耗特性分别相近， 为避免负荷调度困难， 只选取 1， 4机组作为试验对象。 3 选取不同的负荷段， 燃烧同一煤质， 采取相 同的磨煤机组合方式， 进行稳定工况试验。燃用与 设计煤种相近的煤种， 热值偏差小于0.1 M J/k/。试 验工况负荷为 210， 270， 330， 390， 450， 510， 570， 600 MW， 各工况持续2 h。 4 计算期煤量采用给煤机累计基数差值， 计 算期电量采自关口电量表计。 利用试验数据进行正平衡计算， 并通过反平衡 计算校核， 筛选试验数据[6]， 得到电厂的负荷-煤 耗基准曲线， 如图2 所示。由图2 可知， 1， 4机组 存在煤耗拐点， 该拐点对应负荷为450 MW。拐点附 -------1机 组 ------2机 组 _ ■ - 3机 组 一-- 4机 组 3 3 0 第 6 期李一飞， 等 600 MW火电机组供电煤耗拐点分布规律探析 15 93* 665 67 69 71 73 75 77 79 81 83 85 8793* 665 67 69 71 73 75 77 79 81 83 85 87 负荷率/ 图6某电厂3锅炉效率与负荷图6某电厂3锅炉效率与负荷 的关系曲线的关系曲线 受负荷影响程度不同。根据该电厂厂级监控信息系 统（ SIS采集的数据对各辅机的耗电率进行分析， 得 出了机组厂用电率的分布情况以及随负荷的变化情 况 ， 从而了解厂用电率的内在变化规律。从 图 7 可 见 ， 随着负荷率的下降， 在厂用电率中占比较大且上 升明显的主要辅机包括循环水泵、 脱硫系统、 一次风 机和磨煤机。 分析该电厂2015年的实际运行数据， 厂用电率 与机组负荷并不是严格的线性关系， 还受煤质等因 素的影响[7]。以满负荷时的厂用电率为基准， 计算 不同负荷率下厂用电率与基准厂用电率的比值， 编 制比厂用电率图， 可更加直观地分析厂用电率与负 荷的关系。如图8 所示， 负荷率3 5 时对厂用电率 的影响是满负荷时的1. 6 4 倍左右； 负荷率高于 7 5 ， 影响逐渐平缓。因此， 厂用电率变化对供电煤 耗的影响也存在一个从急剧变化到平缓过渡的过 程。受环境及负荷因素的制约， 影响比重较大的循 环水泵耗电率等呈现较为明显的变化规律， 这在调 整辅机经济运行方式时可作为重要的考量因素。 图8负荷率与比厂用电率的关系曲线图8负荷率与比厂用电率的关系曲线 负荷/MW 图4某电厂设计热耗率、 实际热耗率与负荷的图4某电厂设计热耗率、 实际热耗率与负荷的 关系曲线关系曲线 于 0.1 MJ/kg， 对制粉系统运行及锅炉燃烧影响不 大。2011年后该厂掺烧劣质煤常态化， 平均低位热 值下降2.0 M//kg。煤质变差， 锅炉飞灰、 底渣、 排烟 温度明显上升， 同负荷下燃煤量增加， 锅炉辅机耗电 率增加， 导致机组供电煤耗增加。对于不同类型的 锅炉， 锅炉设计效率与负荷之间没有一致的规律性， 图 5 给出了几种典型容量锅炉效率随负荷的变化曲 线 ， 其中600 MW超临界机组锅炉效率最高。 | 3GG MW亚临界机组； 6 0 0 MW超临界机组 600 MW亚临界机组； 一* 1 000 MW超超临界机组 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1 000 1 1000 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1 000 1 100 负荷/MW 图5不同锅炉设计效率与负荷的关系图5不同锅炉设计效率与负荷的关系 图6为反平衡推算的该电厂3锅炉效率与负 荷的关系曲线。由图6可知，600 MW超临界锅炉最 佳效率区基本稳定在70 80负荷的范围内。 从实际运行情况看， 随着负荷的降低， 气体与固体不 完全燃烧热损失将会增加， 在维持原有过量空气系 数的情况下， 排烟热损失随排烟温度的降低而有所 减少， 锅炉效率大都呈下降趋势。低于经济负荷运 行时， 锅炉效率急剧下降， 而高于经济负荷时， 锅炉 效率也逐渐下降， 但下降趋势平缓。但从历史性能 试验数据可以看出， 锅炉效率的影响远小于汽轮机 热耗率的影响。 3 . 3 辅机厂用电率的影响3 . 3 辅机厂用电率的影响 整台发电机组中包含了许多辅机， 各辅机耗电 ♦ 锅炉效率 多项式锅炉效率V . 8 . 6 . 4 . 2 . 0 . 8 4 . 4 . 4 . 4 . 4 . 3 . 9 A S 9 分 9 / 齋崧恶 s 3/鈮菘 /胬备斑 . 0 . 8 . 6 ‘ . 4 . 2 1 . 0 . O . O . O . C 图7不同负荷下厂用电率分布图7不同负荷下厂用电率分布 16 华 电 技 术第 3 8 卷 3 . 4 外 部 因 素 的 影 响3 . 4 外 部 因 素 的 影 响 实际运行中， 受内外部因素影响， 机组煤耗拐点 曲线并非固定不变。从该电厂负荷-煤耗曲线的变 化趋势看， 与该区域海水（ 含环境） 温度趋势基本相 同。随着海水温度的上升， 煤耗拐点也同步上移， 这 是机组固有特性。实际的负荷-煤耗曲线受外部因 素影响较大， 海水温度是导致煤耗拐点出现上述规 律的重要因素。 由图9 可知， 春、 冬季在机组负荷率7 5 附近 出现煤耗拐点， 而在夏、 秋季， 随着环境温度和海水 温度的上升， 煤耗拐点明显上移， 7 , 8 , 这 3 个月的 煤耗拐点均在负荷率8 0 以上。 在实际运行中， 各电厂都希望机组尽量在高负 荷运行， 以保证机组经济环保、 安全稳定运行。但在 当前持续低负荷常态化的形势下， 结合电厂各机组 的煤耗特性， 尽量将机组负荷安排在经济负荷区域， 不失为一种有效的节能手段， 在电厂近年的实践中 也充分体现了这一策略的可行性。 1012 月份月份 图9某电厂2013,2014年煤耗拐点分布情况图9某电厂2013,2014年煤耗拐点分布情况 4结论4结论 1从历史数据以及煤耗试验可知， 供电煤耗 与负荷存在非线性关系， 且存在一个煤耗经济过渡 区， 定义为煤耗拐点。负荷低于拐点时， 煤耗较高且 变化明显， 负荷高于拐点时， 煤耗较低且变化趋缓。 实际运行中， 机组负荷不可控， 是影响供电 煤耗的最大外部因素。锅炉、 汽轮机以及辅机等设 备随负荷变化表现出不同的运行特征， 共同影响机 组的供电煤耗。 3理论上， 机组运行负荷越高， 锅炉效率越 高， 汽轮机热耗率越小， 煤耗越低， 发电煤耗和供电 煤耗均有此规律。 根据该电厂的历史数据绘制热耗率随负荷 的变化曲线以及锅炉效率、 厂用电率变化曲线。供 电煤耗随机组负荷的变化趋势与热耗率、 厂用电率 随负荷的变化趋势一致。研究负荷与锅炉效率、 热 耗率、 厂用电率的变化规律， 就可以明确负荷与煤耗 的变化规律。 从历史数据看， 不处在最优运行状态的机 组 ， 盲目提高负荷， 影响煤耗的程度有可能被放大。 机组负荷率相同的情况下， 峰谷差越大的机组日平 均供电煤耗越大。 综上所述， 由于客观存在负荷率结构性差异， 全 年负荷- 煤耗拐点具有规律性， 摸清分机组特定时 段的煤耗特性，对全年的检修安排、负荷经济分配、 发电量计划等有一定的指导意义。 参考文献参考文献 [1 ]全国发电机组技术协作会.影 响600 MW等级机组供电 煤耗的因素[J].电力技术,2010,192 -3. [2 ]刘福国,蒋学霞， 李志.燃煤发电机组负荷率影响供电煤 耗的研究[J].电站系统工程,2008,244 47 -49. [3 ]火力发电厂技术经济指标计算方法D1/T 904 2004 [S]. [4] 王宁玲， 付鹏， 陈德刚， 等.大数据分析方法在厂级负荷 分 配 中 的 应 用[ J ] .中 国 电 机 工 程 学 报 ，20151 68 -73. [5] 张军科.600 MW机组深度调峰供电煤耗研究[J].中国 高新技术企业,0154 129 -130. [6 ]张磊， 秦岭， 陆超， 等.600 MW机组正反平衡煤耗试验研 究[J].电力与能源,2015,363 401 -403. [7]张方， 吴京龙， 林柏林.煤质变化对机组发电煤耗的影响 分析[J].机电信息,01327 115 - 116. 本文责编刘芳） 作者简介作者简介 李一飞（1974） ， 男 ， 福建莆田人， 工程师， 从事电厂热 能动力等方面的研究。 聂陈翰（1984） ， 男 ， 福建闽清人， 工程师， 工学硕士， 从事电厂节能减排等方面的研究（E-mailniechenh 163. com。 a蠢 20864208642 3 3 2 2 2 2 2 lit 1 1r 1 1 6 o 5 .10.. 8 7 7 /轰