1975年，一期工程尚未完工时，因电网负荷急剧增长，水利电力部又批准第二期扩建工程安装2台5万千瓦高温高压发电机组。第一台5万千瓦机组(3号机)列为1976年全国电力建设重点项目之一。承担土建施工和机组安装的单位均与一期工程相同。1976年2月7日，二期扩建的主厂房开工，1977年6月开始安装武汉汽轮发电机厂生产的5万千瓦机组，12月30日3号机组安装完毕。但由于设备制造和安装的质量差，汽机振动大，真空降至350毫米汞柱，高压加热器无法投入等原因，机组运行仅1小时10分就被迫停机处理。从1978年1月13日至5月24日机组经过13次启动，均无法达到连续72小时试运行。后来经过生产、建设等单位共同处理了178项缺陷，解决了汽机振动、真空低等问题，当年9月3号机正式形成生产能力。同月，第二台武汉汽轮发电机厂生产的5万千瓦机组(4号机)开始安装。省电力建设公司承担锅炉和电气设备的安装任务。为保证4号机早日投产，永安火电厂组织本厂技术人员和工人成立安装组，承担汽轮机、发电机、凝结器的安装任务。1979年12月5日各项安装任务相继完成，17日1时顺利完成72小时试运行并迅速形成生产能力。2台5万千瓦机组投产后，由于3号机的高压加热器不能长时间连续运行，使机组持续半年只能限在4.5万千瓦负荷运行。经过反复处理改进，机组达到满发稳发。1980年4台机组共发电8.42亿千瓦时，占全网同期火电总发电量的49.9%，供电煤耗率和助燃油耗率继续下降至500克/千瓦时、38克/千瓦时。同时，永安火电厂与扩建工程指挥部还选派技术人员自行设计制造150平方米双室三电场电除尘器。经3个月运行测试，除尘效率达96%，比1至3号锅炉配置的旋风筒除尘效率提高16%。

1981年5月23日至25日，省建设委员会在永安召开一、二期扩建工程竣工验收会议，会议认为：工程设计、建筑、制造、安装质量良好，虽然3号机有较多缺陷，经过处理基本消除。两期工程实际总投资7939.27万元，比概算节省194.66万元。平均每千瓦造价529.28元。

为进一步提高低挥发份无烟煤燃烧技术水平，国家经委将改进燃烧试验研究列入“七五”国家节能重点科技项目。永安火电厂以5号410吨/小时固态排渣炉作为攻关试验炉。该厂与清华大学、东南大学、华中理工大学、省电力试验研究所等单位密切合作，通过推广应用“六五”攻关成果，进行大速差直流预燃筒，新型预燃筒试验应用，大口径、小流量新型油枪的研制，采用热管空气预热器等措施，使5号炉的燃烧效率从攻关前83.7%提高到86.97%，助燃油耗率从22.2克/千瓦时下降到14.6克/千瓦时。经1986年1月至1989年5月试验，实际节约助燃油1.22万吨，标准煤7.72万吨，年平均攻关经济效益530万元。1989年11月30日，由能源部组织的技术鉴定委员会对攻关成果进行鉴定，认为攻关项目全面完成了合同规定的技术经济指标，在燃用低挥发份无烟煤的四角燃烧锅炉上，进行了创造性的劳动，其燃烧技术达到的经济性具有国际先进水平。1990年获能源部科技进步三等奖。

1990年该厂加强设备管理，改善燃煤质量，全厂主设备完好率100%，其中一类设备占75%；辅助设备完好率98.8%，其中一类设备占92.7%，实现连续安全生产375天的最高记录。每千瓦时供电煤耗率、发电油耗率分别为469克和26克，均创历史最好水平。至1990年底，该厂累计发电165.22亿千瓦时，节约标准煤14.38万吨，助燃油6.6万吨。

70年代初，由于闽北地区工业迅速兴起，当地无烟煤资源着手开采，为本省建设较大容量的火电厂创造了条件。1971年8月华东电力设计院负责选址和设计，认为在原厂址进行扩建，具有取水、燃料供应和交通方便以及靠近负荷中心等有利条件，是建设坑口电站的较好厂址。当年9月水利电力部批准永安火电厂扩建规模15万千瓦，第一期工程安装2台2.5万千瓦的中温中压凝汽式发电机组，采用武汉汽轮发电机厂制造的汽轮发电机组和武汉锅炉厂制造的液态排渣锅炉。设计燃用距电厂40多公里的加福煤矿无烟煤，掺烧重油30%—35%。同年12月11日电厂扩建指挥部成立。福建省生产建设兵团四师承担土建施工任务。该师18团(后改名省第一建筑工程公司)于1973年3月13日动工兴建主厂房。在100米高烟囱施工中采用单孔井架的施工新技术，提前完成了施工任务。该师19团3营(后改名福建省交通工程大队四中队)担负的供水系统和燃油系统土建施工，于1974年1月赶在汛期前建成。负责机组安装的省机电安装公司二队(后改名省电力建设公司火电工程安装分公司)在1973年12月开始安装。2台机组于1975年2月4日和12月16日投产，均取得机组整套启动试运行一次成功。当年发电量5781万千瓦时。但由于锅炉燃烧的无烟煤，其挥发份平均值为3%左右。同时煤质差，造成锅炉四角堆灰严重，炉龄只能运行7天至30多天就被迫停炉。因此，职工经常冒着60摄氏度高温进入炉膛清渣。当年每千瓦时供电煤耗达714克，助燃油耗183克。为稳定生产和降低燃料消耗，该厂对锅炉反复进行近百次热态调整和冷态空气动力场试验，共完成喷燃器改造等70多项革新改造项目，提高了机组运行的稳定性和经济性。这年，原有2台1500千瓦发电机组停役报废。

为适应80年代福建经济发展的用电需要，在二期扩建工程尚未完成时，国家计委批准第三期工程扩建2台10万千瓦高温高压汽轮发电机组(即5、6号机)，要求在1985年内全部建成，设计仍由华东电力设计院承担，锅炉和汽轮发电机设备分别由武汉锅炉厂、北京重型机器厂提供。除尘设备采用175平方米双宝三电场电除尘器，仍由电厂和扩建工程指挥部自行研究设计。1981年7月1日，三期主厂房扩建动工。施工单位推行承包责任制和全面质量管理，把任务、工日、材料和工具消耗等定额分包到班组。省第一建筑公司永安工程处在180米高烟囱施工中采用滑动钢模板新技术，提前一个月完成施工任务，工程质量优良。省电力建设公司火电安装分公司在安装5号机中采用网络技术，加快了安装进度。1984年8月4日安装结束。在投入试运行中，由于设备制造、设计、安装的质量有问题，加以电厂生产运行配合不当，造成磨煤机多次烧瓦、锅炉排污管爆裂，油隔离泵不能正常投运，汽机高压缸结合面漏汽等缺陷。到9月20日，经过多次锅炉点火启动和汽机冲转，多次并网没有成功。启动验收委员会组织火电安装分公司和电厂进行了一个多月的检修补救，至10月25日2时30分完成带满负荷72小时试运行，正式投产并网发电。经验收，5号机的土建施工质量评为优良，安装质量分别评定汽机、电气、燃料系统为优良，热工、化学、锅炉为良，除灰系统为合格。

1984年5月。为改革电力工程建设的管理体制，6号机安装中实行承包责任制。由省火电工程承包公司(在原永安火电厂扩建工程指挥部基础上成立)与省电力工业局签订承包合同。承包公司与施工单位签订施工奖罚合同协议书，并对关键项目实行质量奖、工期奖，调动了职工的积极性。1985年1月开始安装。火电安装分公司吸取5号机安装的经验教训，加强对6号机安装质量的管理。省电力工业局多次组织检查组到工地抽查安装质量。9月16日一次完成并网72小时试运行，29日完成24小时带满负荷运行后，移交生产，提前93天竣工投产，安装质量评为优良，全面完成承包合同所规定的指标。第三期扩建工程投资概算为1.3亿元，实际投资1.24亿元，节约投资600多万元，每千瓦造价620.25元。三期扩建工程全部竣工后，全厂总装机容量达35万千瓦。

在此期间，福建低挥发份无烟煤改进燃烧技术的试验研究被列为国家“六五”期间重点科技攻关课题。永安火电厂1号130吨/时的液态排渣炉作为攻关试验炉。在省电力试验研究所、西安热工研究所等单位协作配合下，总结以往燃烧无烟煤的经验，采取改进燃烧器，增设卫燃带等综合治理措施，到1985年，锅炉燃烧效率比攻关前提高7.5%，助燃油耗、制粉系统单位电耗分别降低50.8%和12%，全面超额完成了攻关指标，获国家“六五”科技攻关奖、水利电力部科技进步二等奖。该厂1号炉到1985年10月累计，节约助燃油3162吨、标准煤4958吨、厂用电73万千瓦时。电厂在1号炉取得经验后，分别在2、3、4号锅炉上推广应用，使燃烧效率分别提高3.36%、4.98%、3.96%。

1985年，该厂扩建工程全部建成投产后，成为福建电网最大的火电厂，占省电网火电装机总容量39.39%，1986—1988年年发电量达21.19—24.16亿千瓦时。

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