1 000 MW超超臨界燃煤機(jī)組節(jié)能分析及優(yōu)化

（浙江國(guó)華電力公司，浙江寧波315612）

發(fā)電技術(shù)

1 000 MW超超臨界燃煤機(jī)組節(jié)能分析及優(yōu)化

孫波，陳石明，錢(qián)朝明，羅友元，陳軍紅

（浙江國(guó)華電力公司，浙江寧波315612）

發(fā)電廠的競(jìng)爭(zhēng)主要是成本競(jìng)爭(zhēng)，加強(qiáng)節(jié)能技術(shù)的研究，對(duì)提升火力發(fā)電廠的技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力有重要的意義。對(duì)國(guó)華寧海發(fā)電廠1 000 MW超超臨界燃煤機(jī)組鍋爐燃燒及制粉系統(tǒng)、汽輪機(jī)凝汽器背壓系統(tǒng)、輔控系統(tǒng)進(jìn)行全面分析，實(shí)施了燃燒優(yōu)化、汽輪機(jī)滑壓曲線優(yōu)化、電除塵閉環(huán)優(yōu)化、空預(yù)器間隙改造以及輔控系統(tǒng)的綜合治理，在節(jié)能方面取得了良好的效果，發(fā)電煤耗降低了5.91 g/kWh，廠用電率降低了0.7%，負(fù)荷系數(shù)增加了6.11%。

1 000 MW機(jī)組；節(jié)能；廠用電率；煤耗；經(jīng)濟(jì)性

0 引言

隨著電力建設(shè)速度的加快和國(guó)民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，用電緊張的局面已經(jīng)有了一定程度的改觀，發(fā)電廠的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)上升為成本的競(jìng)爭(zhēng)。實(shí)施有效的節(jié)能手段，降低成本已經(jīng)成為各發(fā)電集團(tuán)首要任務(wù)。

據(jù)2010年度全國(guó)1 000 MW超超臨界燃煤機(jī)組對(duì)標(biāo)及競(jìng)賽數(shù)據(jù)（見(jiàn)表1），1 000 MW機(jī)組平均發(fā)電煤耗290.36 g/kWh，最優(yōu)水耗為0.12%，廠用電率為4.40%，相比較之下，寧海發(fā)電廠6號(hào)機(jī)組的廠用電率、發(fā)電煤耗以及水耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出年度1 000 MW發(fā)電機(jī)組的平均水平。為此，全面分析了熱力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)機(jī)組的鍋爐燃燒及制粉系統(tǒng)、汽輪機(jī)背壓系統(tǒng)、輔機(jī)及輔控系統(tǒng)進(jìn)行了綜合優(yōu)化，取得了良好的節(jié)能效果，大大降低了發(fā)電煤耗及廠用電率。

1 凝汽器背壓對(duì)滑壓曲線負(fù)荷項(xiàng)的修正

在汽輪機(jī)組的所有熱力參數(shù)中，背壓是對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性影響較大的參數(shù)。由于受機(jī)組負(fù)荷、循環(huán)水流量、循環(huán)水入口溫度、機(jī)組凝汽量、真空嚴(yán)密性、凝汽器和抽氣器結(jié)構(gòu)特性等諸多因素的影響，背壓經(jīng)常會(huì)發(fā)生變化，從而影響機(jī)組的出力和機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。機(jī)組背壓變化對(duì)負(fù)荷影響可按（1）式計(jì)算：

表1 2010年度全國(guó)1 000 MW超超臨界燃煤機(jī)組對(duì)標(biāo)及競(jìng)賽部分?jǐn)?shù)據(jù)

式中：ΔPT為汽輪機(jī)功率變化；PT為汽輪機(jī)額定功率；K1由背壓變化對(duì)功率的修正曲線查得；ΔP為凝汽器壓力變化。

實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷因鍋爐吹灰、機(jī)組向外供輔助蒸汽、投用再熱器減溫水及參數(shù)偏離設(shè)計(jì)值等原因會(huì)有一定差異。尤其是季節(jié)變化將引起循環(huán)水溫度變化，從而影響真空，使得修正后負(fù)荷與運(yùn)行負(fù)荷間產(chǎn)生較大差異。為使優(yōu)化的滑壓曲線滿足全年不同季節(jié)運(yùn)行要求，可使用凝汽器背壓值對(duì)滑壓曲線中的負(fù)荷項(xiàng)進(jìn)行修正，背壓對(duì)滑壓曲線中負(fù)荷的修正如圖1所示。

圖1 凝汽器背壓對(duì)滑壓曲線負(fù)荷項(xiàng)修正邏輯

因機(jī)組未配備測(cè)量背壓絕對(duì)值的壓力變送器，經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)低壓缸排汽溫度可以準(zhǔn)確地確定凝汽器背壓。圖1中F（x）為排氣溫度與凝汽器背壓之間的擬合函數(shù)，該函數(shù)如式（2）所示：

2 燃燒及制粉系統(tǒng)優(yōu)化

影響鍋爐效率的因素有排煙溫度、飛灰可燃物、爐膛出口煙氣含氧量、空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率、爐底灰渣可燃物、鍋爐吹灰等，鍋爐燃燒調(diào)整的目標(biāo)就是對(duì)各種影響鍋爐效率的潛在因素進(jìn)行綜合優(yōu)化。

2.1 磨煤機(jī)旋轉(zhuǎn)分離器轉(zhuǎn)速調(diào)整

磨煤機(jī)旋轉(zhuǎn)分離器用來(lái)調(diào)節(jié)煤粉細(xì)度，分離器轉(zhuǎn)速增大，煤粉變細(xì)，相當(dāng)一部分煤粉又重新進(jìn)行了碾磨，增加了磨煤機(jī)電耗，降低了制粉系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。以磨煤機(jī)C為例，在保證磨煤機(jī)出力70 t/h、通風(fēng)量127 t/h不變的情況下，改變旋轉(zhuǎn)分離器轉(zhuǎn)速，檢測(cè)磨煤機(jī)平均煤粉細(xì)度從R90= 30.49%，R200=4.55%變化至R90=14.38%，R200= 1.30%。磨煤機(jī)在70 t/h出力下旋轉(zhuǎn)分離器轉(zhuǎn)速與煤粉細(xì)度的變化關(guān)系如圖2所示。

圖2 磨煤機(jī)動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速對(duì)煤粉細(xì)度的影響

綜合考慮鍋爐飛灰及底渣含碳量，通過(guò)磨煤機(jī)出力與動(dòng)態(tài)分離器匹配調(diào)整試驗(yàn)，找到磨煤機(jī)出力與旋轉(zhuǎn)分離器轉(zhuǎn)速的最佳匹配值,如表2所示，這樣在滿足廠家設(shè)計(jì)要求的前提下盡最大的可能降低了磨煤機(jī)電耗。

表2 磨煤機(jī)出力與動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速關(guān)系

2.2 熱一次風(fēng)母管壓力調(diào)整

在1 000 MW負(fù)荷不變的情況下，磨煤機(jī)組合運(yùn)行方式、氧量及配風(fēng)方式等均保持不變，通過(guò)改變一次風(fēng)壓偏置，來(lái)考察一次風(fēng)壓對(duì)一次風(fēng)機(jī)電流及各磨煤機(jī)相關(guān)參數(shù)的影響。發(fā)現(xiàn)隨著一次風(fēng)壓的降低，2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)電流明顯呈下降趨勢(shì)，但磨煤機(jī)熱風(fēng)門(mén)開(kāi)度則隨著一次風(fēng)壓的下降而增大。當(dāng)一次風(fēng)壓偏置設(shè)定值為-0.6 kPa時(shí)，磨煤機(jī)A的熱風(fēng)門(mén)開(kāi)度已接近70%，此時(shí)已無(wú)調(diào)節(jié)裕量，故不建議過(guò)度降低一次風(fēng)壓設(shè)定值?？紤]到原來(lái)邏輯里的熱一次風(fēng)母管壓力設(shè)定值有下調(diào)的潛力，結(jié)合此次試驗(yàn)結(jié)果對(duì)熱一次風(fēng)母管壓力設(shè)定值作了一定的修改以達(dá)到節(jié)能降耗的目的，修改前后的熱一次風(fēng)母管壓力設(shè)定值與燃料主控的關(guān)系如圖3所示。

圖3 燃料主控與熱一次風(fēng)母管壓力的關(guān)系

2.3 鍋爐排煙溫度調(diào)整

一般情況下，排煙溫度每升高10℃，排煙損失增加0.5%～0.8%。機(jī)組自投產(chǎn)以來(lái)存在實(shí)際排煙溫度比設(shè)計(jì)值偏高的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)對(duì)爐后電除塵器的安全運(yùn)行也構(gòu)成威脅。經(jīng)過(guò)全面的分析比較，制定了切實(shí)可行的措施以達(dá)到降低排煙溫度、減少排煙損失、提高鍋爐效率的目的。

（1）提高磨煤機(jī)出口風(fēng)粉混合溫度。磨煤機(jī)出口溫度設(shè)計(jì)為75℃，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中磨煤機(jī)出口風(fēng)粉溫度一般都控制在65～68℃左右，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值。考察磨煤機(jī)出口風(fēng)粉溫度對(duì)排煙溫度的影響，穩(wěn)定負(fù)荷950 MW，將風(fēng)粉溫度由65℃提高到75℃。分析試驗(yàn)結(jié)果后發(fā)現(xiàn)修正后的空預(yù)器出口排煙溫度下降了2℃左右。可見(jiàn)，提高磨煤機(jī)出口風(fēng)粉混合溫度可有效降低鍋爐排煙熱損失。

（2）關(guān)閉停用磨煤機(jī)進(jìn)出口擋板。機(jī)組日常運(yùn)行過(guò)程中規(guī)定停運(yùn)的磨煤機(jī)出口擋板處于開(kāi)啟狀態(tài)，冷風(fēng)調(diào)門(mén)維持小開(kāi)度，保證磨煤機(jī)始終處于通風(fēng)冷卻狀態(tài)以預(yù)防制粉系統(tǒng)爆燃。為進(jìn)一步了解停運(yùn)的磨煤機(jī)處于通風(fēng)狀態(tài)對(duì)鍋爐排煙溫度的影響，維持機(jī)組1 000 MW負(fù)荷不變，磨煤機(jī)其他運(yùn)行參數(shù)不變，當(dāng)關(guān)閉停運(yùn)磨煤機(jī)A的進(jìn)出口擋板后，鍋爐修正后的空預(yù)器出口排煙溫度從126.0/128.5℃下降為124.0/126.9℃，取得了明顯的效果。試驗(yàn)結(jié)果表明，過(guò)多的冷一次風(fēng)通入鍋爐后增加了鍋爐排煙熱損失，及時(shí)關(guān)閉冷熱風(fēng)門(mén)能夠降低鍋爐排煙溫度，大大地減少排煙熱損失，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 停用磨煤機(jī)處于通風(fēng)狀態(tài)對(duì)鍋爐排煙溫度的影響℃

（3）降低空預(yù)器漏風(fēng)率。容克式空預(yù)器漏風(fēng)形式有直接漏風(fēng)和結(jié)構(gòu)漏風(fēng)，結(jié)構(gòu)漏風(fēng)占空預(yù)器總漏風(fēng)量的份額較少且不可避免?？疹A(yù)器的主要漏風(fēng)是直接漏風(fēng)。用單位時(shí)間內(nèi)泄漏的氣體質(zhì)量G來(lái)表示漏風(fēng)量，則有：

式中：Δp為空氣側(cè)與煙氣側(cè)氣體壓力差；ρ為氣體的密度；K為漏風(fēng)系數(shù)；F為間隙面積。

式（3）適用于容克式空預(yù)器的徑向密封、軸向密封、靜密封和中心環(huán)密封的漏風(fēng)計(jì)算。綜合考慮改造成本和節(jié)能效果，降低空預(yù)器漏風(fēng)主要由Δp和F所決定，通過(guò)合理安排空預(yù)器除灰，減少壓差對(duì)漏風(fēng)率的影響以及通過(guò)加裝熱端徑向軟密封和熱端旁路軟密封，使空預(yù)器A/B側(cè)的漏風(fēng)率從檢修前的4.36%/4.30%下降為檢修后的2.60%/3.09%，鍋爐效率從改造前的93.98%提高到改造后的94.14%（修正后的效率），降低了鍋爐的熱損失，同時(shí)也降低了風(fēng)機(jī)的電耗。

2.4 省煤器出口氧量的調(diào)整

在1 000 MW負(fù)荷工況下，維持磨煤機(jī)投運(yùn)方式、磨煤機(jī)動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速及鍋爐配風(fēng)不變的情況下進(jìn)行增、減氧量的試驗(yàn)，觀察氧量的變化對(duì)鍋爐汽溫、NOX及其他參數(shù)的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著氧量由3.5%下降至2.6%，鍋爐飛灰含碳量略呈上升趨勢(shì)，但變化幅度不大且數(shù)值均小于1%，鍋爐底渣含碳量沒(méi)有明顯變化。由此說(shuō)明鍋爐能夠在較低氧量工況下運(yùn)行，同時(shí)隨著氧量的降低可以大大減少鍋爐排煙熱損失，提高鍋爐效率。隨著氧量的減少，送、引風(fēng)機(jī)電流及NOX均大幅下降，起到良好的節(jié)能減排效果。

3 輔機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化

在鍋爐輔機(jī)系統(tǒng)方面實(shí)施的節(jié)能優(yōu)化措施主要包括：

（1）凝汽器雙背壓改造。原設(shè)計(jì)高壓凝汽器抽至低壓凝汽器混合后，由低壓凝汽器側(cè)抽真空管道抽出，運(yùn)行期間存在2臺(tái)凝汽器間背壓差偏小的問(wèn)題。改造后將高低壓隔離，并加裝高壓凝汽器到抽真空母管的管道，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行，切換方式靈活。理論計(jì)算機(jī)組發(fā)電煤耗率可下降約1 g/kWh，按每年每臺(tái)機(jī)組60億kWh年發(fā)電量估算，每年可節(jié)省0.6萬(wàn)t左右的標(biāo)準(zhǔn)煤。

（2）凝汽器內(nèi)六抽管道加裝隔熱套。針對(duì)兩側(cè)六抽管道溫度偏差大，低壓凝汽器側(cè)六抽管道溫度明顯偏低的問(wèn)題，對(duì)兩側(cè)凝汽器內(nèi)六抽管道加裝完整的隔熱套，減少六抽管道在凝汽器內(nèi)的熱損失。同時(shí)可提高低壓凝汽器側(cè)六抽蒸汽過(guò)熱度，降低管道積水影響機(jī)組安全運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)測(cè)算，機(jī)組發(fā)電煤耗率下降了約0.1 g/kWh，按每年每臺(tái)機(jī)組60億kWh發(fā)電量估算，每年可節(jié)省600 t左右的標(biāo)準(zhǔn)煤。

4 輔控設(shè)備優(yōu)化

在滿足工藝和環(huán)境的雙重要求下，在輔控系統(tǒng)上也做了一些節(jié)能優(yōu)化，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期觀察發(fā)現(xiàn)效果良好。

（1）電除塵器閉環(huán)優(yōu)化。電除塵器在大氣環(huán)境保護(hù)中發(fā)揮著重要的作用，其耗電也較多。通過(guò)測(cè)量電除塵器出口煙塵含量的濃度，實(shí)時(shí)調(diào)整電場(chǎng)的二次電流可降低其用電量。當(dāng)實(shí)際測(cè)量的濁度值高于設(shè)定的濁度值上限時(shí)，要逐個(gè)升高電場(chǎng)的二次電流，即改變電場(chǎng)的輸出功率，從而使煙塵的濁度降低到設(shè)定值范圍內(nèi)。當(dāng)實(shí)際測(cè)量的濁度值低于設(shè)定濁度值下限時(shí)，要逐個(gè)降低電場(chǎng)的二次電流，減少電場(chǎng)的輸出功率。電除塵器閉環(huán)控制原理如圖4所示，電除塵系統(tǒng)電耗率由2010年的0.23%下降到2011年的0.18%。

圖4 閉環(huán)控制原理

（2）底渣密封水系統(tǒng)改造。原底渣系統(tǒng)排水經(jīng)過(guò)2臺(tái)高效濃縮機(jī)處理和排水池澄清后，進(jìn)入鍋爐底渣系統(tǒng)作為密封水。經(jīng)過(guò)對(duì)熱力系統(tǒng)及密封水的水質(zhì)研究，發(fā)現(xiàn)底渣系統(tǒng)溢流后的水經(jīng)過(guò)底渣排水池澄清后水質(zhì)合格，直接可以回用，另外增加一路復(fù)用水到底渣緊急補(bǔ)水的管路即可滿足系統(tǒng)要求，將整個(gè)渣水系統(tǒng)停運(yùn)，節(jié)約了這一部份的廠用電量。

5 結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)地研究了1 000 MW燃煤機(jī)組的節(jié)能降耗對(duì)策，通過(guò)對(duì)機(jī)組實(shí)施凝汽器背壓、鍋爐燃燒及制粉系統(tǒng)、輔機(jī)及輔控系統(tǒng)四方面的綜合優(yōu)化，寧海發(fā)電廠6號(hào)機(jī)組2011年與2010相比較，發(fā)電煤耗由294.85 g/kWh下降為288.94 g/kWh，下降了5.91 g/kWh，廠用電率由4.98%，下降到4.28%，取得了良好的節(jié)能降耗效果。

[1]閻維平，董靜蘭.超臨界機(jī)組鍋爐運(yùn)行排煙溫度偏高原因探討[J].熱力發(fā)電，2010（8）∶33-37.

[2]林萬(wàn)超.火電廠熱系統(tǒng)節(jié)能理論[M].西安∶西安交通大學(xué)出版社，1994.

[3]李勇，孫海波，曹祖慶.背壓變化對(duì)汽輪機(jī)熱經(jīng)濟(jì)性的影響[J].汽輪機(jī)技術(shù)，1998，40（3）∶167-169.

[4]王寧玲，張勇，楊勇平，等.600 MW火電機(jī)組節(jié)能降耗分析與優(yōu)化措施[J].中國(guó)電力，2009，42（9）∶55-57.

（本文編輯：陸瑩）

Analysis and Optimization of Energy Saving for 1 000 MW Ultra Supercritical Coal-fired Unit

SUN Bo，CHEN Shi-ming，QIANG Chao-ming，LUO You-yuan，CHEN Jun-hong
（Zhejiang Guohua Power Co.，Ltd，Ningbo Zhejiang 315612，China）

The competition among power plants is mainly about the cost.Strengthening the research on energy saving technology plays an important role in enhancing the technology and economic level and the market competitiveness of the thermal power plants.This paper mainly conducts comprehensive analysis on the boiler combustion and pulverizing system，condenser back pressure system and auxiliary control system for the steam turbine in 1 000 MW ultra-supercritical unit in Guohua Ninghai Power Plant.It also performs the combustion optimization,sliding pressure curve optimization of steam turbine,the closed-loop electrostatic precipitator optimization,air preheater clearance transformation and comprehensive management of auxiliary control system.Desirable results of energy saving are achieved with the power coal consumption reduced by 5.91 g/kWh, auxiliary power consumption rate lowered by 0.7%and load factor increased by 6.11%.

1 000 MW unit；energy saving；auxiliary power consumption rate；coal consumption；unit economy

TK227∶TK267

：B

：1007-1881（2012）09-0027-03

2011-01-25

孫波（1985-），男，內(nèi)蒙古赤峰人，助理工程師，從事發(fā)電廠技術(shù)管理工作。