淺析火電機組節(jié)能診斷方法與應(yīng)用

文 張國柱 溫志鵬 李本鋒 谷小兵 彭偉 中國大唐集團科技工程有限公司

淺析火電機組節(jié)能診斷方法與應(yīng)用

文/張國柱 溫志鵬 李本鋒 谷小兵 彭偉 中國大唐集團科技工程有限公司

節(jié)能診斷及節(jié)能潛力分析既是對火電廠整體能耗水平評估的手段，又是有效指導(dǎo)火電廠安排自身機組進行節(jié)能改造的參考依據(jù)，在火電廠節(jié)能改造工作中發(fā)揮著極其重要的作用?！笆晃濉逼陂g，各電力公司相繼完成了國家制定的節(jié)能目標(biāo)，但節(jié)能診斷數(shù)據(jù)分析顯示，大多數(shù)600MW及以下機組仍有8g/ kWh左右的節(jié)能潛力。

1 節(jié)能診斷理論

1.1 耗差分析法

耗差分析法是根據(jù)電廠實際運行參數(shù)與設(shè)定的基準(zhǔn)值的差值，通過建立耗差分析模型計算得出實際運行指標(biāo)對機組煤耗率、熱耗率、機組效率以及廠用電率等指標(biāo)的影響系數(shù)。耗差分析作為節(jié)能診斷的重要方法，可以使電廠節(jié)能管理人員以及節(jié)能服務(wù)公司在掌握機組各系統(tǒng)及設(shè)備實際經(jīng)濟性水平的情況下，理清各種因素對機組能耗指標(biāo)的影響量，分主次實施節(jié)能改造。

耗差分析的關(guān)鍵在于合理選取設(shè)定的基準(zhǔn)值。基準(zhǔn)值可選取設(shè)備制造廠商提供的設(shè)備設(shè)計參數(shù)值或電力設(shè)計院提供的系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)。當(dāng)電廠實際運行參數(shù)與設(shè)備廠商或設(shè)計院提供的設(shè)計參數(shù)有較大差別時可采取熱力系統(tǒng)及設(shè)備性能試驗確定的參數(shù)最佳值。

耗差分析法適用于運行參數(shù)與設(shè)定的基準(zhǔn)值偏差不超過50%的情況，否則會造成較大的分析誤差。

1.2 等效焓降法

在回?zé)岢槠狡啓C中，1kg新蒸汽的實際做功為：

式中：H——新蒸汽所做實際功，kJ/kg；

h0——新蒸汽進入汽輪機的初始焓，kJ/kg；

hc——汽輪機的排汽焓，kJ/kg；

hi——汽輪機第i級抽汽焓，kJ/kg；

hi——第i級抽汽的抽汽份額，%；

n——抽汽級數(shù)。

和純凝式汽輪機的直接焓降相比，H成為新蒸汽的等效焓降。

等效焓降法主要用來分析蒸汽動力裝置和熱力系統(tǒng)的經(jīng)濟性，它利用熱力學(xué)的熱功轉(zhuǎn)換原理，經(jīng)過嚴密的理論推導(dǎo)，求出熱力參數(shù)焓降和裝置效率等，用簡便的局部計算代替整個系統(tǒng)的繁雜計算，分析熱力系統(tǒng)中節(jié)能技術(shù)改造的效果，為系統(tǒng)參數(shù)的定量計算提供了簡化方法。等效焓降法作為節(jié)能診斷的主要理論和方法，提供了局部系統(tǒng)定量分析的手段和依據(jù)，有效簡化了節(jié)能計算的工作量。

2 節(jié)能診斷方法概述

2.1 系統(tǒng)損失分類

電廠系統(tǒng)運行過程中會產(chǎn)生不同類型的損失，引起供電煤耗較設(shè)計值升高。具體可分為不可避免損失、不可控損失和可控損失（部分可控損失）。

(1) 不可避免損失。不可避免損失指機組受環(huán)境氣候和機組運行客觀條件等因素影響，而造成的必然損失。如環(huán)境氣溫變化引起汽輪機背壓變化，造成汽輪機冷端的損失；排污、吹灰、汽水損失、輔助生產(chǎn)用汽等不可避免的損失。設(shè)計煤耗加上各不可避免損失后得到基準(zhǔn)煤耗。

(2) 不可控損失。不可控損失指機組受到外界條件限制，如負荷率、計劃啟停機、非穩(wěn)態(tài)、煤質(zhì)變化以及設(shè)計和設(shè)備條件限制引起的損失?；鶞?zhǔn)煤耗加上當(dāng)年不可控損失后得到達標(biāo)煤耗。

(3) 可控損失（部分可控損失）。可控損失指由于運行方式不佳或設(shè)備存在缺陷等造成的損失，如運行參數(shù)偏差、加熱器端差、冷端系統(tǒng)真空及過冷度、系統(tǒng)內(nèi)外漏、空預(yù)器漏風(fēng)、排煙溫度等。一般可通過運行調(diào)整優(yōu)化、設(shè)備檢修及更換等方式解決或部分解決此類損失，同時也是挖掘電廠節(jié)能潛力的重點方向。達標(biāo)煤耗加上可控損失后得到實際煤耗。

2.2 節(jié)能診斷方法及過程

(1) 收集設(shè)備及系統(tǒng)的設(shè)計數(shù)據(jù)及有代表性的實際運行數(shù)據(jù)。

(2) 計算各項損失，并進行分類。

(3) 通過各項損失累加計算得到機組當(dāng)年運行煤耗值，并與電廠統(tǒng)計煤耗值進行對比，檢驗以上各項損失的計算方法是否準(zhǔn)確、合理。

(4) 分析總結(jié)各項損失以及機組實際運行煤耗高于設(shè)計值的主要原因。

(5) 針對各項損失類型進行節(jié)能潛力分析，并提出節(jié)能降耗方案及措施。

(6) 提出供電煤耗目標(biāo)值。

3 節(jié)能診斷應(yīng)用實例

現(xiàn)以某電廠2臺300MW供熱機組為實例，通過計算系統(tǒng)各項損失并匯總，分析電廠典型的節(jié)能潛力，并提出相應(yīng)的節(jié)能降耗措施。

3.1 機組各項損失計算

通過計算分析，在實際運行條件下，與額定負荷原設(shè)計值相比較，各種損失使電廠1、2號機組發(fā)電煤耗分別升高約9.78g/kWh和17.23 g/kWh。分析核算認為，1、2號機組實際供電煤耗分別為319.4 g/kWh和327.8 g/kWh。這一結(jié)果與電廠統(tǒng)計煤耗值相比基本相同，說明各項損失的計算方法較為準(zhǔn)確合理。各種損失對機組能耗指標(biāo)影響量匯總見表1。

3.2 各項損失原因分析

電廠兩臺機組實際運行煤耗高于設(shè)計值，主要原因包括：

(1) 汽輪機各缸效率低于設(shè)計值；

(2) 兩臺機組出力系數(shù)偏低；

(3) 兩臺機組凝汽器壓力較設(shè)計值偏高；

(4) 兩臺機組過熱減溫水量偏大；

(5) 熱力及疏水系統(tǒng)閥門存在一定的內(nèi)漏；

(6) 機組啟停頻繁；

(7) 主/再熱蒸汽溫度偏低；

(8) 吹灰排污以及暖風(fēng)器用汽等機組正常的蒸汽消耗；

(9) 廠用電偏高的主要因素有：煙風(fēng)系統(tǒng)阻力大造成風(fēng)機耗電高、除塵耗電率高、脫硫耗電率高等。

表1 各種損失對機組能耗指標(biāo)影響量分析匯總

3.3 節(jié)能潛力分析及治理方案

電廠節(jié)能潛力主要從可控損失（部分可控損失）中挖掘，并從系統(tǒng)與設(shè)備等多方面進行選擇和分析。表2對機組節(jié)能潛力較保守的預(yù)測進行了匯總。

表2 機組節(jié)能潛力預(yù)測分析匯總

通過表2的統(tǒng)計內(nèi)容以及其它電廠相關(guān)節(jié)能潛力分析可知，從以下幾方面深入挖掘節(jié)能潛力，電廠將會達到較好的節(jié)能和經(jīng)濟效益。

(1) 汽輪機本體

目前，國內(nèi)多數(shù)國產(chǎn)300MW等級汽輪機或多或少的存在熱耗率達不到設(shè)計值的情況，分析主要原因有設(shè)備本身設(shè)計制造水平以及軸封、汽封間隙不合理等。國內(nèi)電廠通常采用汽輪機通流改造以及新型密封改造等方式使汽輪機熱耗率達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，降低煤耗。

(2) 冷端系統(tǒng)。冷端系統(tǒng)是節(jié)能潛力較大且改造成本較小的電廠節(jié)能改造系統(tǒng)。300MW機組汽輪機背壓升高1kPa，發(fā)電煤耗升高約2g/kWh。冷端系統(tǒng)的節(jié)能診斷及優(yōu)化主要從凝汽器性能、循環(huán)水泵運行方式、抽真空系統(tǒng)設(shè)備性能等方面進行。

(3) 熱力系統(tǒng)嚴密性。機組熱力系統(tǒng)泄漏是影響機組經(jīng)濟性的一項重要因素，其中，機組閥門的泄漏對機組煤耗的影響較大，但其僅需較小的投入就能獲得顯著的節(jié)能效果。因此在節(jié)能降耗工作中首先應(yīng)重視對系統(tǒng)閥門泄漏的治理。在電廠運行及檢修過程中應(yīng)特別關(guān)注流通高品質(zhì)蒸汽的閥門的嚴密性，以保持熱力系統(tǒng)的嚴密性。

(4) 排煙溫度?；痣姀S實踐證明，多數(shù)鍋爐排煙溫度均高于設(shè)計值。降低排煙溫度可以采用提高空預(yù)器換熱能力、減少制粉系統(tǒng)冷風(fēng)摻入量、鍋爐尾部煙氣余熱利用等措施。

3.4 供電煤耗目標(biāo)

表3給出了對機組實施節(jié)能措施后在75%負荷下供電煤耗目標(biāo)值。

表3 各負荷率下經(jīng)濟性指標(biāo)預(yù)計值

4 節(jié)能診斷工作建議

節(jié)能診斷工作應(yīng)從人員管理、設(shè)備壽命、設(shè)備可靠性及靈活性、系統(tǒng)性能等方面綜合考慮，不斷擴展現(xiàn)有診斷涵蓋范圍，從而實現(xiàn)全廠整體節(jié)能。

(1) 加大對電廠運行及檢修管理方面的診斷分析；

(2) 加大電廠燃料管理，對燃煤摻燒給出合理性建議；

(3) 對多機組電廠進行負荷分配優(yōu)化；

(4) 對電廠耗水情況進行診斷，加大節(jié)水管理力度；

(5) 對機組壽命進行評估，增加設(shè)備及系統(tǒng)的可靠性及靈活性，給出合理的運行方式。