燃煤電廠鍋爐、汽輪機以及輔機部分的節(jié)能技術分析

摘要：保護生態(tài)環(huán)境成為了我國開發(fā)新能源、研究節(jié)能技術的主要目的。而在燃煤電廠中，為了減少能源的浪費，減少溫室氣體的排放，必須要進行有效的節(jié)能研究。文章主要分析燃煤電廠鍋爐、汽輪機以及輔機部分的節(jié)能技術，以此提高能源利用率，減少溫室氣體的排放，保護生態(tài)環(huán)境。

關鍵詞：燃煤電廠；電廠鍋爐；汽輪機；節(jié)能技術

中圖分類號：TK267 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）32-0081-03

隨著我國用電量的不斷上升，在很大程度上改變了我國的用電結(jié)構。為了滿足用戶需求，各電廠都相應地提高了輸電水平。在我國燃煤電廠中，鍋爐、汽輪機以及輔機部分是重要的熱力設備，若沒有科學有效的技術水平，會存在嚴重的能源浪費。燃煤鍋爐使用面廣，存在著相當嚴重的浪費情況，并且鍋爐燃燒中會排放大量的煙塵、二氧化碳及二氧化硫等污染氣體。同時燃煤電廠的汽輪機及輔機部分都存在著大量的能源浪費，因此，全文主要分析燃煤電廠鍋爐、汽輪機以及輔機部分的節(jié)能技術，以此減少能源浪費，提高能源利用率，減少污染氣體的排放。

1 燃煤電廠鍋爐的節(jié)能技術

1.1 鍋爐節(jié)能技術

首先是鍋爐燃燒系統(tǒng)的改造。鍋爐燃燒系統(tǒng)改造技術可以采用分層燃燒、天然氣助燃技術。將普通粘土質(zhì)轉(zhuǎn)化為爐拱材料用碳化硅，將爐拱形狀和尺寸進行有效改變，將拱區(qū)空間進行合理設計，改善爐排漏煤和配風不均的現(xiàn)象。將鍋爐風室改為兩側(cè)進風，改善風室和風道口的連接方式，安裝均流擋板。為了改善爐墻的密封性和保溫性，可以采用纖維填充材料作為保溫層，涂抹遠紅外涂料，提高熱輻射能力。采用新型燃煤添加劑，增強灰熔點，避免鍋爐出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象。以此改善鍋爐的燃燒狀況，提高燃料的利用效率。其次是鍋爐煙氣余熱回收技術。在鍋爐煙氣余熱回收技術中，主要包括三個方式：（1）煙氣余熱預熱空氣。煙氣余熱預熱空氣可有效改善燃料霧化條件，提高爐膛燃燒狀況，增加爐膛溫度。同時減少排煙損失、化學不完全燃燒損失以及機械不完全燃燒帶來的損失。（2）煙氣余熱預熱燃料。燃油溫度在升高時，燃油粘度也得到了降低，在很大程度上改善了燃油入爐后的霧化治療。隨著燃油溫度的升高，鍋爐絕熱燃燒溫度也會升高。絕熱溫度的提高加大了爐內(nèi)輻射換熱系數(shù)，傳熱溫差和鍋爐總換熱系數(shù)也得到了提高。因此，煙氣余熱預熱燃料可有效減少各項能源損失，增強了鍋爐的熱效率。（3）煙氣余熱預熱給水。煙氣余熱預熱給水增加了鍋爐入口介質(zhì)的溫度，降低了傳熱溫差。當有效控制煙氣余熱預熱給水，有著足夠大的鍋爐入口介質(zhì)，就可以再次利用鍋爐煙氣余熱。煙氣余熱預熱給水可以減小排煙溫度，采取科學有效的過剩空氣系統(tǒng)，以此提高鍋爐的熱效率。

1.2 鍋爐風機節(jié)能技術

首先是變頻調(diào)速技術。在交流變頻調(diào)速裝置主要是應用微機控制技術和交流電動機控制技術。燃煤電廠在生產(chǎn)過程中，當發(fā)電負荷變化時，也需要有效調(diào)節(jié)鍋爐的給煤量、風量和給水量。燃煤電廠有效改造鍋爐的送風機可取的顯著療效。例如汕頭電廠分兩期建設：一期2×30萬千瓦亞臨界機組于1996年底投產(chǎn)發(fā)電，鍋爐、汽輪發(fā)電機組分別由東方鍋爐廠和俄羅斯制造；二期1×60萬千瓦國產(chǎn)超臨界機組于2005年10月投產(chǎn)發(fā)電，鍋爐、汽輪發(fā)電機組分別由東方鍋爐集團股份有限公司和哈爾濱電氣集團公司制造。而華能汕頭電廠也被稱為“廣東省清潔生產(chǎn)企業(yè)”。

變頻調(diào)速器的基本組成如圖1所示：

圖1

其次是液力耦合器調(diào)速技術。液力耦合器調(diào)速技術是液力耦合器在運行過程中將耦合器工作腔內(nèi)充液量進行有效的改變，進而使耦合器的輸出力矩和輸出轉(zhuǎn)速產(chǎn)生改變。調(diào)速型液力耦合器具有節(jié)能的特性，能夠平穩(wěn)地運行，可有效控制和過載保護燃煤電廠的生產(chǎn)。

1.3 蒸發(fā)冷卻技術

蒸發(fā)冷卻技術包括直接蒸發(fā)冷卻和間接蒸發(fā)冷卻。首先直接蒸發(fā)冷卻裝置有著簡單的結(jié)構，只需投入較少的成本就可投入使用。直接蒸發(fā)冷卻受到空氣濕度的影響，當環(huán)境溫度大于21℃時，會降低冷卻效果。因此，可以在一些干燥半干燥地區(qū)以及需要加溫和降溫的環(huán)境條件下直接使用蒸發(fā)冷卻裝置。其次間接蒸發(fā)冷卻技術。主要是一次空氣和二次空氣呈交錯流動，應用循環(huán)水噴淋，可以在換熱器表面上覆蓋一層水膜，使空氣和水不會直接接觸換熱器，并蒸發(fā)水膜濕表面上的水分，將空氣的干體溫度進行有效降低，并利用壁面的導熱將一次空氣冷卻。

2 燃煤電廠汽輪機的節(jié)能技術

2.1 有效改善高壓缸通流部分

轉(zhuǎn)子的組成分別是1個單列調(diào)節(jié)級和15個壓力級。動葉型和靜葉型也可以采用新型高效葉型和光滑子午通道。所有動葉片可以采用整體圍帶，增強了葉片的動強度。為了保證機組在運行過程中不會受到差脹的限制，需要將高壓隔板汽封軸的間隙值增大。將隔板靜葉替換成焊接隔板，將原有的加強筋去除，分流葉柵結(jié)構可以采用寬葉片和窄葉片組合。高壓軸封和部分隔板汽封可以改成自動調(diào)整汽封，能夠在很大程度上保證機組安全運行，減少維修量，減少維修成本。

2.2 改善低壓缸通流部分

可以就200MW機組的低壓缸優(yōu)化改造為例，選用焊接鋼格板，將根徑增大，低壓轉(zhuǎn)子前4級動葉片沒有采用拉筋，可以選用整體圍帶，為了提高動葉的抗疲勞性和耐水蝕性，可以在末級動葉采用高強度的動葉材料。

2.3 優(yōu)化循環(huán)水泵的運行方式

當機組負荷和冷卻水溫一定時，循環(huán)水流量在改變時，凝汽器壓力也會改變，循環(huán)水流量在改變時也會對循環(huán)水泵的功耗造成影響。循環(huán)水流量增加時，機組背壓下，增加了機組出力，但也提高了循環(huán)水泵的功耗。當循環(huán)水泵的功耗增加時就會抵消機組出力的增加值，所以在增加了循環(huán)水流量后，當機組出力增加值和循環(huán)水泵耗功增加值的差為最大時，凝汽器運行壓力就是機組最佳運行背壓，而循環(huán)水泵運行方式也是最佳的運行方式。汽輪機運行中，對循環(huán)水泵臺數(shù)進行了限制，而不能連續(xù)調(diào)節(jié)循環(huán)水流量，需要按照循環(huán)水泵臺數(shù)進行運行或者在運行時調(diào)整泵葉片的角度。以此將循環(huán)水泵的運行方式進行組合，然后按照循環(huán)水泵不同的運行方式，對凝汽器的工況性能、循環(huán)水泵流量和功耗以及汽輪機處理增加值進行檢測，然后當機組負荷和循環(huán)水溫度處于一定時，就可以將機組最佳運行背壓進行計算，然后明確最佳運行方式。

3 燃煤電廠輔機部分的節(jié)能技術

3.1 優(yōu)化抽氣設備的運行方式

汽輪機在運行過程中，抽氣設備主要抽出在運行過程中所建立的真氣或者抽出運行中漏入凝汽器的空氣以及其他氣體，保證汽輪機可以在真空中運行。為了保證凝汽器的真空度，必須要維持抽氣設備正常安全工作。抽氣設備在工作過程中會受到液溫度、吸入口的壓力和溫度、真空泵運行速度等方面的影響，尤其是抽氣設備工作液溫度的影響最大。工作水溫度往往會決定真空泵的抽吸能力。真空泵的抽吸能力隨著工作水溫度的升高而降低，特別是在夏季，真空泵工作液溫度會超過35℃，這時真空泵的抽吸能力就會快速下降，如果機組的真空嚴密性較低時，就會對機組的運行真空造成嚴重影響。在優(yōu)化真空泵運行方式時，處于夏季，真空泵工作水溫度較高時，可以采用低溫水冷卻工作液溫，將工作水溫度進行降低，將真空泵處理進行提高。比如某電廠機組是300MW，采用地下循環(huán)水為真空泵工作水的冷卻水，當處于夏季時，循環(huán)水溫度為32℃，真空泵工作水溫度超過44℃，接入地下水，溫度為17.5℃，冷卻工作水，這時真空泵工作水溫度就會下降為33.8℃，而機組真空就增加了1.8kPa。

3.2 優(yōu)化凝結(jié)水系統(tǒng)運行方式，并進行有效改造

當凝結(jié)水泵的經(jīng)濟出力點和凝結(jié)水系統(tǒng)的阻力不匹配時，就會使凝結(jié)水泵的流量和揚程都增大。機組在運行過程中，當高揚程點處于小流量，凝結(jié)水泵在此狀態(tài)中進行工作，這時凝結(jié)水調(diào)整門開度會比較小，增大了凝結(jié)水系統(tǒng)阻力，導致電能浪費，也增加了凝結(jié)水精處理設備的工作壓力，無法保證節(jié)能性和安全性。在優(yōu)化凝結(jié)水系統(tǒng)運行方式時，要將凝結(jié)水泵定速運行改變成變速運行，要全部打開凝結(jié)水調(diào)整門。當管路阻力未改變，而水泵轉(zhuǎn)速改變時，在降低水泵轉(zhuǎn)速后，就會降低凝結(jié)水泵的流量和揚程，但能夠保持水泵的效率不會發(fā)生大的改變，而工作效率也處于最高狀態(tài)。在節(jié)能改造中，首先可以將葉輪級數(shù)進行減少，將凝結(jié)水泵的揚程進行降低，使凝結(jié)水泵可以與系統(tǒng)阻力匹配。其次可以采用變頻調(diào)速，當凝結(jié)水泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比時，那么揚程和轉(zhuǎn)速的平方就會呈正比，而凝結(jié)水泵的功率和轉(zhuǎn)速的立方會成正比。從而在節(jié)約電能時，將水泵運行工況進行改變，屬于最佳的節(jié)能改造技術。

3.3 優(yōu)化給水泵的運行方式

在燃煤火力電廠生產(chǎn)中，給水泵是耗費最大電量的輔機，對機組經(jīng)濟運行造成嚴重影響。當機組負荷一定時，主汽壓力就會對給水泵的耗功造成影響。水泵耗功會隨著主汽壓力的降低而減少，通常在設計給水泵和給水系統(tǒng)配套時，會存留部分裕量。當機組在運行過程中處于定壓時，需要通過給水調(diào)節(jié)節(jié)流對給水流量進行調(diào)節(jié)。這時在優(yōu)化給水泵運行方式時，需要在主汽輪機的滑壓運行方式下，將給水調(diào)節(jié)閥開度進行開大，為了適應給水系統(tǒng)的阻力和流量要求，可以將給水泵轉(zhuǎn)速改為自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。這樣可以給水調(diào)節(jié)閥節(jié)流的損失進行減少，降低主蒸汽壓力，減少給水泵的耗功。

3.4 優(yōu)化加熱器的運行方式

在優(yōu)化調(diào)整加熱器運行方式時，要保證機組在安全運行的狀態(tài)下，有效調(diào)整加熱器水位。通常加熱器水位與加熱器輸水端差、給水端差和給水溫升有一定關系，當加熱器端差和輸水端差最小時，就可以計算出機組在運行過程中的最佳水位。在修改DCS中的水位控制設定值時，運行人員需要有效監(jiān)督和控制水位值。

3.5 降低吸風機和送風機的耗電量

吸風機和送風機屬于高能耗設備，在投入運行時，需要保證隨機組負荷在變化時，不會對吸風機和送風機造成影響。這時可以調(diào)整和控制擋板的開度，提高機組運行安全性和經(jīng)濟型，同時機組負荷在變化時，吸風機和送風機也會相應改變。將風機電機改為變頻調(diào)速，無需改變閥門的開度，在機組負荷變化時，風機也會相應改變，從而降低能耗。同時將煙道和爐膛各種的漏風完全消除，將灰塵吹去，保證煙道無太大阻力。另外有效維護除塵器，科學有效地使用再循環(huán)風和暖風器，防止出現(xiàn)堵灰現(xiàn)象，以此降低電量的浪費。

3.6 減少制粉系統(tǒng)耗電量

首先要將煤質(zhì)進行改善，保證煤質(zhì)符合節(jié)省電量需求，并要合理配置。其次有效調(diào)整制粉系統(tǒng)的運行，補加鋼球。在運行過程中，保持連續(xù)不斷進煤、堵煤，保證煤可穩(wěn)定燃燒。在低負荷情況下，為了減少制粉的耗電量，減少磨煤機運行臺數(shù)，有效調(diào)整制粉系統(tǒng)，對磨煤機的出力、通風量、通風溫度、出力溫度以及煤粉細度等進行計算，保證制粉系統(tǒng)可以保持最佳運行，減少制粉系統(tǒng)的功耗。

4 結(jié)語

在燃煤電廠生產(chǎn)運行過程中，為了減少電力的消耗，控制溫室氣體的排放，必須要加強燃煤電廠鍋爐、汽輪機及輔機部分的節(jié)能技術，以此從各個方面降低電能消耗，保證各個機械設備保持最佳運行，提高能源利用率。

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作者簡介：楊懷忠（1969—），男，陜西神木人，供職于神華陜西國華錦界能源有限責任公司，研究方向：火電廠熱能與動力。