電廠熱動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化的研究

張國(guó)平

摘 要：當(dāng)前我國(guó)火力發(fā)電企業(yè)都面臨節(jié)能減排和環(huán)保的巨大壓力，電廠都應(yīng)該主動(dòng)謀求改變，以降低碳排放為己任，這是每個(gè)電力企業(yè)必須承擔(dān)的社會(huì)責(zé)任，也是企業(yè)賴以生存的根本。電廠要完成這個(gè)艱巨的任務(wù)，根本的做法還是向企業(yè)內(nèi)部看，從企業(yè)內(nèi)部挖掘可以促進(jìn)節(jié)能減排工作開展的措施，以熱動(dòng)系統(tǒng)為主，積極探尋先進(jìn)的運(yùn)行管理和技術(shù)改造方法，本文結(jié)合本企業(yè)實(shí)際情況，就熱動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化技術(shù)措施進(jìn)行了梳理并總結(jié)。

關(guān)鍵詞：電廠；熱動(dòng)系統(tǒng)；節(jié)能；優(yōu)化

0 引言

當(dāng)前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)，部分行業(yè)出現(xiàn)產(chǎn)能過剩，使得一些企業(yè)分化更加明顯，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要比以往更為激烈。黨的十八屆五中全會(huì)將生態(tài)文明建設(shè)提到了一個(gè)前所未有的新高度，牢固樹立綠色發(fā)展的新理念，更加重視和加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作，已經(jīng)成為“十三五”時(shí)期最重要的發(fā)展實(shí)踐之一。今后，我們國(guó)家將繼續(xù)改善環(huán)境和保護(hù)生態(tài)，促進(jìn)節(jié)能減排和低碳發(fā)展。以環(huán)境保護(hù)優(yōu)化經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)的生產(chǎn)、建設(shè)和消費(fèi)等各環(huán)節(jié)都不能以破壞生態(tài)為代價(jià)。在這種大背景下，節(jié)能減排降碳指標(biāo)已經(jīng)成為各級(jí)政府尤其是各省級(jí)政府工作的一個(gè)硬任務(wù)，并成為推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的一項(xiàng)重要內(nèi)容。也說明中央和國(guó)務(wù)院對(duì)節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)的治理決心，是要下更大的決心，以更大的作為來整治。

目前我國(guó)的電力生產(chǎn)情況來看，電力供應(yīng)主要是火力發(fā)電，該發(fā)電形式中必然會(huì)存在熱能轉(zhuǎn)化過程中的流失。這種情況下，電廠熱動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)能就顯得尤為重要。而根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，我國(guó)的煤炭使用量在相同電能供應(yīng)的情況下，要比其他國(guó)家高出 30%～50%，這樣是非常不利于可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施的，因此，加強(qiáng)對(duì)熱動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)能改革是未來電廠生產(chǎn)管理的關(guān)鍵問題之一。本文主要介紹了熱動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化的概念與可行性，同時(shí)提出電廠熱動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化的對(duì)策，以期早日實(shí)現(xiàn)電廠的節(jié)能目標(biāo)，促進(jìn)電廠的可持續(xù)發(fā)展。

在國(guó)家大力推進(jìn)節(jié)能減排技術(shù)推廣的背景下，火電廠節(jié)能改造技術(shù)也有了一些新的突破，例如余熱余壓利用技術(shù)、高壓電機(jī)變頻技術(shù)、汽機(jī)通流改造技術(shù)等，本文列舉了火電廠較為典型的節(jié)能改造技術(shù)如下：

1 二次再熱技術(shù)

在目前參數(shù)下，機(jī)組每增加一次再熱，所獲得的經(jīng)濟(jì)效益將低于前一次，二次再熱機(jī)組的造價(jià)要高10%～15%，電站投資要増加4%～6.8%，相對(duì)熱耗率改善值約為1.4%～1.6%。以600MW超超臨界機(jī)組為例，二次再熱改造投資約為2億，改造后供電煤耗下降約3g/（kWh）。因此，二次再熱技術(shù)不推薦在在役機(jī)組改造中應(yīng)用，改造難度大，投資高，收益小，在新建機(jī)組可以考慮使用二次再熱技術(shù)。

2 亞臨界改超超臨界技術(shù)

對(duì)于亞臨界燃煤機(jī)組來說，實(shí)現(xiàn)300g/kWh的供電煤耗僅通過通流部分改造很難達(dá)到要求，將機(jī)組跨代升級(jí)改造成超超臨界機(jī)組是一種可以選擇的技術(shù)路線。將高圧缸改造為超超臨界高壓缸，新増一臺(tái)前置超超臨界背壓汽機(jī)與原有亞臨界汽機(jī)串接，鍋爐選用一臺(tái)超超臨界鍋爐，采用二次再熱，蒸汽參數(shù)選擇為850MW/31MPa/600℃/566℃/538℃。

3 蒸汽參數(shù)提升改造技術(shù)

提高主、再熱蒸汽溫度是相對(duì)投資較少的改造方法，通過改造可以提高整個(gè)熱力循環(huán)的效率，另外再熱蒸汽的進(jìn)一步提高使得低壓缸排汽干度增加，低壓缸效率可進(jìn)一步提高。通過蒸汽參數(shù)的進(jìn)一步提升，并配合鍋爐受熱面及管道的改造，與汽輪機(jī)通流改造相結(jié)合，可突破原有設(shè)計(jì)值，大幅降低機(jī)組煤耗。

4 冷端系統(tǒng)優(yōu)化改造

對(duì)機(jī)組全年的實(shí)際循環(huán)水溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，選取合適的循環(huán)水溫度值對(duì)機(jī)組冷端系統(tǒng)進(jìn)行校核，根據(jù)機(jī)組背皮、循環(huán)水粟功耗和汽輪機(jī)微増功率之間的關(guān)系，給出機(jī)組最佳的運(yùn)行背壓，為優(yōu)化機(jī)組循環(huán)水泵運(yùn)行方式提供依據(jù)。

采用仿生雙連樹型布管的方式對(duì)原凝汽器進(jìn)行改造，在保證管束優(yōu)化的前提下，凝汽器改造項(xiàng)目的換熱面積是有限的，進(jìn)一步提髙凝汽器性能的最有效措施就是優(yōu)化改造循環(huán)水泵。

采用新型的膠球清洗系統(tǒng)：使用壓力空氣將膠球送入系統(tǒng)，投球數(shù)量大，清洗均勻；捕集器在主水管外側(cè)，不易腐蝕；網(wǎng)上設(shè)計(jì)大尺寸圓孔，捕捉器不被堵塞；網(wǎng)上圓孔防止膠球進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)；捕捉器無移動(dòng)部件，減少維護(hù)量；主蓋子設(shè)計(jì)在主水管外側(cè)，維修方便。

其他冷端系統(tǒng)優(yōu)化改造項(xiàng)目還有很多，例如凝汽器喉部加裝霧化噴頭、真空累加裝冷卻裝置、傳熱效果好的冷卻塔填料和噴淋裝置、循環(huán)水泵高低速改造、循環(huán)水系循環(huán)優(yōu)化、冷卻塔強(qiáng)化引風(fēng)技術(shù)等。

5 “NCB”新型供熱機(jī)組技術(shù)

“NCB”模式的特點(diǎn)是在抽汽凝汽式供熱機(jī)組的基礎(chǔ)上，采用巧軸各帶一臺(tái)發(fā)電機(jī)，N代表純凝模式，C代表抽汽模式，B代表背壓模式。在非采暖季，汽輪機(jī)采取純凝模式，蒸汽全部用于發(fā)電，因此發(fā)電效率較高；在采暖季的初期和末期，汽輪機(jī)采用抽汽模式，部分蒸汽被抽取出來用于供熱，兼顧了發(fā)電和供熱效率；在采暖高峰期，汽輪機(jī)采用背壓模式，此時(shí)汽輪機(jī)的冷源損失最小，確保了最大供熱輸出。綜合來說“NCB”模式可以實(shí)現(xiàn)靈活控制汽輪機(jī)的工況，但是改造的難度很大。

6 100%全容量給水泵技術(shù)

采用100%容量汽動(dòng)給水泵配置，取消電動(dòng)給水聚，給水粟汽輪機(jī)為高效率進(jìn)口汽輪機(jī)，保證機(jī)組運(yùn)行安全，根據(jù)H廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在機(jī)組100%負(fù)荷工況下，給水累汽輪機(jī)進(jìn)汽量降低9t/h，給水系和前置累采用同軸驅(qū)動(dòng)，廠用電率降低約化16%。

7 汽機(jī)低真空供熱技術(shù)

汽機(jī)低真空供熱技術(shù)的產(chǎn)生是為了盡可能提高總體熱效率，目前關(guān)于這方面的研究已經(jīng)取得了很多成功的案例。但同時(shí)我們也看到目前所采用的低真空供熱技術(shù)還有很多不足之處，主要是因?yàn)榈驼婵展釞C(jī)組與背壓模式的供熱汽輪機(jī)比較類似，都是“以熱定電”，因此這種技術(shù)只能應(yīng)用于熱用戶負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定的供熱管網(wǎng)系統(tǒng)，汽輪機(jī)背壓的提高不僅會(huì)帶來汽輪機(jī)發(fā)電效率的降低而且會(huì)使凝汽器真空降低至安全邊界，危及到汽輪機(jī)的安全性。

8 壓縮式熱泵供熱技術(shù)

壓縮式熱泵的驅(qū)動(dòng)源一般采用電動(dòng)方式，其應(yīng)用方式主要有兩種；一種是將壓縮式熱泵分別布置在熱用戶側(cè)的換熱站，通過專門的管路將電廠的乏汽余熱輸送到熱用戶側(cè)的換熱站，送種方式的優(yōu)點(diǎn)是布置靈活，節(jié)能效果較好，缺點(diǎn)是鋪設(shè)管道投資大、輸送累能耗高、供熱區(qū)域?。涣硪环N是將壓縮式熱泵布置在熱源電廠側(cè)，其優(yōu)點(diǎn)是集中布置使投資額變小，但是由于采用電驅(qū)動(dòng)，消耗了大量二次能源，使得電廠廠用電量消耗巨大，從能源轉(zhuǎn)換效率上來說并不合理。

9 吸收式熱泵供熱技術(shù)

吸收式熱系的驅(qū)動(dòng)熱源一般采用汽輪機(jī)中壓缸抽汽或余熱鍋爐的低壓補(bǔ)氣，其布置方式為集中設(shè)置在電廠內(nèi)，占地空間較小，與傳統(tǒng)熱電聯(lián)產(chǎn)供熱系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，用熱系回收部分循環(huán)水余熱并輸出熱量作為初級(jí)加熱，再經(jīng)過汽水換熱器進(jìn)一步提高供熱溫度，這樣可W雖著提高電廠總熱效率，具有非常好的節(jié)能效果。

大溫差供熱技術(shù)和吸收式熱累技術(shù)是兩種比較成熟的電廠余熱回收技術(shù)。由于大濕差供熱技術(shù)改造投資額巨大，投資回收期長(zhǎng)，因此應(yīng)用比較少。而吸收式熱泵技術(shù)相對(duì)來說改造投資額較低，投資回收期短，節(jié)能效果顯著，因此受到電廠的大力推廣應(yīng)用，市場(chǎng)占有率高。

10 煙氣余熱回收利用技術(shù)

利用熱管或管式換熱器回收鍋爐煙氣余熱。換熱器分為熱管及管式換熱器。熱管具有熱阻低，熱流密度高的優(yōu)勢(shì)，換熱效率極高，可以在溫差較小的情況下滿足換熱量要求，在實(shí)現(xiàn)煙氣余熱回收和降低排煙溫度的同時(shí)，提高鍋爐熱效率、降低離溫?zé)煔馑斐傻臒嵛廴尽?/p>

臥式相變換熱器。臥式相變換熱器作為一種安全可靠的節(jié)能產(chǎn)品，其設(shè)備使用壽命較長(zhǎng)，換熱效率穩(wěn)定，由于其控制溫度可設(shè)定，可將溫度控制在酸露點(diǎn)溫度之上，從而對(duì)拌煙中的余熱進(jìn)行較大程度的吸收。

雙循環(huán)壁溫可調(diào)型煙氣余熱回收技術(shù)。雙循環(huán)壁溫可調(diào)型煙氣余熱回收裝置是一個(gè)全新的換熱技術(shù)，它將煙氣吸熱段和放熱段構(gòu)造成了一個(gè)關(guān)聯(lián)的整體，通過閥門控制裝置的調(diào)節(jié)，可以控制控制吸熱段的最低避免通過控制換熱器的最低壁濕高于煙氣酸露點(diǎn)的方法來避免受熱面發(fā)生低濕腐蝕，同時(shí)根據(jù)管內(nèi)介質(zhì)傳熱系數(shù)高的特點(diǎn)，利用關(guān)外強(qiáng)化傳熱技術(shù)，可將排煙溫度有效降至120～130℃，可最大程度地回收利用了煙氣余熱，還從根本上解決了低濕腐蝕難題。

11 結(jié)語

綜上所述，電廠熱動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能是目前電力系統(tǒng)技術(shù)升級(jí)及改進(jìn)的主要方向，同時(shí)也是充滿潛力的研究領(lǐng)域。熱動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能成本較低，但可以有效降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提升經(jīng)濟(jì)效益，并可以產(chǎn)生良好的社會(huì)效益及改善環(huán)境。對(duì)電廠熱動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)進(jìn)行推廣，對(duì)我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、電力行業(yè)改革及發(fā)展具有重要的意義。在電廠的熱動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)能降耗的過程中，還應(yīng)該注意的是要從精細(xì)化管理入手，提高細(xì)節(jié)運(yùn)行水平，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整體效率的提升。

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（作者單位：大唐（北京）能源管理有限公司）