660MW超臨界機(jī)組鍋爐節(jié)能研究

摘 要：超臨界火電機(jī)組具有顯著的節(jié)能和改善環(huán)境的效果，是未來火電建設(shè)的趨勢。本文從超臨界機(jī)組鍋爐運(yùn)行現(xiàn)狀出發(fā)，針對超臨界660MW超臨界機(jī)組投產(chǎn)后的關(guān)鍵節(jié)能技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用研究，提出了重視主輔設(shè)備選型、提高鍋爐燃燒效率、降低鍋爐排煙溫度、變壓運(yùn)行等節(jié)能方案，為相關(guān)企業(yè)的節(jié)能降耗提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)和參考。

關(guān)鍵詞：60MW;超臨界機(jī)組;鍋爐;節(jié)能優(yōu)化

0.前言

隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，電力行業(yè)起著越來越關(guān)鍵的作用，我國火力發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量逐年增加，資源約束日趨強(qiáng)化，節(jié)能減排勢在必行。其中超臨界機(jī)組是我國目前發(fā)展較快的潔凈煤發(fā)電技術(shù)之一，在增加電力供應(yīng)、提高能源效率和保護(hù)環(huán)境等方面具有很大的優(yōu)勢。火電廠超超臨界機(jī)組和超臨界機(jī)組指的是鍋爐內(nèi)水蒸汽參數(shù)達(dá)到或超過臨界壓力以上的機(jī)組。爐內(nèi)工質(zhì)壓力低于這個壓力就叫亞臨界鍋爐，大于這個壓力就是超臨界鍋爐，25MPa以上的稱為超超臨界。

1.超臨界機(jī)組鍋爐運(yùn)行現(xiàn)狀

我國雖然已經(jīng)發(fā)展了水電、風(fēng)電、太陽能等多種能源，但到目前為止，仍然以煤為主。煤炭的燃燒不僅消耗了自然資源，更是直接帶來了嚴(yán)重的空氣污染。超臨界火力發(fā)電技術(shù)正是為了解決發(fā)電能源問題而出現(xiàn)的新技術(shù)，隨著國家對環(huán)境空氣質(zhì)量要求的提高，很多大型火電機(jī)組的排放量已經(jīng)不能適應(yīng)新的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)改進(jìn)是大勢所趨。國電電力大連莊河發(fā)電廠的兩臺660MW超臨界機(jī)組已投產(chǎn)多年，隨著技術(shù)的進(jìn)步，該機(jī)組在鍋爐燃燒效率、鍋爐排煙溫度、機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)方面都有很大的優(yōu)化空間。在節(jié)能降耗的大環(huán)境下，需要對兩臺機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行進(jìn)一步提升。

2.影響鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的因素

（1）鍋爐效率低于設(shè)計值。我廠兩臺660MW超臨界機(jī)組鍋爐在100%負(fù)荷工況下的熱效率僅為88.1%左右，75%負(fù)荷工況下鍋爐熱效率為88.5%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計值93.87%。

（2）鍋爐排煙溫度高。實(shí)驗(yàn)表明，我廠兩臺660MW超臨界機(jī)組鍋爐在300MW及以上負(fù)荷狀態(tài)下，鍋爐排煙平均溫度接近145℃左右，高于鍋爐設(shè)計排煙溫度128℃。鍋爐排煙溫度高是造成排煙熱損失偏大的主要原因。

（3）鍋爐飛灰含碳和大渣含碳量忽高忽低，不穩(wěn)定。

（4）鍋爐制粉系統(tǒng)出力不足，制粉單耗偏高。

（5）蒸汽吹灰周期控制不合理，蒸汽吹灰對鍋爐受熱面管排存在一定吹損減薄現(xiàn)象。

（6）脫硝噴氨量自動控制不合理，導(dǎo)致空預(yù)器堵塞阻力增大問題。

（7）鍋爐分級配風(fēng)時，未能正確處理低氮燃燒與煤粉燃燼度之間的矛盾問題。發(fā)電廠過度強(qiáng)調(diào)低氮燃燒，導(dǎo)致鍋爐氧量過低，氮氧化物生成量減少的同時，造成鍋爐燃燒效率大幅度降低。

（8）在旋流燃燒器的內(nèi)、外二次風(fēng)和調(diào)風(fēng)盤的開度控制方面，未能正確處理增大旋流強(qiáng)度和減少燃燒器阻力之間的矛盾問題。 到目前為止未有調(diào)整優(yōu)化鍋爐燃燒器的配風(fēng)方案，無法找到影響鍋爐飛灰可燃物忽高忽低不穩(wěn)定的根本原因。

3.機(jī)組鍋爐節(jié)能優(yōu)化方案

3.1重視主輔設(shè)備選型

機(jī)組的運(yùn)行性能不僅取決于機(jī)組本身的制造和安裝質(zhì)量，更與機(jī)組的設(shè)計和選型息息相關(guān)。為了進(jìn)一步提高機(jī)組運(yùn)行效率、改善環(huán)境、優(yōu)化火電裝機(jī)結(jié)構(gòu)，在主輔設(shè)備選型時必須支持并全力推進(jìn)大型超臨界機(jī)組的國產(chǎn)化，研發(fā)和推廣潔凈煤技術(shù)。不同產(chǎn)地的煤具有不同的質(zhì)量，電廠主輔設(shè)備選型首先要考慮煤質(zhì)條件，從理論上理清煤質(zhì)結(jié)渣結(jié)焦、煤質(zhì)的磨損系數(shù)等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。另外，還要在鍋爐、磨煤機(jī)、三大風(fēng)機(jī)、脫硫脫硝方式控制方式等方面進(jìn)行綜合分析和計算，盡量采用新型燃燒技術(shù)和燃燒系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計、監(jiān)控及運(yùn)行，以設(shè)計出符合企業(yè)實(shí)際情況的設(shè)備配置方案，在運(yùn)行中不斷優(yōu)化。

3.2提高鍋爐燃燒效率

鍋爐作為機(jī)組核心設(shè)備之一，是一個十分復(fù)雜的系統(tǒng)，其運(yùn)行效率受到各種因素的影響。提高鍋爐熱效率是超臨界機(jī)組鍋爐節(jié)能的有效手段之一。要達(dá)到這個目標(biāo)，首先應(yīng)建立鍋爐熱效率計算模型，例如低位熱值和灰分預(yù)測模型、飛灰含碳量預(yù)測模型、爐膛出口NOx濃度預(yù)測模型等，分析鍋爐可能存在的熱損失，探索鍋爐燃燒產(chǎn)物的化學(xué)機(jī)理，對模型進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化求解，總結(jié)出鍋爐熱效率的影響因素，提高蒸汽參數(shù)，提高循環(huán)熱效率，最終達(dá)到超臨界機(jī)組鍋爐熱效率的優(yōu)化。

3.3 降低鍋爐排煙溫度

煙氣換熱器（GGH）是煙氣脫硫系統(tǒng)中的主要裝置之一，同時也是鍋爐節(jié)能的關(guān)鍵設(shè)備之一。GGH在運(yùn)行過程中會帶走大量的熱量，造成排煙溫度過高，造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。為了降低鍋爐排煙溫度，可在GGH的位置安裝低溫低壓省煤器，把煙氣溫度控制在脫硫系統(tǒng)所需的入口溫度范圍內(nèi)，并根據(jù)天氣條件和煤質(zhì)進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)，回收部分熱量用于其它設(shè)備的輔助能源。例如為供熱機(jī)組提供熱量、用于海水淡化、或引回本機(jī)組汽輪機(jī)的回?zé)嵯到y(tǒng)進(jìn)行回收利用。

3.4機(jī)組全變壓運(yùn)行

傳統(tǒng)的汽輪機(jī)無法及時跟隨鍋爐的運(yùn)行變化而變化，調(diào)節(jié)反應(yīng)速度慢，使機(jī)組的負(fù)荷變化不能適應(yīng)電網(wǎng)調(diào)頻的要求。采用變凝結(jié)水流量的完全變壓運(yùn)行新技術(shù)是超臨界機(jī)組節(jié)能運(yùn)行的最優(yōu)方式之一。所謂完全變壓運(yùn)行方式是指發(fā)電機(jī)組在30%-100%TMCR負(fù)荷內(nèi)，汽輪機(jī)主汽門和調(diào)節(jié)汽門全開的一種變壓運(yùn)行方式。采用變凝結(jié)水流量調(diào)節(jié)的變壓運(yùn)行技術(shù)，可以很好地跟隨快速負(fù)荷變化，從而與電網(wǎng)調(diào)頻要求相適應(yīng)，由凝結(jié)水調(diào)節(jié)負(fù)荷轉(zhuǎn)為由鍋爐給水調(diào)節(jié)和燃燒量調(diào)節(jié)負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的完全變壓運(yùn)行，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

結(jié)語

660MW超臨界機(jī)組是國內(nèi)發(fā)電廠較典型的發(fā)電機(jī)組設(shè)備，研究超臨界機(jī)組主輔設(shè)備選型、鍋爐燃燒效率、降低鍋爐排煙溫度、變壓運(yùn)行的優(yōu)化方式和節(jié)能理論與技術(shù)，對于提高超臨界機(jī)組運(yùn)行效率，降低供電煤耗，減少污染物的排放總量和單位能耗的排放量等方面具有極其重要的意義和實(shí)用價值。采用本文的優(yōu)化方案，對國電電力大連莊河發(fā)電廠兩臺660MW超臨界機(jī)組超臨界燃煤鍋爐節(jié)能減排實(shí)施了一系列的技術(shù)優(yōu)化，機(jī)組排煙溫度降低約15℃，鍋爐效率平均提高2%左右，鍋爐出口氮氧化物濃度明顯減小，接近同類型機(jī)組節(jié)能減排的先進(jìn)水平，大大提高了經(jīng)濟(jì)和社會效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]郝金輝. 龍山電廠600WM鍋爐減排系統(tǒng)改造研究[D].華北電力大學(xué)，2016.

[2]樊晉元. 超臨界機(jī)組完全變壓運(yùn)行與節(jié)能研究[D].華北電力大學(xué)，2013.

[3]趙欽新，郭元亮，史進(jìn)淵，竇文宇. 鍋爐全生命周期安全高效運(yùn)行和節(jié)能減排[J]. 壓力容器，2013，30（01）：1-14.

[4]袁登友.300MW機(jī)組循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能改造[J].中國電力，2013，46（01）：96-98.

作者簡介：

李歡，（1992-），男，漢族，籍貫：陜西省渭南市蒲城縣，大專，就職單位：公誠管理咨詢有限公司。