燃煤電廠能效提升技術(shù)研究

摘 要：燃煤電廠供電煤耗是綜合能效水平高低的標(biāo)志，本文根據(jù)燃煤電廠生產(chǎn)技術(shù)特點(diǎn)，分析影響能耗的因素，總結(jié)煤電機(jī)組節(jié)能改造和技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出燃煤電廠能效提升的技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：燃煤發(fā)廠;能效提升;技術(shù)措施

0 引言

燃煤電廠在我國(guó)電源結(jié)構(gòu)中占主體地位，2018年底全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到19億千瓦，其中煤電裝機(jī)10.1億千瓦，占比達(dá)到53%。當(dāng)前低碳綠色發(fā)展已成為時(shí)代主旋律，燃煤電廠節(jié)能降耗工作意義重大，綜合能效的提升能夠降低發(fā)電成本、提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)產(chǎn)生良好的社會(huì)和環(huán)保效益。

1 燃煤電廠技術(shù)特點(diǎn)

1.1生產(chǎn)系統(tǒng)

燃煤電廠按照朗肯循環(huán)的原理建立熱力循環(huán)，主要設(shè)備包括鍋爐、汽機(jī)、發(fā)電機(jī)三大主機(jī)及其附屬系統(tǒng)，另外設(shè)置輸煤、化學(xué)、除灰渣、脫硫、脫硝等輔助生產(chǎn)設(shè)施。燃煤輸送至鍋爐燃燒，將燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)化為蒸汽熱能，進(jìn)入汽機(jī)做功將熱能轉(zhuǎn)為機(jī)械能帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋０l(fā)電生產(chǎn)流程是能量傳遞和轉(zhuǎn)換的過(guò)程。

1.2 燃煤電廠技術(shù)特點(diǎn)

1.2.1 能源轉(zhuǎn)化效率低

燃煤電廠采用朗肯循環(huán)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)熱力循環(huán)，水蒸氣作為工質(zhì)，在整個(gè)熱力循環(huán)中工質(zhì)的熱能很大一部分被冷源損失掉。提高工質(zhì)初參數(shù)或者降低終參數(shù)可以提高熱力循環(huán)效率，由于目前金屬材料性能和技術(shù)條件的限制，熱力循環(huán)效率一般不超過(guò)50%。

1.2.2 能源消耗全部來(lái)源于煤炭

燃煤電廠是將煤炭燃燒的化學(xué)能通過(guò)傳遞轉(zhuǎn)化最終變?yōu)殡娔埽淠茉聪娜縼?lái)自作為燃料的煤炭，廠用電消耗是發(fā)電量中的一部分，同樣是由煤炭轉(zhuǎn)化而來(lái)。

1.2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備選型對(duì)能效水平影響很大

機(jī)組的容量、參數(shù)以及回?zé)嵯到y(tǒng)決定了循環(huán)熱效率，汽機(jī)型號(hào)與其內(nèi)效率直接相關(guān)，鍋爐選型影響爐效，其他輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)和選型都影響著能耗高低。電廠投產(chǎn)之后整個(gè)生產(chǎn)技術(shù)系統(tǒng)已經(jīng)固定，生產(chǎn)效率基本也固定，除非進(jìn)行技術(shù)改造和優(yōu)化升級(jí)，否則能效不會(huì)出現(xiàn)大幅度的提升。

2 燃煤電廠能效指標(biāo)

衡量燃煤電廠綜合能效的指標(biāo)是供電煤耗，即單位供電量的標(biāo)煤消耗量。供電煤耗則決定于發(fā)電煤耗和廠用電率這兩個(gè)指標(biāo)，發(fā)電煤耗越低、廠用電率越小，則供電煤耗越低。

2.1 發(fā)電煤耗

發(fā)電煤耗由鍋爐效率、循環(huán)熱效率、汽輪機(jī)內(nèi)效率和發(fā)電機(jī)效率綜合決定。影響鍋爐效率的因素有爐型、煤質(zhì)、漏風(fēng)率、燃燒調(diào)整、工質(zhì)泄漏等因素。與循環(huán)熱效率相關(guān)的因素有蒸汽參數(shù)、凝器真空、回?zé)岢槠?jí)數(shù)。汽機(jī)內(nèi)效率與機(jī)型、配汽、汽封、加熱器端差、管道效率汽水泄漏率等因素相關(guān)。發(fā)電機(jī)效率主要決定于設(shè)備本身以及冷卻方式。

2.2 廠用電消耗

燃煤發(fā)電廠廠用電消耗可以分為：鍋爐輔助設(shè)備電耗、汽輪機(jī)輔助設(shè)備電耗、輸煤系統(tǒng)電耗、化學(xué)系統(tǒng)電耗。鍋爐輔助設(shè)備電耗包括風(fēng)機(jī)電耗、制粉電耗、除灰渣電耗和脫硫電耗。汽輪機(jī)輔助設(shè)備電耗主要由循泵電耗、凝泵電耗、給泵電耗等組成。在廠用電消耗中，風(fēng)機(jī)、灰渣、脫硫、循泵、凝泵、給泵（電機(jī)拖動(dòng)）都是耗電量比率較大的設(shè)備。

3 燃煤電廠節(jié)能降耗技術(shù)

燃煤發(fā)電廠節(jié)能降耗工作的最終是針對(duì)供電煤耗指標(biāo)的下降。一個(gè)已經(jīng)投運(yùn)生產(chǎn)的發(fā)電廠中，各設(shè)備系統(tǒng)已經(jīng)固定，綜合能效水平上下浮動(dòng)的區(qū)間基本確定，通過(guò)運(yùn)行優(yōu)化和管理提升只能在一定程度上降低供電煤耗，但技術(shù)升級(jí)改造能夠階躍性地優(yōu)化提升生產(chǎn)系統(tǒng)能效水平，產(chǎn)生明顯的節(jié)能效果。本文結(jié)合近幾年火電廠節(jié)能降耗的技術(shù)措施，從技術(shù)改造升級(jí)和運(yùn)行優(yōu)化兩個(gè)方面分析研究，提出提升燃煤電廠能效的具體技術(shù)路徑。

3.1 技術(shù)升級(jí)改造提升節(jié)能降耗水平

燃煤電廠技術(shù)升級(jí)改造主要針對(duì)鍋爐和汽輪機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行，發(fā)電機(jī)以及電氣系統(tǒng)目前整體效率較高，很難通過(guò)技改進(jìn)一步提升效率，而鍋爐系統(tǒng)和汽輪機(jī)系統(tǒng)屬于電廠熱力系統(tǒng)，具有技術(shù)升級(jí)改造的可能性和能效提升的潛力。

（1）汽輪機(jī)綜合能效提升的技術(shù)改造

汽輪機(jī)綜合能效提升改造主要針對(duì)通流部分進(jìn)行技改，減少汽封漏汽、級(jí)間漏汽，提高中壓缸和低壓缸內(nèi)效率。對(duì)于主再汽水系統(tǒng)、疏水系統(tǒng)，采用高質(zhì)量嚴(yán)密性好的疏水門，減少泄露損失。采用低壓缸排汽通道優(yōu)化技術(shù)，安裝導(dǎo)流裝置優(yōu)化排汽流場(chǎng)，減少排汽渦流、均勻排汽流速，使凝器換熱管的熱負(fù)荷更均勻、熱交換能力能夠更好發(fā)揮，從而提高凝汽器真空。對(duì)于給水泵采用小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的，采用凝器與主機(jī)分開(kāi)設(shè)置的，能夠有效提升小汽輪機(jī)效率。

（2）主再蒸汽管道彎頭優(yōu)化

主再蒸汽管道如果存在90度彎頭則明顯增加阻力損失，造成主再蒸汽壓力降低，影響循環(huán)熱效率。將90度彎頭改為大角度彎頭，能夠有效減少蒸汽壓力損失，從而有效降到蒸汽節(jié)流損失和給水泵能耗。

（3）干除渣改造

我國(guó)燃煤電廠設(shè)計(jì)較多采用濕出渣系統(tǒng)，不僅耗水量大，耗電量也大，濕除渣系統(tǒng)耗電能夠達(dá)到廠用電比率的15%左右。而干除渣系統(tǒng)不耗水，耗電量極少，不到廠用電耗的1%，將濕出渣系統(tǒng)改為干出渣系統(tǒng)，能夠大幅度節(jié)約廠用電消耗。

（4）鍋爐吹灰汽源優(yōu)化

大型鍋爐蒸汽吹大多采用主蒸汽，通過(guò)減壓后作為吹灰汽源，這樣就浪費(fèi)了高品質(zhì)蒸汽，而將汽源改為再熱蒸汽，完全滿足吹灰蒸汽參數(shù)要求。這樣就節(jié)約了高品質(zhì)蒸汽，減少了汽水損失，并降低了吹灰系統(tǒng)故障率。

（5）空預(yù)器密封改造

空預(yù)器漏風(fēng)對(duì)鍋爐效率產(chǎn)生較大影響，進(jìn)行高效柔性密封改造，可以將漏風(fēng)率降低在6%以下，能夠有效降低排煙損失和風(fēng)機(jī)電耗。

（6）電機(jī)雙速或變頻改造

負(fù)荷變化需要調(diào)節(jié)的輔助設(shè)備有循泵、凝泵、閉冷泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備，采用變頻調(diào)速或?qū)﹄姍C(jī)進(jìn)行雙速改造，是節(jié)約電耗的有效措施。目前很多電廠將循環(huán)、閉冷泵改為雙速電機(jī)，將凝泵、風(fēng)機(jī)、輸煤皮帶等改為變頻調(diào)節(jié)，大大節(jié)約了廠用電。

3.2 運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整節(jié)能降耗

燃煤電廠運(yùn)行調(diào)整優(yōu)化對(duì)節(jié)能降耗產(chǎn)生積極影響，具體可采用如下技術(shù)措施：

（1）優(yōu)化“負(fù)荷—壓力”曲線。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定最優(yōu)的“負(fù)荷—壓力”曲線，尋找最佳的負(fù)荷與主汽壓力對(duì)應(yīng)關(guān)系，在負(fù)荷變化過(guò)程中，按照最優(yōu)曲線進(jìn)行控制，從而降低機(jī)組綜合能耗。

（2）優(yōu)化循泵運(yùn)行方式

根據(jù)不同季節(jié)和不同負(fù)荷，合理確定循泵運(yùn)行方式，在廠用電消耗和凝器真空之間尋找最佳權(quán)衡，保證最有利真空，實(shí)現(xiàn)綜合能耗指標(biāo)最優(yōu)。

（3）鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整

通過(guò)燃燒試驗(yàn)確定最佳煤粉細(xì)度;優(yōu)化鍋爐燃燒配風(fēng)和磨煤機(jī)運(yùn)行方式，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)確定最佳燃燒調(diào)整方式，提升鍋爐效率，并綜合考慮鍋爐輔機(jī)電耗、主再汽溫度，其最優(yōu)目標(biāo)是供電煤耗最低。

（4）操作尋優(yōu)系統(tǒng)

在發(fā)電廠集中監(jiān)控系統(tǒng)（SIS）系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)操作尋優(yōu)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)計(jì)算機(jī)組綜合能耗和各分項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，并能提出優(yōu)化調(diào)整策略，對(duì)運(yùn)行人員提供機(jī)組能效進(jìn)行有效建議和指導(dǎo)。

4 結(jié)論

供電煤耗反映了燃煤電廠能效水平，投產(chǎn)機(jī)組提效措施分為技術(shù)改造和運(yùn)行調(diào)整兩種。技術(shù)改造主要包括汽機(jī)提效改造、主再蒸汽管道彎頭優(yōu)化、空預(yù)器柔性密封改造、干出渣改造、吹灰汽源優(yōu)化、輔機(jī)雙速或變頻改造，運(yùn)行調(diào)整措施有“負(fù)荷—壓力”曲線優(yōu)化、循泵運(yùn)行方式優(yōu)化、鍋爐燃燒調(diào)整優(yōu)化、開(kāi)發(fā)尋優(yōu)操作系統(tǒng)等方式。燃煤電廠可以通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析，科學(xué)論證和選擇節(jié)能降耗的技術(shù)措施。

作者簡(jiǎn)介：岳偉斌（1979—），男，江蘇南京人，工程師、經(jīng)濟(jì)師，從事電廠生產(chǎn)和管理工作。