提高火力發(fā)電廠能源轉(zhuǎn)換效率的實(shí)踐舉措研究

國能寧陽生物發(fā)電有限公司 李 貞

我國能源問題日益突出，根據(jù)建設(shè)節(jié)能型社會(huì)需要出發(fā)，對(duì)提高能源效率提出了更高的要求。煤是一種不可再生資源，從實(shí)施和推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的角度出發(fā)，開展火電節(jié)能工作勢(shì)在必行。節(jié)約能源對(duì)于提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性具有重要的作用，對(duì)于整個(gè)國家都具有重要的意義。

1 火力發(fā)電廠發(fā)展現(xiàn)狀

我國電力設(shè)備相對(duì)落后，其耗電量遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國家。火力發(fā)電廠占全國裝備能力的大部分，同時(shí)消耗了大量的煤炭資源。

設(shè)備質(zhì)量差。很多火力發(fā)電廠沒有考慮環(huán)保性能，選擇低成本、質(zhì)量差的鍋爐裝備，導(dǎo)致鍋爐設(shè)備存在動(dòng)作不穩(wěn)定、故障率高、更換大等嚴(yán)重問題。還存在燃料燃燒效率低的嚴(yán)重缺陷。鍋爐后期零部件數(shù)量的增加，造成鍋爐的能源浪費(fèi)[1]。

煤炭質(zhì)量問題?；鹆Πl(fā)電廠的鍋爐主要是以煤為燃料，采用層狀燃燒煤，因此煤炭質(zhì)量決定著鍋爐燃燒效率。在我國供貨商提供給電廠的煤炭質(zhì)量很差，很多是直接供應(yīng)未經(jīng)處理的原煤，對(duì)部分分段加工，供貨商會(huì)在銷售過程中獲得更大利潤。把各種等級(jí)的原煤混合，作為混合物賣給發(fā)電廠。研究表明，入爐煤質(zhì)量很低，燃燒過程中產(chǎn)生的熱量達(dá)不到鍋爐設(shè)計(jì)值。分層燃燒時(shí)條件很差，鍋爐輸出效率很低，煤不能完全燃燒，造成了煤炭資源的大量浪費(fèi)，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。

鍋爐運(yùn)行問題。鍋爐運(yùn)行負(fù)荷率低是能耗的主要因素之一，煤質(zhì)不能滿足鍋爐運(yùn)行的要求，造成了選煤廠出口管道堵塞，導(dǎo)致選煤廠出力下降，鍋爐甚至發(fā)生爆炸，造成鍋爐設(shè)備受損嚴(yán)重，能源利用效率下降，能耗增加。

鍋爐維護(hù)水平不足。在鍋爐長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)，由于缺乏足夠的日常維護(hù)造成鍋爐內(nèi)爐渣沒有及時(shí)清理，表面爐渣持續(xù)增加，影響燃油燃燒效率，造成能量的浪費(fèi)。鍋爐因長(zhǎng)時(shí)間使用和維修工作或安裝工藝不當(dāng)，產(chǎn)生的一系列設(shè)備磨損和部件老化問題，運(yùn)行管理水平較低，無法檢測(cè)鍋爐實(shí)際運(yùn)行情況。有些操作員是憑經(jīng)驗(yàn)操作，沒有專業(yè)技術(shù)、也沒有對(duì)鍋爐運(yùn)行做出正確的判斷，鍋爐運(yùn)行狀態(tài)也不是最佳的能源利用狀態(tài)。

燃料消耗較大。鍋爐機(jī)組設(shè)備運(yùn)行中，很多電廠沒有采用等離子點(diǎn)火技術(shù)，因而電廠啟動(dòng)、停機(jī)時(shí)燃料消耗量也隨之增加。如鍋爐遇到汽輪機(jī)的定速、但電網(wǎng)接線準(zhǔn)備不充分，或鍋爐達(dá)到了脈沖旋轉(zhuǎn)參數(shù)而汽輪機(jī)無脈沖旋轉(zhuǎn)條件，則燃料廢棄率將提高。用來啟動(dòng)300MW機(jī)組需17噸燃料。在火力發(fā)電廠中，節(jié)能對(duì)提高經(jīng)濟(jì)效益是十分有益的。對(duì)燃料進(jìn)行科學(xué)管理可實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。全面科學(xué)合理的燃料采購、質(zhì)量檢驗(yàn)、腔體檢驗(yàn)安排，有利于節(jié)能[2]。

2 火力發(fā)電廠燃煤節(jié)能措施

正確制定節(jié)能計(jì)劃。各火力發(fā)電廠的情況各不相同，對(duì)火力發(fā)電廠的節(jié)能環(huán)境進(jìn)行分析，必須結(jié)合各自的實(shí)際情況正確制定有效的節(jié)能計(jì)劃和程序。制訂目標(biāo)節(jié)能對(duì)策，制定電廠特有的節(jié)能方案，達(dá)到科學(xué)降低能耗、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的；減少鍋爐燃油使用。不用時(shí)嚴(yán)格控制鍋爐的溫度和壓力?？茖W(xué)地利用渦輪旁路等方法，在不使用燃料的情況下降低渦輪缸溫，縮短了機(jī)組冷卻時(shí)間，降低了燃耗，方便了機(jī)組維修工作狀態(tài)。

優(yōu)化鍋爐傳熱效果。鍋爐的燃燒最終目的是達(dá)到傳熱性能，在鍋爐運(yùn)行過程中，傳熱的主要部件有過熱器、水墻、節(jié)能器等。水壁是鍋爐傳熱的重要組成部分，提高鍋爐系統(tǒng)輸出功率，達(dá)到優(yōu)化傳熱效果，僅保證其它傳熱組件正常工作，達(dá)到節(jié)能的目的；保證鍋爐密閉性能。鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)決定了火電的效率，若存在氣體泄漏或缺陷，鍋爐機(jī)組的整體能耗將明顯增加[3]。鍋爐泄漏是鍋爐最常見的一種缺陷，鍋爐自身密封不良或損壞會(huì)造成空氣泄漏。爐漏使?fàn)t膛壓力急劇升高，鍋爐在排氣過程中熱損失增大、感應(yīng)牽伸式風(fēng)機(jī)的電量消耗增大、鍋爐燃燒能耗增大。為防止鍋爐泄漏，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)鍋爐的檢查與維護(hù)，確保鍋爐始終保持良好的氣密性，并定期檢查鍋爐內(nèi)外部件，發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，出現(xiàn)鍋爐質(zhì)量問題需及時(shí)修理。

提高員工節(jié)約能源意識(shí)?？茖W(xué)管理燃料，加強(qiáng)員工節(jié)油技術(shù)培訓(xùn)，落實(shí)激勵(lì)措施，提高員工節(jié)油意識(shí)，做好節(jié)油工作。在鍋爐起?；虍惓＿\(yùn)行時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)開閉冷凝水。在鍋爐運(yùn)行過程中，要仔細(xì)檢查排污口和排污口，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、迅速采取有效措施，減少不必要的損失，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)；煙道廢氣廢熱的合理回收?？諝忸A(yù)熱器主要用于回收鍋爐煙道的余熱。加熱面位于鍋爐的邊緣，可回收鍋爐運(yùn)行中產(chǎn)生的煙氣余熱，提高了鍋爐的熱能利用率。注意管網(wǎng)的絕緣，熱蒸汽管道和其它加熱裝置能減少暴露在空氣中的熱量。為確保安全須加強(qiáng)管網(wǎng)的絕緣。選擇絕熱材料時(shí)要注意材料須具有優(yōu)異的隔熱性能和較低的導(dǎo)熱性，其機(jī)械性能不能在高溫環(huán)境中受到影響。為防止吸濕管道的腐蝕，需降低其表面附著力。管道選擇要注意盡量采用直徑最小的管道，可有效縮短運(yùn)輸距離，保持較小的壓力損失[4]。

圖1 火電廠節(jié)能減排綜合優(yōu)化模型

3 提高火力發(fā)電廠能源轉(zhuǎn)換效率的實(shí)踐策略

3.1 高溫氣熱參數(shù)

增加蒸氣初始溫度有利于提高熱經(jīng)濟(jì)性，初期溫度升高與氣體的釋放有關(guān)。蒸氣保留能力增加、減少蒸汽量意外泄漏。提高蒸氣的初始?jí)毫t排氣量升高，加重了濕氣的損耗和浪費(fèi)，可維持氣體量會(huì)積聚，會(huì)浪費(fèi)更多氣體。因此，需將蒸煮的時(shí)間控制在最低限度，確保蒸氣初始?jí)毫?，能較好地降低損失。改進(jìn)蒸汽參數(shù)已成為國內(nèi)外主要發(fā)動(dòng)機(jī)制造商追求的目標(biāo)，從亞臨界、超臨界機(jī)組到目前的超超臨界機(jī)組，國外還在不斷地進(jìn)行技術(shù)研究，使蒸汽溫度達(dá)到650℃[5]。但在蒸汽參數(shù)的每一步中，對(duì)鍋爐和汽輪機(jī)的材料質(zhì)量要求都很高，主機(jī)設(shè)備的成本也相應(yīng)增加。

降低汽輪機(jī)排汽參數(shù)。循環(huán)冷卻水溫度根據(jù)電廠的地理位置和氣候條件在一定范圍內(nèi)變化，限制了汽輪機(jī)排氣參數(shù)的下降。減少鍋爐煙氣排放所造成的熱損失。采用低溫節(jié)能器是提高高溫?zé)煹烂簹饫寐实挠行緩健Ｅ棚L(fēng)損失是鍋爐運(yùn)行中最主要的熱損失。國內(nèi)很多電廠鍋爐的排煙溫度都遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)值。本發(fā)明利用低溫節(jié)能器吸收排出的熱量降低排氣量，，節(jié)約能源，利用低溫節(jié)能器吸收排出的熱量，降低排出溫度，加熱回汽輪機(jī)。加熱器系統(tǒng)是汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)中替代部分低壓加熱器的重要組成部分，低溫節(jié)能器節(jié)約了部分再生抽汽，當(dāng)發(fā)電能力不變時(shí)可節(jié)省機(jī)組能耗。它是低溫節(jié)能器的最大特點(diǎn)，有別于普通節(jié)能器和回收廢熱鍋爐。

3.2 降低蒸汽的最終參數(shù)

降低最終參數(shù)對(duì)單元的影響。減少參數(shù)，熱循環(huán)效率將繼續(xù)提高、氣態(tài)水分增加。發(fā)電廠使用了各種各樣的水并將會(huì)消耗大量的水，造成無法估計(jì)的經(jīng)濟(jì)損失。為更好地利用地理環(huán)境，循環(huán)水選擇應(yīng)遵循節(jié)約資源、運(yùn)輸距離短等原則。蒸汽參數(shù)在火力發(fā)電廠運(yùn)行中又稱真空度，是影響燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)，能很好地反映系統(tǒng)壓力的實(shí)際值。

3.3 水蒸氣再熱循環(huán)

改進(jìn)熱機(jī)制造工藝，扭轉(zhuǎn)復(fù)雜度。蒸汽動(dòng)力循環(huán)主要用于火力發(fā)電和核能發(fā)電，在現(xiàn)實(shí)生活中動(dòng)態(tài)循環(huán)被用于工作。水蒸氣是不燃燒的，只能從空氣中吸熱，所以需要鍋爐設(shè)備。可利用太陽能、水能和地?zé)崮墚a(chǎn)生廢熱等能量。

3.4 使水流量恢復(fù)到熱循環(huán)狀態(tài)

汽輪機(jī)用于蒸汽熱循環(huán)，蒸氣的一部分送至供水加熱器的中央。從理論上講，廢氣再生系統(tǒng)是熱力系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。抽氣部分高溫氣體加熱鍋爐可降低低溫耗能，一種特定泵容量的蒸汽在完成工作后不被抽出來進(jìn)冷凝器時(shí)，冷水釋放熱量。避免高溫?zé)崃康睦速M(fèi)，采用點(diǎn)式可顯著降低能耗。與此同時(shí)，熱氣使水流受熱時(shí)水溫升高，所有工作都會(huì)產(chǎn)生熱損耗。

溫度適宜是受條件和技術(shù)資本運(yùn)用等一系列問題的影響限制，如被加熱的水流提高了溫度，將導(dǎo)致資源的消耗排放大幅度增加，鍋爐效率大幅度降低。連續(xù)加熱時(shí)還會(huì)增加鍋爐蒸發(fā)能力和高壓流量，盡管火力發(fā)電廠擁有能源，但水恢復(fù)得越多消耗的資源也就越多。因此須盡可能降低加熱器的性能要求并提高其性能。加熱器蒸氣飽和溫度及爐膛空氣溫度。表面加熱器可用高精度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到最大化，主部件連接在鍋爐和汽輪機(jī)內(nèi)部并與排氣管相連，氣體和熱回收系統(tǒng)、冷凝液系統(tǒng)、除氧系統(tǒng)、水泵聯(lián)系系統(tǒng)。排出裝置常用于排氣回收系統(tǒng)，又稱除氣裝置系統(tǒng)。

3.5 復(fù)合水熱回收循環(huán)

蒸汽技術(shù)也稱為再生循環(huán)，通過升華吸收熱的過程產(chǎn)生在肯循環(huán)的條件下，水蒸氣產(chǎn)生的能量以循環(huán)水為基礎(chǔ)的液化過程，以液化為主，鍋爐水溫為結(jié)露后的飽和溫度。電容器內(nèi)溫度很低，所吸收熱的平均溫度不高，利用排氣加熱會(huì)產(chǎn)生熱再循環(huán)。

3.6 溫差電循環(huán)系統(tǒng)

利用火力發(fā)電廠的低熱量熱能發(fā)展熱電聯(lián)用，為各種用戶提供能源，節(jié)省電力產(chǎn)生的能量，減少廢物，獲得最大經(jīng)濟(jì)效益。熱電聯(lián)產(chǎn)在輸送電力這段時(shí)間內(nèi)釋放的熱量會(huì)被用來加熱，不會(huì)造成環(huán)境污染，能耗比利用率超過50%，減少能源浪費(fèi)和損失。熱電并網(wǎng)供電系統(tǒng)最大的優(yōu)勢(shì)是節(jié)省成本。熱系統(tǒng)連接方式直接影響到節(jié)能器的經(jīng)濟(jì)效益、分析計(jì)算方法及運(yùn)行安全可靠。將低溫節(jié)能器與熱系統(tǒng)連接有很多種方案，實(shí)際上只有兩個(gè)連接系統(tǒng)。

低溫節(jié)能器與熱力系統(tǒng)串聯(lián)。在一個(gè)熱系統(tǒng)中，叫做并行系統(tǒng)。低溫節(jié)能器被分成兩級(jí)，分別位于第六和第七級(jí)低壓加熱器之間。首級(jí)設(shè)置于空中出口。在預(yù)熱器和電沉淀器入口之間的煙道內(nèi)，煙道氣體的溫度從123℃冷卻到105℃左右；二級(jí)配置在吸收塔入口，冷卻約110℃至95℃左右煙道氣體溫度。采用串行運(yùn)行方式，低溫節(jié)能器單元在VWO狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，由100%低溫節(jié)能器加熱的7號(hào)低供水口冷凝水，使冷凝水達(dá)到86.5℃。進(jìn)6號(hào)加熱爐。煙霧的溫度從123度降到95度。安裝低溫節(jié)能器后5號(hào)和6號(hào)低熱萃取蒸汽分別增加了0.394kg/s和0.606kg/s，而降低了5號(hào)和6號(hào)低熱萃取蒸汽的含量。當(dāng)中壓缸入口蒸汽參數(shù)不變時(shí)，汽輪機(jī)輸出功率由719.301MW提高到723.271MW，電量可增加3.97MW。

通過回收部分煙氣熱量，低溫節(jié)能器節(jié)約了煤，其經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)更加明顯。該煙道氣熱交換器回收的熱量約為23.68MJ/s。THA運(yùn)行條件下汽輪機(jī)熱消耗由7292kJ/kWh降至7254kJ/kWh，絕對(duì)效率提高了機(jī)組的0.26%。該廠的發(fā)電效率提高了0.24%，減少了1.4g/kWh的標(biāo)準(zhǔn)煤消耗。該單元也能產(chǎn)生3300kW的電力負(fù)荷。用電網(wǎng)供電的價(jià)格是0.436/千瓦，如每年等值運(yùn)行5500小時(shí)，各單位全年凈收益可增加791萬元。

使用低溫節(jié)能器，煙道氣系統(tǒng)電阻提高了大約800Pa，耗電增加了900kW/W。因?yàn)楦袘?yīng)牽伸式風(fēng)扇入口的煙道氣體溫度降低，其耗電量將減少約400kW/機(jī)組。在脫硫吸收塔的上游設(shè)置了低溫節(jié)能器，降低了進(jìn)入脫硫吸收塔的煙氣溫度。在吸收塔的情況下，將煙道氣體從入口溫度不含GGH為125℃降低到出口溫度時(shí)，需大量的水蒸發(fā)，進(jìn)口溫度越高蒸發(fā)越大。結(jié)果表明，采用GGH的脫硫系統(tǒng)其耗水量大約是GGH時(shí)的四分之三。與GGH相似的低溫節(jié)能器能降低煙氣溫度，節(jié)省脫硫系統(tǒng)的水分。通過對(duì)電廠兩臺(tái)不采用低溫節(jié)能器(及無GGH)脫硫系統(tǒng)的分析，初步計(jì)算表明該裝置耗水量約200t/h。采用低溫節(jié)能器脫硫系統(tǒng)所用水量約為150t/h。節(jié)水率約50t/h。以工業(yè)用水每噸工業(yè)用水0.5元計(jì)算脫硫系統(tǒng)用水，如每年等值工作5500小時(shí)，年節(jié)用水費(fèi)用為137500元。

綜上，通過有效的節(jié)能措施，可以減少火電的能耗，滿足能源需求，減少環(huán)境污染。需要大力改進(jìn)并不斷提高火力發(fā)電廠熱能量轉(zhuǎn)化效率，合理規(guī)劃電能，減少能源浪費(fèi)。