大型火电机组能耗现状与节能措施

大型火电机组能耗现状与节能措施

本文在分析中国大型发电机的能耗现状和能耗方面存在重要问题。本文从机车效率、锅炉效率、科学技术、厂用电率、节能技术软件管理等方面分析了中国大型发电机的运营问题，揭示了提高大型发电公司工作效率和进行能耗改造的主要方法和途径。介绍了节能分析体系的建立、减少气压调节的措施以及建立和关闭气压井的具体建议和措施。同时，强调了当前能耗的必要性，包括规划优化、经济发展、技术节能、燃料管理和其他节能措施的重要性。介绍未来节能技术。1目前，我国火力发电运行中存在诸多问题1.1提高石油资源质量,节约点火和低负荷投油稳燃过程中的在燃料油使用的必要性影响锅炉效率的因素有排烟温度、飞灰可燃物、炉膛出口含氧量、空气预热器漏风率、炉底灰渣可燃物、锅炉保温等。1)燃煤机组普遍存在锅炉受热面结焦沾污严重,吸热量减少,锅炉排烟温度偏高现象。2)我国火力发电机组的点火启动以及低负荷投油稳燃过程需要消耗大量的石油资源。据初步统计,2007年我国全年耗油量约为1800万吨,其中锅炉点火启动及低负荷投油稳燃用油量约为900万吨。随着新机组的陆续投运,燃油消耗还会不断增加。节约锅炉点火和低负荷投油稳燃过程中的用油势在必行。表1显示了我国2005年火电厂油耗情况。1.2热耗率的提高影响汽轮机效率的因素主要有凝汽器真空、主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、高中低压缸效率、配汽机构方式等。目前,主要存在凝汽器真空低、高压缸或低压缸效率低、以及某些机组采用调节阀单阀运行影响效率等问题。1)对于新投产机组,大多数汽轮机考核试验热耗高于设计热耗,主要原因在于理论设计与实际产品之间的差距、汽轮机动、静部件的制造加工误差、安装间隙裕量过大、工质泄漏等。因此此类机组提高汽轮机效率的唯一途径,只能是保证合理的通流间隙和杜绝汽轮机本体疏水阀门泄漏。对于投运多年的老机组,汽轮机通流部分改造是提高机组效率的有力措施。总体来看,整机改造后机组效率可提高4个百分点以上,热耗率下降500千焦/千瓦时以上,出力可增加5-10%左右。2)汽轮机冷端系统诸如凝汽器与真空系统、循环水系统、冷却塔等也会大量消耗机组热负荷,如果能加强运行管理理、或进行适当的检修或技术改造,实施冷端系统参数优化调整,其产出投入率会非常高,总收益也会相当可观。1.3热力试验对机组的影响分析火力发电机组中的锅炉负荷、省煤器出口氧量、各二次风挡板开度、燃尽风挡板开度、燃料风挡板开度、煤种特性、各磨煤机给煤量、炉膛与风箱差压、一次风总风压、燃烧器摆角等各种热力运行参数的变化都能不同程度的影响机组的负荷以及能耗的变化,因此对火力发电机组进行相应的热力试验可以极大的提高机组的安全经济运行从而降低能耗。1.4率普遍偏高2.5%左右的原因目前国内大多数电厂的厂用电率偏高,新建发电厂运行时厂用电率普遍偏高2%-5%左右。发电厂厂用电主要包括输煤、除尘、脱硫、送风机、引风机、一次风机、磨煤机、循环水泵、凝结水泵等。其次厂用照明系统大量消耗电能也是厂用电率居高不下的原因之一。1.5经济节能分析体系我国火力发电企业以前采用粗放式技术管理,缺乏有效的一整套的发电机组技术经济节能指标分析体系;重大设备技术设计以及采购上存在忽视节能要求的现象,使辅机等设备具有极大的设计裕量导致很大的节流损失;缺乏一系列的对运行、检修人员的节能技术水平和操作水平的培训和竞赛活动,极大的浪费了资源和能源。2关于减少污染的技术措施针对以上几个主要问题我们提出了以下的几点火力发电厂节能降耗的技术措施。2.1降低投油速度,提高燃烧效果提高火力发电机组的锅炉炉效,同时加强管道的保温,提高管道传热效率。降低热耗提高循环效率,积极、及时地对主辅机进行改造,确保系统无负压泄漏,进行锅炉受热面、燃烧器等主辅设备的技术改造并要及时调整燃烧和辅机运行,减少锅炉各项损失,特别是排烟损失和机械不完全燃烧损失。主要采用的有效技术如下:1)改造现有油枪,降低油枪耗油量。采用先进的节油技术,进行锅炉节油改造。当前普遍采用的是锅炉燃烧器和小油枪改造,已收到较好的节油效果。比较前沿的是等离子点火技术(还没普遍推广),一旦普遍推广,燃油消耗将大幅下降。以德州电厂油角改造为例:德州电厂660MW机组锅炉存在油枪点火困难、燃烧不稳以及火检探头信号不强的问题。技术人员根据现场设备运行情况对油角设备进行了技术改造:对磨损严重或脱落的一次风喷口内的均流锥进行了更换;采用新型的DS旋流分级燃烧器;对烧损变形、发生偏斜的燃烧器喷口及时进行了修整和校正以防止燃烧器喷口处燃烧火焰发生偏斜而引起燃油不完全燃烧;调整雾化蒸汽压力及温度、二次风量、燃油压力使风油比达到最佳匹配关系,控制燃油压力0.8Mpa、雾化汽压力0.8Mpa、雾化汽温度280℃左右、中心风档板开度在投油时期自动调节到45%的开度确保投油时拥有足够的燃烧风量。提高油枪的燃烧效率:(1)正确选择油枪的容量,不宜为增加燃烧强度而选择大容量的油枪。(2)选择好的油枪喷雾头,增加燃油雾化能力,保证燃油与空气接触良好,提高燃烧效率。(3)燃油压力与喷头设计压力很好地匹配,如果油压偏离喷头设计压力,则油枪雾化效果将大大降低。(4)注意启动过程中风量的调节,如果风量大于燃油所需的空气量,则会多带走热量,从而增加燃油的用量。德州电厂660MW进口火电机组以前平均每台机组冷态启动一次需耗油300t左右、年消耗2400t燃油,经实施以上技术改造措施,缩短了机组点火投油燃烧的时间并提高了投油点火燃烧的成功率,极大的改善了德州电厂投运时频繁投油点火的状态。现在山东华能德州电厂660MW机组的冷态启动耗油量减少到每次平均120t左右,年均点火用油800t左右,极大的节约了燃油。2)对磨煤机系统进行硬件改造,提高其安全运行时间降低故障停运时间并避免磨煤机经常切换及修改简化磨煤机启、停步骤,删除一些不必要的步骤,将磨煤机启、停时间在没有安全隐患的情况下尽可能的缩短。就能够非常有效的节约电能的损耗。同时应减少不必要的一些磨煤机跳闸的条件,减少磨煤机启动后最低煤量值,改善配风以优化煤粉燃烧状况,减少不完全燃烧带来的火焰上移。最初山东德州电厂两台660MW进口火力发电机组平均每台每月低负荷助燃过程消耗燃油80t左右,年消耗约900t燃油,在一定程度上严重影响了机组的经济效益。经实施以上磨煤机系统节油措施,提高机组全煤燃烧的稳定性后,减少了德州电厂投油助燃的时间,现在德州电厂660MW机组在日常运行中,启磨后不再消耗燃油,低负荷助燃每月消耗燃油不到30t,年平均助燃油消耗约360吨,节油效果显著。3)送风机、引风机、一次风机三大风机传动装置高压变频调速改造,以前多采用定速运行风机,当机组在低负荷运行时,节流损失增大,造成电耗损失变大。将三大风机传动装置改用高压变频调速,能够极大的节约厂用电并保证锅炉经济燃烧的空气比。4)锅炉空气预热器系统节能改造。我国在役的20万千瓦机组的空预器漏风率在20%左右,30万千瓦以上的机组空预器漏风率有时候达到15%。漏风增加使送、引风机和一次风机的耗电量增加;严重时还会影响燃烧稳定性和锅炉负荷;同时空预器的漏风会造成锅炉排烟热损失的增加,致使锅炉热效率降低。为了降低空预器漏风,近几年国内一些电厂对空预器进行了改造,取得了良好效果。目前,空预器改造的方式主要有3种:整体更换空预器、采用新型双密封系统对空预器密封系统进行改造、采用局部改进现有密封方式的方法。一般进行空气预热器改造,可以使漏风率下降8%左右,折合煤耗下降2克/千瓦时左右。2.2提高蒸汽机的性能2.2.1其他工业设计技术新投产机组,大多数汽轮机考核试验热耗高于设计热耗,此类机组提高汽轮机效率的途径,一般是保证合理的通流间隙和杜绝汽轮机本体疏水阀门泄漏。对于投运多年的老机组,汽轮机通流部分改造是提高机组效率的有力措施。通流改造采用的技术主要有:1)可控涡设计原理和全三维的计算方法;2)新型叶栅出汽边厚度减薄,减少汽流尾迹损失;3)高压缸隔板喷嘴分流叶栅技术,以分流叶栅取代原有加强筋结构型式;4)叶片弯扭联合成型技术;5)湿蒸汽区或低压缸中采用蜂窝状汽封;6)布莱登汽封技术,减少高、中压缸通流和轴封漏汽量;7)自带冠状叶片,城墙式多齿汽封;8)隔板径向汽封;9)取消部分级次拉筋,减少绕流损失。在山东德州电厂通流改造经验的基础上,对通流改造后易出现的问题提出了以下相关建议:1)容易造成加热器疏水自流不畅,加热器易满水;2)给水泵汽轮机的耗汽量增加,正常的四抽难以满足要求;3)改造后,推力轴承推力的方向与大小和设计相比有明显改变,容易造成推力轴承温度偏高。建议结合通流改造对其真空系统进行改进,以提高夏季机组真空度;对回热系统和加热器疏水系统实施改造避免加热器疏水自流不畅、易满水故障;对锅炉给水系统进行优化改造使再热器压损、给水压力较改造前明显降低;对锅炉给水泵系统进行改造,进一步减少小汽机的耗汽量;对其自动主汽门和高压调门都进行相应的优化,在保留原阀壳体的基础上,更换其它部套部件,目的是降低主汽门及调门的进汽压损。山东德州电厂通流改造后效果如表2所示。2.2.2运行台数、凝汽器和真空系统运行维护针对汽轮机冷端系统进行适当的检修或技术改造,实施冷端系统参数优化调整,其产出投入率会非常高,总收益相当可观。冷端系统优化主要有:1)循环水系统运行优化。即根据机组负荷、环境温度下的最佳汽轮机背压,确定循环冷却水的流量,也就是决定循环水泵的运行台数。需注意的是不能为了降低厂用电而在不该停运循环泵的情况下减少循环泵的运行台数。2)冷却塔优化设计和有效的维护。引起出塔水温升高的原因主要有:冷却塔内填料损坏和除水器结垢、喷嘴脱落或堵塞,经调研30万千瓦机组三项损失共同作用的结果导致出塔水温升高1.5℃,将使机组年多耗标准煤1000吨左右。因而要重视冷却塔设备维修、加强运行工况的监督,冷却塔换热性能。3)凝汽器与真空系统运行维护。影响凝汽器性能的主要因素有:真空严密性、附加热负荷、冷却水流量、冷却水温度、传热端差、凝汽器清洁度等。30万千瓦机组凝汽器压力上升1千帕将导致发电煤耗上升2.5克/千瓦时左右。建议通过灌水检漏等提高机组真空严密性;正常投入凝汽器胶球清洗装置,保证凝汽器的清洁度;供给凝汽器足够的冷却水流量;治理汽轮机疏水系统的阀门泄漏,减小凝汽器附加热负荷。2.3加热系统的监控和优化进行相关热力试验以及采用一系列热力系统监视系统使机组在最经济工况运行提高机组节能的潜力。2.3.1煤粉管道的组成对热风送粉的中储仓制粉系统,采用温度法(热平衡法)测量煤粉浓度获得了很好的效果,其原理为:煤粉和输送气体之间存在较大的温度差,在给粉机下游进行热交换,测量煤粉、输送气体和完成热交换后的煤粉空气混合物的温度,通过热平衡计算即可获得输粉管道中的煤粉浓度。对于直吹式制粉系统的煤粉管道,可以认为是空气夹带着煤粉(即气固两相流)在铁制的薄壁管中流动。如果把粉管当作波导管,则波导管的传导特性仅依赖于管内绝缘材料的多少,也就是依赖于管内的固相浓度的大小。利用波导管原理,在煤粉管道外壁装设探针,探针经过电流激励,产生的电磁波在煤粉管道内的气固两相流中传播,电磁波的衰减和其他特性的变化依赖于管内的固相浓度的大小。通过探针的检测,并与输入的电流激励相比较,则可以获得正确的固相浓度值。2.3.2改进的遗传算法这类监测系统主要是应用人工神经网络和遗传算法进行模拟计算。人工神经网络是由大量的简单处理单元连接而成的自适应非线性系统,可以模拟人类大脑神经网络结构和行为,具有高度的非线性,从大量存在的知识样本中,通过学习,不断完善、发展和创新。遗传算法受生物进化学说和遗传学说启发而发展起来,基于适者生存的理论,是一种较通用的问题求解方法,其优势是目标函数不需要明确的数学方程式和导数表达式,是一种全局寻优算法,不会像某些传统算法易于陷入局部最优解。将锅炉负荷、省煤器出口氧量、各二次风挡板开度、燃尽风挡板开度、燃料风挡板开度、煤种特性、各磨煤机给煤量、炉膛与风箱差压、一次风总风压、燃烧器摆角等运行参数作为神经网络的输入向量,将飞灰可燃物含量作为神经网络的输出,建立神经网络模型。锅炉热效率作为因变量,锅炉的各操作参数和煤质特性作为自变量,利用遗传算法进行寻优计算,获得最佳的锅炉运行条件,实现锅炉热效率的最大化和低NOx燃烧的优化运行指导。2.4工厂的电压降低2.4.1交流交流系统故障下系统交流电动机变频调速是在现代微电子技术基础上发展起来的新技术,它的特点是调速平滑,调速范围宽,效率高,特性好,结构简单,机械特性硬,保护功能齐全,在生产过程中能获得最佳速度参数,是理想的调速方式。在变频调速中使用最多的变频调速器是电压型变频调速器,由整流器、滤波系统和逆变器三部分组成。在工作时,首先将三相交流电经桥式整流器整流为直流电,脉动的直流电压经平滑滤波,在微处理器的调控下,用逆变器将直流电再逆变为电压和频率可调的三相交流电源,输出到需要调速的电动机上。由电工原理可知电机的转速与电源频率成正比,通过变频器可任意改变电源输出频率,从而任意调节电机转速,实现平滑的无级调速。变频调速技术的优势在于:节能效果显著,一般情况下可以节能约30%;电机转速降低,减少了机械磨损,电机工作温度明显降低,检修工作量减少;电机采用软启动,启动电流从零逐渐上升到额定电流值,不仅节能,而且不会对电网造成冲击。变频调速技术在工业发达国家已被广泛采用,在我国也是国家重点推广的节电新技术。在风机、水泵等大型电机上采用变频调速,必将产生良好的节能效果。2.4.2节能照明技术照明用电量虽然占发电量的比例不大,但也相当可观,对电厂照明系统的改造并推广新型照明灯具和自动照明技术也是节能工作的一部分。为尽可能节能,应请一些专业节能照明设计单位根据测试数据设计,尽量避开管道和设备的遮挡,做到既满足设备工作照明需要,又不浪费资源和电能。新型照明灯具的发光效率比普通白炽灯高5~10倍,平均使用寿命长10~15倍。采用高效长寿命灯具,可以达到节能效果。在发电厂推广节能照明灯具时,高频无极放电灯和半导体发光二极管这两种新型照明灯具值得使用。自动照明是指利用光电技术或电子定时器,根据实际明暗程度或白昼变化情况,自动启停所控制的照明回路,实现无人开关照明灯具,克服因人为因素而造成的充足亮度开灯或白天开灯的浪费现象。2.5运行优化管理针对目前我国火电机组的设计制造、辅机选型、安装、调试以及软件系统运行时出现的一些问题,提出加强软件控制管理的一些的意见。1)机组设计制造与参数选择及技术改造时应在机组设计制造与参数选择方面上应优化标准设计,重视节能措施。辅机选型匹配问题主要是辅机设计裕量很大,导致很大的节流损失。投产后进行节能改造,而有的改造效果并不理想,严重地降低了机组经济性。建议在设计辅机选型时需尽量防止设计院、业主和制造厂层层加码,要求辅机制造厂设计时改善80%负荷工况下的设备性能,提高电厂部分负荷下的运行效率。2)电厂投入成熟的节能降耗在线监测指导系统、运行优化系统,指导运行操作。例如:建立辅机在线优化运行软件,通过改变辅机运行方式,提高辅机效率和降低流道阻力,可降低厂用电率。使节能工作走上精细化管理的道路。3)对电厂各个专业控制系统的计算机软件系统诸如热工DCS控制系统DEH系统等的自动保护、顺序控制以及数据采样等逻辑软件进行优化,删除不再使用的逻辑页以及数据测点。电厂各专业技术人才联合专业计算机软件人才采用软件系统工程方法对电厂中各系统计算机软件系统进行系统优化、精简软件程序、去除不再使用的入口硬接线、控制处理卡件,技术优化改造电厂MIS信息网并加速计算机系统通讯设备的传输率。这样改造后的软件系统就能加快系统的计算处理、通讯速度并减低系统工作负荷从而减少系统电能的损耗、系统的发热量并延长系统的DPU、卡件及通讯光纤及电源卡和电脑的使用寿命。4)提高运行人员的技术水平。如何处理好机组安全运行和优化运行之间的关系,就需要操作人员有一定技术水平。加强技术培训,提高运行人员的技术水平和操作水平,根据发电负荷,勤操作、勤调整、相互密切配合,使机组运行在最佳状态。3余热利用型主要介绍最近最新的节能技术的发展及应用情况。1)整体煤气化联合循环技术(IGCC),联合循环、效率高且提高的空间大,可实现近零排放可处理高硫煤和高硫燃料并和煤制氢、煤制油、FC等组成更先进的能源多元化生产系统。2)模糊控制算法与神经网络学科在火电厂中的应用具有非线性、自组织、自学习特性,可以在输入输出数据的基础上,不依靠机理而实现输入输出间的映射。可计算一些难以用数学模型描述的对象并且简化计算过程对设备的性能和参数进行分析和计算,对运行参数实行控制等,使节能降耗走向精确的量化分析。3)热电冷三联产的技术。热电冷联产系统是在热电联产系统的基础上加上吸收式制冷机组而合成。燃料在锅炉中产生的高温高压蒸汽,带动汽轮发电机组发电,做功后的低品位的汽轮机抽汽或背压排汽用于供热,同时作为吸收式制冷机的热源,使吸收式制冷机产生冷冻水,供应给用户。热电冷联产系统的能源利用率可达到70%以上。4)锅炉排烟余热回收利用新技术。可