華能金陵電廠百萬機組的節能實踐

周 翔，馬巧春

(

1. 江蘇省電力設計院，江蘇 南京 211102，2. 華能南京金陵發電有限公司，江蘇 南京 210034)

華能金陵電廠百萬機組的節能實踐

周 翔，馬巧春

(

1. 江蘇省電力設計院，江蘇 南京 211102，2. 華能南京金陵發電有限公司，江蘇 南京 210034)

本文介紹了華能金陵百萬超超臨界機組設計、招標、基建施工過程中采取的一系列節能減排措施，并對這些節能措施實施效果進行了評估，首臺機組投產后TPRI的性能試驗結果表明：金陵＃1燃煤機組的主要經濟指標在國內已投產的百萬機組中處于領先地位。本文在借鑒已投運的玉環電廠、海門電廠基建及運行經驗的同時對金陵燃煤機組的下一步節能降耗工作進行了展望，并提出了的節能改造設想。

超超臨界；節能；1000MW。

1 概述

加強節能降耗工作是深入貫徹科學發展觀、落實節約資源基本國策、建設節約型和諧社會的一項重要措施，也是國民經濟和社會發展一項長遠戰略方針和緊迫任務。我國單位GDP的能源、原材料和水資源消耗大大高于世界平均水平。國家 “十一五”規劃建議提出，到2010年單位GDP能耗比“十五”期末降低20%左右。節能降耗是促進節約型社會建設，實現經濟社會全面協調可持續發展的必然要求。

華能金陵電廠二期工程是由華東電力設計院和江蘇省電力設計院合作設計，作為華能在建的第三座百萬電廠，該項目自立項伊始，就樹立了指標先進、技術領先的百萬等級超超臨界機組建設理念，充分實現高效、節能、環保的目標不僅是為國家作出貢獻，同時也是華能集團公司內在發展的要求，也是建設華能樣板電廠的必然要求。

2 工程概況

華能金陵電廠二期工程建設兩臺百萬等級高效超超臨界燃煤發電機組，采用1030 MW容量、27.46 MPa/605/603℃參數的單軸、一次再熱超超臨界機組。采用比較成熟的“哈－上－上”的主機配置，與國內首臺超超臨界百萬機組配置基本一致，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責任公司生產的超超臨界參數、變壓直流爐，雙切圓燃燒方式、固態排渣、單爐膛、一次中間再熱、平衡通風、半露天布置、全鋼構架、全懸吊結構Π型鍋爐(空預器拉出方式布置脫硝裝置)；汽輪機為上海汽輪機廠有限責任公司生產的超超臨界參數、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、八級回熱抽汽、凝汽式汽輪機；發電機由上海汽輪發電機廠生產，額定銘牌功率為1030 MW，冷卻方式為水—氫—氫，三相同步汽輪發電機，無刷勵磁。煙氣脫硫采用石灰石-石膏濕法脫硫，設GGH系統；煙氣脫硝采用選擇性催化還原法，還原劑采用液氨。電廠設計煤種為神府東勝煤。華能金陵電廠二期工程除采用了國際領先的超超臨界發電技術外，還在國內率先采用雙筒自立式鋼煙囪；采用了全封閉的圓型煤場；機組控制系統全面采用了現場總線技術，是國內第一臺數字化百萬機組；同時率先實現百萬機組的同步脫硫、脫硝。

3 設計階段的節能減排措施

3.1 汽機專業

⑴在主機確定階段充分應用超超臨界熱力發電技術，從以下方面選擇技術經濟性好的高效主機，保證汽機的熱耗率：

①借鑒國內超超臨界機組的成熟技術，將主機參數確定為26.25 MPa/600℃/600℃，為機組高效奠定了良好的技術基礎，該配置能進一步提高機組的發電效率，降低煤耗，減少一次能源的消耗量、有利于環境保護和節約資源；

②結合汽機結構及運行特點，采用過載補汽閥技術，提高了機組在實際運行負荷范圍內的效率；

③結合金陵工程具體地理環境條件，靈活理解國內國際技術標準，確定合適的主機夏季1030 MW工況點，減少過大的主機出力備用系數，提高機組在實際運行負荷范圍內的效率。熱耗率的最終保證值為7318 kJ/kWh。

⑵凝結水系統：在國內率先采用2×100%容量的凝結水泵＋配置一套變頻裝置的方案，降低廠用電量，減少運行費用。

⑶配套高效節能的輔助設備，采用節能減排的熱力系統。

汽動給水泵前置泵采用與主泵同軸布置，取消前置泵的電動機，利用給水泵汽輪機驅動前置泵。盡管主泵功率增加，用汽量增加，但省去了電動機功耗，廠用電可減少，減少了運行費用，提高了運行經濟性。

抽汽系統：合理布置疏水管道，減少疏水點；采用合理的疏水系統和疏水閥控制運行方式，減少熱量損失，提高熱效率。

加熱器疏水系統：低加疏水系統加裝低加疏水泵，將#6低加的正常疏水輸送至凝結水系統，改善回熱系統，提高機組熱循環效率。與逐級自流疏水相比，凝結水泵的設計容量因凝結水流量變小而變小，管系阻力降低，可較大降低廠用電，直接經濟效益可觀。

3.2 鍋爐專業

3.2.1 選擇合理的制粉系統本工程設計煤種及校核煤種的可燃基揮發份均高于30%，煤粉細度為R90=22%，制粉系統和磨煤機的選擇中的首要依據是煤質特性及其變化范圍，其中煤的揮發份和磨損指數又是主要因素。不同的煤種特性要求配備不同的制粉系統，制粉系統型式還要考慮與鍋爐燃燒器、爐膛型式相匹配，只有這樣，才能保證鍋爐性能穩定。結合本工程實際，專業人員經充分研究，最終選用較理想和經濟的中速磨正壓冷一次風直吹式制粉系統，磨機選用上重

HP1163Dyn，給煤機選用施陽施道克有限公司提供的EG3690。

3.2.2 合理選擇三大風機風量、風壓設計裕量

參考國內1000 MW等級機組的三大風機的風量、風壓裕量的取值以及國外有經驗的制造廠的有關設計導則，尤其玉環工程的投運經驗，對本工程三大風機風量裕量和壓頭裕量進行了適當的優化。優化結果為：一次風機采用動葉可調軸流式風機，風量裕量為40%，另加溫度裕量、風壓裕量為30%。經對一次風機電機軸功率進行了核算，選用功率為4000 kW的一次風機；送風機采用動葉可調軸流式風機，風量裕量為10%，另加溫度裕量、風壓裕量為30%，風機型號為FAF28-14-1，跳低一檔，玉環為FAF30-14-1。引風機采用靜葉可調軸流式風機，考慮到廠家投標的電動機擋數，最后確定風量余量為1.16倍，風壓余量為1.27倍，機組額定工況時一次風機、送風機和引風機運行點應處于高效區。

3.2.3 采用等離子點火系統

百萬等級發電機組在試運期間要經過鍋爐吹管、整定安全閥、汽機沖轉、機組并網、電氣試驗、鍋爐洗硅運行、機組帶大負荷運行等許多階段，此期間由于鍋爐無法投磨或無法完全斷油運行，因此要耗費大量的燃油。根據中電聯定額站電定定[2006]16號文規定，2臺1000 MW機組試運期間燃油消耗的標準定量為12914噸。本工程使用等離子點火系統直接點燃煤粉代替燃油，可以節省大量燃油，大規模地節約成本。

在機組啟動和低負荷試運期間投入等離子煤粉點火系統，電除塵器也可以正常投入，這將大大減少粉塵的排放，避免了環境污染和引風機磨損，給電廠帶來顯著的社會效益和經濟效益。

3.2.4 采用變頻供油泵

由于變頻器具有軟啟動功能，油泵啟動時將不具有沖擊電流，節省啟動時的能耗。當變頻泵工作時，將回油調節閥關閉，當油槍不用油或用油減少是，管路油壓上升，為了保持管路壓力穩定，通過DCS發出信號，降低電機的轉速，從而使管路壓力下降，直到與設定值接近后穩定在一定的轉速。由于功率P與轉速成立方關系，電機轉速的降低伴隨著能耗的急劇下降，從而實現較高的節能效果。本工程采用變頻油泵，可以顯著節約燃油系統熱備用打循環的電能消耗。

3.3 水工專業

3.3.1 循環水系統優化

循環水泵是耗能大戶，本工程首先對循環水系統進行冷端優化計算，選擇了最合理的循環水量。本工程循泵最終選型為：一臺1000 MW機組配二臺固定葉片循泵(進口葉輪)，擴大單元制運行方案。循泵采用高效節能的立式混流泵，最高效率可達到89%。

3.3.2 各種水泵節能措施

對工業水、生活水、煤場噴淋、回用水、化學水泵、原水提升等輸水系統的水泵增設變頻調速裝置，使供水量與用戶用水量很好匹配，有效節約運行能耗。部分水泵可根據工藝運行方式采用變頻調速控制；化水系統采用沉淀池替代傳統的機械攪拌澄清池，無需攪拌電動機，節省運行電費，節約能源。

3.4 電氣專業

3.4.1 合理選擇和使用變壓器

變壓器是電廠發電和配電系統的重要設備，其自身要產生較大的有功功率損失和無功功率消耗。選擇合理的接線方式、變壓器型式有利于節能降耗。

在本工程只設一臺檢修/備用變壓器和設置發電機出口斷路器，較常規設兩臺起動/備用變壓器可降低變壓器空載損耗40%以上，全年可節電約21萬kWh。

3.4.2 綠色節能照明在本工程中的應用

通過采用高效率的燈具、光源、電子鎮流器和節能電感鎮流器，并采取科學綠色的設計理念，不但能降低廠用電率，節約能源，同時還能給電廠帶來可觀的經濟效益。通過選用滿足綠色照明和照明節能要求的照明器材和光源，可以將整個發電廠的照明裝置總容量降低20%～30%，照明能耗降低20%～30%，大大降低發電廠的照明成本。

3.4.3 降低供配電線路線損

3.4.4 電除塵系統采用節能控制裝置

本工程電除塵系統采用節能控制裝置，在負載條件和排放完全一樣的情況下，可顯著減少電耗，節能50%左右，降低配套電源容量。節能控制裝置可使三相平衡供電、無缺相損耗、減少電網污染，提高設備效率和功率因數，有效克服反電暈現象，抑制火花電流沖擊。以百萬級機組配套電除塵系統而言，常規配置裝機容量5300 kVA以上，其功耗可達3300 kW，而采用節能控制裝置后，電耗可降低到1600 kW左右，相應配套電源容量也可大幅降低，其節能效果是十分顯著的。

3.4.5 合理選擇輔機和電動機型號

參照規程規范及國內其他電廠運行經驗，合理選擇輔機備用系數和電動機容量。匹配輔機設備及其驅動電動機之間的功率，避免“大馬拉小車”現象，提高電動機運行效率，降低廠用電率。

3.5 熱控專業

熱工控制系統采用現場總線技術，可較大程度減少電纜長度。采用現場總線之后較常規控制系統可減少45%電纜消耗量，且現場總線型儀表由總線供電，故較常規儀表功耗降低。本工程共設置兩個監控點：機組集控室和輸煤控制室。采取集中監控后對運行操作員要求較高，可適當減少運行人員數量。此外，控制室數量減少后，空調負荷也相應降低。

經采取一系列的節能措施后，金陵二期工程廠用電大幅度降低，節能降耗效果顯著，一般同類電廠廠用電率初步設計時的設計值為5%～6%，按目前已知資料，本工程初步廠用電率(含脫硫脫硝)為4.65%。與同類電廠設計比較值比較見表1。

4 施工階段采取的節能措施

金陵工程在施工及設備交安過程中，始終堅持把節能減排意識貫徹在設備招標、評標、各設計聯絡會中，注重選擇能耗指標低的輔機，注重在設計中選用優化的利于節能減排的設計方案，將節能減排的思想貫穿施工方案的制定及整個施工過程中：

表1 玉環、泰州、金陵電廠設計能耗指標比較

⑴鍋爐脫硝評標過程中，對于發標書中脫硝旁路的設置要求進行了充分的討論，取消了脫硝反應器SCR的煙氣旁路，提高系統設備的可靠性，同時保證了脫硝系統的持續運行，非常有利減少NOx排放。

⑵脫硝設計收口審查完成后，我廠于2009年3月底于哈鍋廠主持召開了華能金陵電廠二期工程脫硝系統審查會，邀請了華能系統及西安熱工院的專家對哈鍋所做的脫硝系統設計方案、委托丹麥FORCE公司所做的SCR流場試驗報告進行了審查，為脫硝系統的施工圖設計順利全面開展提供了保證。

⑶脫硝系統灰斗采用雙灰斗，為了保證投用后反應器催化劑的使用壽命，我廠技術人員對全國已投運及在建的脫硝系統進行了調研，最終確定脫硝系統入口煙道采用雙灰斗布置方案，即省煤器出口與SCR入口均設計灰斗，以保證投運后催化劑的使用壽命，保證脫硝系統投運后減排效果。

⑷對一次風測量進行了改進，充分汲取玉環等項目的運行經驗，對一次風測量系統進行了優化，一方面對磨煤機入口風道加裝均流裝置，請西安院專家進行均流裝置的計算、設計；另一方面對一次元件進行改進，由原笛形管改用防堵測量精確的多點文丘里測量裝置，以保證投運后一次風測量的準確性，降低一次風機電耗。

⑸加裝了熱二次風測量裝置，借鑒玉環電廠經驗，在空預器出口加裝了熱二次風測量裝置，采用背靠管在線測量裝置，改變了以往機翼型測量方式；且測點布置于空預器出口熱二次風母管，與送風機出口的測量數據相比精確度大大提高。保證投運后入爐二次風測量的準確性，可以有效降低送風機的運行電耗。

⑹對鍋爐爐頂密封進行改造，由普通的耐火澆筑料改用立體柔性密封技術，采用進口的高溫粘合劑和多層高密度陶瓷纖維將鍋爐本體漏風、漏灰部位密封起來，整個密封結構呈可塑性，動態吸收調整鍋爐發生的膨脹而不是硬性的抑制膨脹，不會發生因熱交變應力引起的開裂、漏風現象。減少爐頂漏灰，改善鍋爐運行、檢修環境；減少漏風降低送、引風機電耗。

⑺鍋爐專業制定了基建階段空預器漏風率控制的具體措施，與空預器制造、安裝、監理單位簽訂了責任狀，確保投運后空預器漏風率優于設計值。

5 節能效果

華能金陵電廠#1燃煤機組已于2009 年底投產發電后委托西安熱工研究院對機組進行性能考核試驗工作。本次試驗對所有考核項目進行了嚴格的考核，包括鍋爐最大連續出力、鍋爐效率、額定出力、空氣預熱器漏風率、NOx排放濃度、過熱蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度、風煙系統壓降、汽水系統壓降等。試驗結果如下：

⑴鍋爐最大連續出力試驗采用滑壓方式運行，實測過熱蒸汽流量為3068.3 t/h，過熱蒸汽壓力為25.97 MPa，過熱蒸汽溫度為592.3℃，修正至設計壓力、溫度下(機側)的流量為3118.3 t/h，達到了設計流量3100 t/h 的要求。試驗期間，減溫水投運正常，各級受熱面均無超溫現象。

⑵兩次 BRL 平行工況下的實測鍋爐效率分別為94.16%和94.02%，修正后鍋爐效率分別為94.05%和93.94%，平均效率為94.00%，達到了性能保證值94.00%。

⑶BRL 工況下，NOx排放濃度為220.7mg/Nm3(標態，O2=6%的干煙氣)，達到了性能保證值300 mg/Nm3(標態，O2=6%的干煙氣)，考核合格。

⑷BRL 工況平行工況下，A 側空氣預熱器漏風率平均值為5.60%，B側空預器漏風率平均值為5.97 %，達到了性能保證值6%(一年內)，考核合格。按照THA工況的熱耗率，1030MW負荷下的鍋爐效率，管道效率取98%和實測的廠用電計算發、供電煤耗。廠用電計算：脫硫脫硝系統投運，循環水泵按照一機兩泵進行計算。

表2 金陵煤機TPRI性能試驗匯總

6 節能打算及預期

為進一步摸底設備，金陵電廠準備對#1煤機進行節能診斷分析，探索設備運行狀況，保證機組安全高效運行。借鑒兄弟百萬電廠的運行改造經驗，金陵煤機初步節能改造方案如下：

⑴汽輪機高排通風閥改造

目前采用汽輪機廠設計的調節閥作為高排通風閥，調節閥存在一定的泄漏量，是造成汽耗高于設計值的主要原因之一，通過對高排通風閥進行改造，將使汽機熱耗達到設計值。

⑵降低鍋爐排煙溫度

目前鍋爐燃煤含硫量在0.6%左右，通常不高于1%，按此計算煙氣的酸露點不高于80℃，降低到設計溫度應不會造成空氣預熱器的低溫腐蝕與堵灰。因此，需從預防空氣預熱器堵灰及鍋爐運行經濟性兩方面考慮。在目前設備和燃煤條件下，通過在預留段加裝傳熱元件可降低10℃左右鍋爐排煙溫度，可降低供電煤耗約1g/kWh。

⑶增壓風機變頻改造(聯合風機及汽泵扡動的可行性)

本廠送風機和一次風機選用的是動葉調節軸流式風機，引風機和增壓風機均采用了靜葉調節軸流式風機，其結構簡單、耐磨性好、可靠性高、維修方便、制造和維護成本低。但其缺點是調節性能不如動葉調節軸流式風機，低負荷時運行效率較低。因此提高引風機和增壓風在低負荷期間的運行效率，是本廠風機節能的一條有效途徑。

⑷脫硫煙道加裝均流裝置，盡可能降低風機的流量和系統阻力。

7 結論

火力發電廠的節能減排工作是一個系統工程，燃煤火電廠建設、運營是消耗巨大能源和污染物排放的特殊過程，在工程規劃、設計、施工、生產全過程都應充分考慮節能降耗。要摒棄以往注重投運后對標挖潛、技術改造，輕節能規劃、節能設計的現象。在規劃設計初期，重視投資產出比，加大節能投入，促進節能減排新成果的應用，確保華能新投產機組的指標先進，減少機組投入商業運行后的技改投資。

[1]王麗英，張微，丁杰康．空氣預熱器的漏風改造及其節能分析[J]．實用節能技術，2002，(3)．

[2]曲躍倫．鍋爐風機節能降噪技術的應用[J]．機械工程與自動化，2004，(3)．

[3]清華大學熱能工程系熱能工程教研室．鍋爐原理及計算[M]．科學出版社，1985．

[4]李恩辰．鍋爐燃燒原理與燃燒設備[M]．電力出版社，1995．

[5]劉家鈺，肖興和．火電廠主要輔機節能技術的研究[J]．中國電力，2004，29(9)．

[6]高洪峰，張敦力．變頻器在鍋爐控制系統中的應用與節能效果分析[J]．節能環保，2005，(3)．

[7]林萬超．火力發電廠熱力系統節能分析[M]．水利電力出版社，1987．

[8]林萬超．火電廠熱系統節能原理[M]．西安：西安交通大學出版社，1994．

[9]申永洪．電廠2*600MW機組供油泵變頻節能改造[J]．電工技術，2009，(5)．

Energy Saving Practice of the 1000MW Ultra-Supercritical Units in Huaneng Jinling Power Plant

ZHOU Xiang, MA Qiao-chun
(1. Jiangsu Electric Power Design Institute, Nanjing 211102, China;
2. Huaneng Nanjing Jinling Power Generation Co.Ltd., Nanjing 210034, China)

This article introduced a series of energy reduction measures during the procedures of the design, tendering and infrastructure construction of the 1000MW Ultra-Supercritical Units of Hua Neng Jinling power plant, evaluated the implementation effect of these measures. The TPRI performance testing result after the fi rst units launching showed that the main economic indicators of Jinling ＃1 Fuel Units took a leading position in launched domestic 1000MW Ultra-Supercritical Units. This article took examples from launched Yuhuan Power Plant and Haimen Power Plant in infrastructure construction and operation. At the same time, it looked into the future of the next energy conservation and consumption reduction work of Jinling ＃1 Fuel Units, and put forward the idea of energy conservation and reconstruction.

ultra-supercirical (USC) units; energy saving; 1000MW.

TM621

B

1671-9913(2010)06-0038-06

2010-11-04

周翔(1979- )，男，工程師，主要從事電廠規劃設計研究工作。