低碳經濟形勢下提升燃煤發電企業節能降耗對策

王雙童

（國電科學技術研究院，江蘇南京210031）

節能減排是我國的一項重要國策，也是火電企業降本增效，提升企業競爭能力的一項重要舉措。目前燃煤電廠已通過細化節能管理、優化設備運行、推進節能改造，取得明顯的節能減排效益；但隨著節能減排工作深入推進，企業繼續深化節能降耗工作,已是擺在各燃煤電廠面前的現實問題。

1 燃煤電廠面臨的困難

1.1 火電機組利用小時數大幅下降

首先各大集團大規模擴容，火電機組的超前發展，電網裝機的富裕量也越來越大，造成機組利用小時數大幅下降；其次國家調整能源發展戰略，優化能源結構，把天然氣、水電、風電、太陽能、核電等優質綠色電力作為能源開發的重點，影響到火電機組利用小時數的下降。

1.2 電煤價格不斷攀升和煤質嚴重劣化

由于煤碳市場出現了供不應求的局面，使電煤價格不斷攀升，更為嚴重的是電煤質量嚴重劣化，且煤質變化幅度大，嚴重影響火力發電廠的安全運行、環保排放和生產經營成本。

1.3 節能減排的環保要求越來越高

目前燃煤機組均投用脫硫系統，隨著環保的要求的提高，排放指標2015年長三角、珠三角、京津冀（環渤海）地區的部分重點省市的SO2排放要求不大于200 mg/（N·M3），并且提出燃煤機組要增加脫硝系統，因此環保壓力越來越大，環保投入的增加勢必增加發電生產成本。

2 持續提升節能降耗工作的指導思想

目前燃煤電廠面臨的現實困難是前所未有的，發電燃煤質量的下降，價格上漲；發電設備利用小時數下降，上網發電量減少，使發電企業的進出兩頭受擠壓。在發電生產利潤空間幾近為零，甚至為負的今天，如何降低生產成本，扭轉被動局面，保持和提升企業效益，節能挖潛顯得更重要。因此在響應國家節能減排國策的同時，企業節能增效也勢在必行。

為此燃煤電廠在今后持續提升節能降耗水平的工作中可遵循以下指導思想：

（1）最大限度降低機組各系統的阻力；

（2）充分降低系統中各設備的裕量；

（3）確定各設備不同工況下的高效運行區域；

（4）持續優化低負荷的機組運行方式；

（5）持續將設計值作為最基本的對標手段；

（6）最大限度提高設備可靠性。

3 提升燃煤電廠節能降耗水平的措施

火力發電企業要從思想上徹底改變傳統的機組運行額定負荷及燃用設計煤種的觀念，開展運行方式和發電設備的優化調整，進行相應設備的必要改造，以適應可持續的發電環境，并做好防止進一步惡化的應對措施，做到適者生存。

3.1 創新節能管理這一最基本的抓手

（1）建立以指標為中心、以標準為依據、以計量為手段的節能監督體系，監測、分析影響發電設備經濟運行的重要參數、性能和指標，在全廠耗能設備及系統的設計、安裝、調試、運行、檢修、技術改造等各個環節開展設備優化、系統優化、運行優化、指標優化，使全廠的煤、電、油、汽、水等消耗指標都達到最佳水平。

（2）落實生產指標責任制，實行以“定量為主，定性為輔”的考核手段，按部門職責將指標分類、分解，廠部分解到部門，部門分解到班組，班組分解到個人；年分解到月，月分解到天；做到人人有指標,個個擔責任。

（3）對主要生產指標采取日跟蹤、周分析、月總結、專題分析相結合，通過分析、評價和總結，及時發現生產指標、設備、系統及運行方式等方面存在的能耗問題，并針對問題研究制訂行之有效的整改措施，并督促完成整改，形成閉環管理。

（4）持續開展對標管理，通過與設計值、廠內機組間、本機組歷史最優值、同區域機組、行業內機組比對，正確認識與先進水平的差距，明確節能工作的重點方向和存在的潛力。

（5）充分發揮“節能合理化建議”活動的作用，激發員工的潛能，多為企業節能降耗獻計獻策，從而使企業和員工雙贏。

（6）適時開展優化試驗、診斷試驗、能量平衡試驗，及時指導生產，為節能降耗提供科學依據。

3.2 持續以新技術優化設備和系統

在創新節能監督管理和優化運行方式的同時，大力應用新技術、新方法、新工藝、新材料來優化設備和系統是節能降耗技術支撐的關鍵所在。

3.2.1 汽機設備及系統

為提高汽機在低負荷運行的經濟性，汽輪機制造廠均推薦采用定—滑—定運行方式，并提供了相應的滑壓曲線，但對于各機組其噴嘴組的結構、配汽機構閥門重疊度、控制系統及蒸汽參數等均有差異，因此必須根據本機組特性對制造廠推薦的滑壓曲線進行優化，盡量減少調門的節流損失，尋找機組低負荷滑壓合理的閥位點，以指導運行人員進一步提高機組的運行經濟性指標。

同時根據試驗結果分析研究噴嘴組是否存在優化的潛力，進行更換新型噴嘴或調整噴嘴組的數目，以保證機組在低負荷運行時合理的閥位和閥門重疊度，減少噴嘴組的節流損失。

對于大型汽輪機，在機組的效率總損失中，40%是由于汽封間隙過大所引起的，主要表現在隔板汽封、動葉頂汽封、軸端汽封、中間過橋汽封等，因此漏汽損失已成為影響汽輪機效率的主要因素，為此在機組檢修中各廠都將調整汽封間隙和更換新型汽封作為提高機組經濟性的必要手段。新型汽封技術又以自調整汽封、刷式汽封、蜂窩式汽封、接觸式汽封以及鐵素體汽封等為主，各廠應根據本廠機組的特性及實際狀況，選擇合適的汽封進行提效改造；而改造后提效結果的關鍵在于汽封是否調整到最小間隙，而汽封能否調整到最小間隙關鍵在于機組的振動狀況，因此，一些廠在進行新型汽封改造時往往忽略了機組的實際振動水平，致使機組改造后由于振動原因不能正常啟動，再揭缸調大汽封間隙才能正常啟動，改造后效果不明顯。對于振動大的機組一定要先處理振動再進行汽封改造；對于尚不能徹底處理的振動，汽封改造時一定要充分考慮振動大軸承的軸封、汽封間隙。

對于汽輪機尚存在較大的節能潛力是來自冷端，目前濕冷機組都開展了冷端優化工作，制定了最經濟真空的運行方式；并在尋求新技術以增加凝汽器的換熱效果，用于傳熱管內污垢自清潔的凝汽器螺旋紐帶除垢裝置和螺旋槳式渦流發生器等正在應用于生產現場；對于閉式循環水的冷卻塔，一些廠已采用發電廠冷卻水塔空氣動力渦流調節裝置的新技術，在塔入風口加裝導向板，使空氣在冷卻塔內部形成穩定的旋轉上升氣流，較深和均勻地穿透集水池至填料的水滴空間、淋水填料區、噴濺裝置和除水器，增加空氣與循環水接觸的面積和時間，減少塔內的渦流區間，提高冷卻塔效率，從而降低循環水溫度，提高機組的效率。而對于濕冷機組，其夏季高溫大風環境下穩定并提高真空的有效措施是采用尖峰除鹽水噴淋技術，但要要取得較好效果必須具備2個條件，其一是噴淋的除鹽水量要達到機組凝結水量的12%以上，其二是噴淋的除鹽水壓力要保證除鹽水的霧化效果，霧化后除鹽水顆粒徑要達到200μm以下，霧化頭可在實驗室測量其霧化效果。

3.2.2 鍋爐設備及系統

目前，燃煤電廠存在較多和較大問題的大多來自鍋爐，由于鍋爐設計煤種和實際燃用煤質偏差較大，給鍋爐的安全穩定、經濟運行、環保排放帶來了一系列問題，主要表現在：制粉系統出力不足，鍋爐出力受限；鍋爐燃燒穩定性差，助燃油量增加；蒸汽參數達不到設計值，減溫水量增加；鍋爐結渣加劇，嚴重時掉渣滅火；積灰加劇，受熱面磨損、腐蝕、超溫和爆管等加劇；灰分增加，輸灰不暢；硫分增加，污染物排放量增加，脫硫耗電率居高不下等。要緩解以上問題，首先進行的就是開展摻配煤工作。

大部分廠在摻配煤工作上偏面追求成本最小化，使劣質煤摻配量過大，影響到鍋爐安全運行，鍋爐存在的問題幾乎得不到緩解；摻配煤工作的原則是在保證鍋爐安全穩定運行的基礎上最大限度地降低燃煤生產成本，應做到統籌兼顧，即全面考慮燃煤生產成本、鍋爐的安全運行、燃煤采購貨源和煤場儲存摻配的條件；同時做到分區堆放、分爐配煤、分倉上煤、分時段上煤，即按煤礦及煤質分開堆放，根據鍋爐的自身特性分別配煤，根據鍋爐的燃燒器方式分層燃燒分倉上煤，根據機組的運行負荷分時段上煤；再者，在摻配過程中要做到高硫煤配低硫煤、火車煤配汽車煤、低揮發份煤配高揮發份煤、低熱值煤配高熱值煤、干煤配濕煤等。摻配煤的宗旨是穩定入爐煤煤質，提高鍋爐運行可靠性。

針對煤質劣化后，鍋爐首要解決的問題是增加制粉系統出力，滿足鍋爐帶負荷能力，對于鋼球磨制粉系統，提高制粉出力的手段很有限，提高熱風溫度增加干燥出力受磨出口溫度限制，增大熱風量提高通風出力受煤粉細度限制；而對于中速磨制粉系統，則可以通過改造提高磨煤機轉速10%左右，從而可提高制粉出力10%～20%。

當制粉系統出力增加后燃燒器也應相匹配，否則也應進行相應改造，若進行改造則要兼顧考慮采用低NOx技術的新型燃燒器。

對于燃煤熱值降低后引起爐膛熱負荷降低，燃燒不穩，蒸汽參數達不到設計值，可采用增加衛燃帶或刷紅外隔熱涂料來提高爐膛溫度。

對于煤質劣化后減溫水量嚴重超出設計值，則可對受熱面作相應改造，減少低過、低再受熱面積，增加省煤器受熱面積，國內已有多臺600MW亞臨界機組成功改造。

鍋爐空預器漏風是各廠都倍受關心的問題，屢治屢漏，目前較好的密封技術有雙道密封、自動跟蹤裝置、柔性接觸式密封等，但最關鍵的是對于密封裝置要每停必維護，才能保證空預器有較低的漏風率。3.2.3機組輔機系統

電站輔機選型過大是常見的問題，尤其是現在低負荷運行幾率增加，輔機富裕量大問題就更為突出，因此輔機的降速降容新技術就運用而生，但采用何種節電改造方式要通過輔機摸底性能試驗后才能確定。

對于富裕量嚴重偏大的則需重新選型；對于富裕量大于30%，則可進行電機變頻改造；而富裕量小于30%，是離心式則可切割葉輪，靜葉片軸流式則可以減少葉片數，同時電機可以降速降容改造；對于出力低的輔機同樣可以電機增速增容改造，離心式則葉輪高效化改造，靜葉片軸流式則可以增加葉片數來提高出力。

目前，電機變頻技術已被電站輔機廣泛應用，大多數鍋爐吸風機、增壓風機、一次風機、汽機凝結水泵等電機均已改變頻，而變頻器存在最大問題是夏季高溫易產生故障，因此夏季高溫時要考慮變頻小室的清潔和采用變頻小室空氣內循環冷卻方式，最好采用水冷方式的變頻器。

對于變頻改造存在一定誤區，軸流動葉調節的送風機一般不適合改變頻，因其軸流動葉調節本身效率相對較高，同時送風機耗電率相對較低，其耗電率的絕對可降低量較小，改變頻回收期太長以致于投資難于回收。

輔機經改造后一定要通過試驗確定其高效運行區，對于風機其檔板開度不是在最大開度時其運行效率最高，要通過試驗確定其不同負荷下最高運行效率的檔板開度值。

在對輔機降電耗改造過程中，要結合改造輔機不合理的管道系統布置方式，最大限度降低管道系統阻力，提高輔機運行經濟性。

3.2.4 機組運行監測和優化系統的應用

火力發電是一個高度自動化的大型復雜系統，為優化機組的安全、經濟和環保等性能，國內外開發了紛呈多樣的優化系統，主要有側重監測、指導與運行管理的開環方式系統和側重對機組控制策略調整的閉環方式系統。電廠應積極應用一些成熟的優化運行系統，通過它們對機組性能監測、耗差分析、診斷與操作指導等應用，來持續提升機組的安全、經濟和環保等水平，起到事半功倍的效果。

目前已應用于生產現場的較成熟的優化運行系統有：

應用于運行現場實時優化工況、歷史工況最優追憶、能耗診斷及經濟性評價的全息診斷系統；

應用于運行小指標的考核科學管理的績效考核系統；

應用于煤質劣化多變情況為提高制粉出力降低制粉電耗的磨煤機料位控制系統和鍋爐制粉系統智能優化系統；

應用于煤質劣化多變情況為穩定爐膛燃燒的鍋爐風粉在線和鍋爐燃燒智能優化系統；

應用于超臨界和超超臨界機組鍋爐受熱面安全的爐內壁溫在線監測技術;

應用于煤質多變工況各受熱面科學合理吹灰的鍋爐智能吹灰優化控制系統；

應用于煤質劣化后結焦加劇的鍋爐在線結焦預警系統；

應用于煤質劣化煤價攀升為加強煤質檢斤檢質綜合管理的燃料數字煤場系統；

應用于煤質多變后穩定和優化鍋爐燃煤結構的配煤摻燒優化控制系統；

應用于機組滑壓運行時提高機組經濟性的閥門優化管理系統；

應用于機組變工況運行時的提高機組真空的凝汽器真空優化系統。

運行優化系統使用后一定要加強管理，要充分發揮其優化的優勢，同時要結合機組實際情況對其進行跟蹤、完善、再創新，使它們為提升機組的安全、經濟和環保性能起到實效。

4 結束語

目前全球在倡導低碳經濟、低碳生活的新形勢下，世界各國都加強了節能減排、能源結構優化的力度，但在今后的幾十年中能源結構仍將以燃煤火力發電為主導地位，燃煤火電廠節能減排是一項任重道遠并且刻不容緩的工作，要以科技進步作為節能工作的關鍵技術支撐，同時全面、全員、全過程的節能管理和節能監督是節能工作的最重要保障。

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