淺談火力發(fā)電廠的節(jié)能減排技術(shù)

上海電力股份有限公司 金 興

前言

《國家國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》要求：推進(jìn)傳統(tǒng)能源清潔高效利用。電力工業(yè)是節(jié)能減排的重點(diǎn)領(lǐng)域，近幾年，我國一大批超臨界和超超臨界高效環(huán)保機(jī)組相繼投產(chǎn)，短期內(nèi)我國燃煤機(jī)組平均供電煤耗有了大幅降低；但是投產(chǎn)早、能耗高的火電機(jī)組仍占一定比例，新投運(yùn)的機(jī)組在主要輔機(jī)等方面節(jié)能減排還有一定空間，火電廠節(jié)能減排的潛力依然很大，因此必須大力推進(jìn)節(jié)能減排工作。

根據(jù)中國電力聯(lián)合會(huì)科技開發(fā)服務(wù)中心發(fā)布的2009年度全國火電機(jī)組能效對(duì)標(biāo)及競(jìng)賽資料，2009年度參加競(jìng)賽的我國火電機(jī)組平均供電煤耗為342g/kWh，總體能耗水平仍然偏高。不同容量的機(jī)組（規(guī)定投產(chǎn)一年以上的機(jī)組可參加競(jìng)賽，實(shí)際2009年已投運(yùn)的機(jī)組多于下列統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）煤耗平均值為：

＊10臺(tái)1000MW級(jí)超超臨界機(jī)組的平均供電煤耗為290.57 g/kWh，最低為281.84g/kWh；

＊4臺(tái)600MW級(jí)超超臨界機(jī)組的平均供電煤耗為311.40 g/kWh，最低為310.15g/kWh；

＊104臺(tái)600MW級(jí)超臨界濕冷機(jī)組的平均供電煤耗為312.12 g/kWh，最低為301.84g/kWh，最高為 325.25g/kWh；

＊75臺(tái)600MW級(jí)亞臨界濕冷機(jī)組的平均供電煤耗為322.24g/kWh，最低為310.88g/kWh，最高為333.32g/kWh；

＊37臺(tái)600MW級(jí)空冷機(jī)組的平均供電煤耗為339.80g/kWh，最低為323.26g/kWh，最高為354.80g/kWh。

從上可以看出，我國當(dāng)前相同等級(jí)機(jī)組中能耗水平的差距還是比較大。其中能耗水平較先進(jìn)的機(jī)組仍然在不斷地尋求進(jìn)一步節(jié)能降耗的途徑；對(duì)于能耗水平較高的機(jī)組，存在一定的節(jié)能降耗空間。根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)，以下分別淺述火電廠比較成熟的主要節(jié)能減排技術(shù)改造項(xiàng)目和內(nèi)容。

一、鍋爐部分

1、回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器柔性密封改造技術(shù)

原鍋爐回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器由于結(jié)構(gòu)龐大，密封性能較差，大機(jī)組投運(yùn)一段時(shí)間后空預(yù)器漏風(fēng)往往達(dá)7%～10%，甚至更大，嚴(yán)重影響了鍋爐效率和風(fēng)機(jī)的電耗。 改造采用新型彈性密封組件，是一種先進(jìn)的回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器密封技術(shù)，具有零間隙、耐沖刷、耐磨損、耐高溫、耐腐蝕、彈性好、密封磨損量自動(dòng)補(bǔ)償、不增加風(fēng)阻等特點(diǎn)；采用合頁彈簧技術(shù)，允許空預(yù)器的轉(zhuǎn)子在熱態(tài)運(yùn)行狀態(tài)下有一定的圓端面變形及圓周方向的變形；采用密封滑塊自潤(rùn)滑合金，高溫下干磨擦系數(shù)μ＝0.1.對(duì)主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流影響較小；空預(yù)器漏風(fēng)率會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)而適當(dāng)變大，可利用停爐時(shí)進(jìn)行檢查并重新調(diào)整密封組件。

空氣預(yù)熱器柔性密封改造當(dāng)前已有較多成功實(shí)例，某600MW機(jī)組改造前測(cè)得空預(yù)器A/B側(cè)漏風(fēng)率分別為8.30%/7.90%，改組后分別為4.64%/4.38%，漏風(fēng)率平均下降3.59%。

根據(jù)600MW機(jī)組參數(shù)變化對(duì)煤耗率的影響計(jì)算，漏風(fēng)率每下降1%使供電煤耗下降0.18g/kWh，兩側(cè)平均漏風(fēng)率下降3.59%，使供電煤耗下降0.65g/kWh。按單臺(tái)機(jī)組年發(fā)電量35億kWh計(jì)算，每年可節(jié)約標(biāo)煤2275t。空預(yù)器柔性密封改造后，兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)、兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)、兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流合計(jì)值在相同工況下（600MW）比改造前下降了約60A，每年可節(jié)電436.46萬kWh。

2、風(fēng)機(jī)節(jié)能改造

當(dāng)空預(yù)器改造后漏風(fēng)大幅下降，但環(huán)保逐步要求增加脫硫系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)，煙塵排放要求電除塵器改造為電袋復(fù)合或布袋除塵器等因素，都會(huì)使鍋爐各種風(fēng)機(jī)實(shí)際工作點(diǎn)大幅變化，導(dǎo)致各大風(fēng)機(jī)不斷需要進(jìn)行改造。根據(jù)機(jī)組的實(shí)際情況，改造的方案多種多樣，常見的有軸流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子節(jié)能改造（減少葉片數(shù)）、選用高效風(fēng)機(jī)葉型增容改造、軸流靜葉可調(diào)風(fēng)機(jī)改造為動(dòng)葉可調(diào)、引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)合并改造、增壓風(fēng)機(jī)加旁路提高運(yùn)行靈活性節(jié)電改造等。

例如某電廠1000MW超超臨界機(jī)組原配有兩臺(tái)軸流風(fēng)靜葉可調(diào)的引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)，電廠決定拆除脫硫的GGH后需要對(duì)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，改造方案可有：靜葉可調(diào)風(fēng)機(jī)重新選型、靜葉可調(diào)改造為動(dòng)葉可調(diào)、引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)合并改造、風(fēng)機(jī)馬達(dá)改為雙速等。通過對(duì)運(yùn)行費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用、改造投資大小、回收期、施工期、運(yùn)行靈活性、安全可靠性等方面綜合比較，最終選用引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)合并，單速軸流靜葉可調(diào)風(fēng)機(jī)改造方案。具有節(jié)電量顯著的特點(diǎn)，一臺(tái)風(fēng)機(jī)改造費(fèi)用約為200萬元（包括加固、煙道等其他費(fèi)用），改造后一臺(tái)風(fēng)機(jī)年節(jié)電量為405萬kWh，改造后兩年即可回收投資。

3、鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整

新機(jī)組投產(chǎn)，機(jī)組的控制系統(tǒng)往往沒有經(jīng)過細(xì)致地調(diào)整，特別是鍋爐系統(tǒng)，有必要進(jìn)行燃燒調(diào)整優(yōu)化的工作。通過一系列針對(duì)性的試驗(yàn)和最終調(diào)整鍋爐控制邏輯、控制函數(shù)和整定參數(shù)，可以消除存在的相關(guān)設(shè)備缺陷，使鍋爐運(yùn)行的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性有一定程度的提高。某超臨界600MW機(jī)組實(shí)施鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整后，消除了鍋爐燃燒器損壞等重大缺陷，排煙溫度下降10℃、主汽和再熱汽溫度平均提高4℃～5℃、石子煤排放平均下降千分之四，氮氧化物排放有所下降，供電煤耗下降達(dá)3g/kWh，綜合效益十分可觀。

二、汽輪機(jī)部分

汽輪機(jī)設(shè)備及其系統(tǒng)是火電廠重要的組成部分，近年來汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)水平有了很大的提高，節(jié)能降耗潛力較大。

1、汽輪機(jī)本體改造

汽輪機(jī)本體節(jié)能改造工作主要分成三部分，即汽輪機(jī)通流部分、汽輪機(jī)汽封系統(tǒng)以及汽輪機(jī)的進(jìn)汽和排汽部分的改造。

目前國產(chǎn)和首批引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的亞臨界300MW汽輪機(jī)用戶紛紛采用先進(jìn)的三維流場(chǎng)動(dòng)靜葉片設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)施了通流部分改造，實(shí)踐表明可以大幅降低汽輪機(jī)的熱耗，是一項(xiàng)成熟的改造技術(shù)。目前采用先進(jìn)的三維流動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)，改造后300MW亞臨界汽輪機(jī)熱耗可以達(dá)到7960kj/kWh左右。如果改造前汽輪機(jī)設(shè)計(jì)熱耗較差，不可修復(fù)的老化損失較嚴(yán)重，改造后機(jī)組實(shí)際運(yùn)行煤耗可降低8g/kWh～10g/kWh左右。

如果設(shè)備原始設(shè)計(jì)熱耗較低，通流部分整體改造熱耗下降較少，影響投資收益率，可進(jìn)行汽輪機(jī)汽封系統(tǒng)的改造，這方面已有不少案例，有些改造確實(shí)短期內(nèi)效果較好，但還未經(jīng)過長(zhǎng)期考驗(yàn)。汽輪機(jī)汽封改造包括動(dòng)靜葉汽封、隔板汽封和軸封等的改造，隔板汽封和軸封的改造形式有布萊登汽封、蜂窩汽封和刷子汽封等，改造后汽缸效率可提高2個(gè)～3個(gè)百分點(diǎn)，煤耗降低1g/kWh～3g/kWh，投資也不大。汽輪機(jī)汽封改造有高精密性和高可靠性的要求，雖然大多數(shù)改造是成功的，但也出現(xiàn)了個(gè)別失敗的案例，因此必須強(qiáng)調(diào)，汽輪機(jī)汽封改造技術(shù)必須獲得原汽輪機(jī)制造廠的認(rèn)可，改造使用的汽封備件的制造必須成熟可靠。

汽輪機(jī)進(jìn)汽部分的改造主要是減少進(jìn)汽部分的節(jié)流損失和盡量避免汽流激振，消除軸承振動(dòng)大的缺陷。某600MW機(jī)組進(jìn)汽部分的改造包括配汽系統(tǒng)優(yōu)化和進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥門重組、設(shè)置合適的閥門重疊度，可大大減少進(jìn)汽的節(jié)流損失和大幅減少因部分進(jìn)汽引起的汽流激振，改造后機(jī)組軸承瓦溫下降了20℃～30℃，振動(dòng)下降了 20ūm～70ūm，在 500MW負(fù)荷汽耗降0.1kg/kWh，折合煤耗約2g/kWh。

2、汽輪機(jī)輔機(jī)及其系統(tǒng)改造

汽輪機(jī)輔機(jī)及其系統(tǒng)的節(jié)能改造包括各種水泵的改進(jìn)和熱力系統(tǒng)的節(jié)能改造。

由于設(shè)計(jì)以及選型的不合理，有些水泵壓頭余量過大和水泵本身效率不高，通過水泵性能和管路特性測(cè)試，正確評(píng)價(jià)水泵節(jié)能潛力是水泵節(jié)能改造可行性研究的關(guān)鍵。某電廠對(duì)前置泵和凝結(jié)水泵的改造案例提供了水泵節(jié)能改造的原理和方法，包括車削葉輪、流道打磨、修正進(jìn)出口角等葉型優(yōu)化改進(jìn)、選用高效葉輪等可降低電耗和提高水泵效率；循環(huán)水泵流道涂特殊涂料也可提高循泵效率，節(jié)電效果十分明顯，某600MW機(jī)組兩臺(tái)循環(huán)水泵實(shí)施后進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，循環(huán)水泵運(yùn)行電流下降分別為3.8%和3.4%，年節(jié)約電費(fèi)約20萬元，投資回收期在一年內(nèi)。

汽輪機(jī)疏水系統(tǒng)往往設(shè)計(jì)復(fù)雜，冗余系統(tǒng)多，甚至存在設(shè)計(jì)、安裝錯(cuò)誤、閥門泄漏嚴(yán)重，不僅造成機(jī)組的經(jīng)濟(jì)損失，還使維修工作量及維護(hù)費(fèi)用增加，運(yùn)行人員操作量增加，對(duì)機(jī)組安全性、可靠性也有影響，某200MW機(jī)組改造后，額定工況下降低熱耗53.66 kJ/kWh，折合煤耗2.05g/kWh。汽輪機(jī)疏水系統(tǒng)優(yōu)化改造值得推廣。

三、電氣部分

當(dāng)前火電廠已大量采用電機(jī)調(diào)速技術(shù)達(dá)到根據(jù)主機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)輔機(jī)出力的節(jié)電目的。采用的主要技術(shù)有變頻調(diào)速、永磁調(diào)速和電機(jī)由單速改為雙速等。由于目前火電機(jī)組負(fù)荷率相對(duì)較低，各類調(diào)速技術(shù)節(jié)能效果十分顯著。例如300MW機(jī)組凝結(jié)水泵采用變頻或永磁調(diào)速后節(jié)電率可達(dá)30%～50%。若采用變頻技術(shù)，設(shè)備及配套投資約為150萬元～200萬元之間，但年節(jié)約電費(fèi)可達(dá)70萬元～100萬元左右，3年內(nèi)肯定能收回成本；某330MW機(jī)組一次風(fēng)機(jī)改造后各負(fù)荷點(diǎn)節(jié)電率分別在20%～40%范圍內(nèi)，風(fēng)機(jī)平均功率從1150kW下降到590kW，以運(yùn)行7000小時(shí)計(jì)算，年節(jié)電量達(dá)773萬kWh；某600MW機(jī)組循環(huán)水泵電機(jī)改為雙速，單臺(tái)電機(jī)改造費(fèi)用約35萬，若保守按一臺(tái)循環(huán)水泵一年內(nèi)有3個(gè)月投入低轉(zhuǎn)速運(yùn)行就可節(jié)電約200萬kWh，一年內(nèi)可回收成本。

近年來，隨著技術(shù)的不斷成熟和可靠，變頻調(diào)速器功率已越來越大，變頻器使用范圍也越來越廣，從最初用于小型輔機(jī)、凝結(jié)水泵等逐步發(fā)展到各種風(fēng)機(jī)，甚至循環(huán)水泵，節(jié)電效果十分顯著。但改造時(shí)均要增加輔助系統(tǒng)（變頻器、永磁調(diào)速器等），在帶來可觀的節(jié)能效益的同時(shí)，也帶來了系統(tǒng)復(fù)雜化、整體可靠性下降、維護(hù)修理費(fèi)用增加等問題。因此，改造前必須扎實(shí)做好多方案可行性研究，擇優(yōu)選擇投資回收期短的項(xiàng)目。改造調(diào)試時(shí)必須精心測(cè)試，確定可能存在的共振轉(zhuǎn)速區(qū)，設(shè)定變頻器或永磁調(diào)速控制器只能快速通過的速度范圍；改變頻后對(duì)原有電機(jī)的使用壽命也可能會(huì)有一定的影響，個(gè)別已發(fā)生電機(jī)損壞的事故；若干年后變頻器部分元器件的可靠性和更換費(fèi)用問題會(huì)凸現(xiàn)，也應(yīng)引起注意。

四、幾點(diǎn)建議

1、火電廠的節(jié)能減排范圍很廣，建議有條件的燃煤電廠開展《機(jī)組節(jié)能潛力評(píng)估》。圍繞著不可控?fù)p失和可控?fù)p失的組成，開展機(jī)組的節(jié)能潛力的評(píng)估和分析，找出電廠主要節(jié)能環(huán)節(jié)。

2、根據(jù)電廠主要的節(jié)能環(huán)節(jié)，制定節(jié)能降耗計(jì)劃和目標(biāo)，采取針對(duì)性的措施，挖掘節(jié)能減排的潛力，進(jìn)一步降低企業(yè)能耗。

3、運(yùn)行人員的深入細(xì)致地分析、正確有效地調(diào)整，是電廠節(jié)能降耗的重要組成部分，應(yīng)繼續(xù)狠抓節(jié)能小指標(biāo)，進(jìn)一步開展運(yùn)行人員的節(jié)能競(jìng)賽。