1 000 MW超超臨界燃煤機組節能分析及優化

（浙江國華電力公司，浙江寧波315612）

發電技術

1 000 MW超超臨界燃煤機組節能分析及優化

孫波，陳石明，錢朝明，羅友元，陳軍紅

（浙江國華電力公司，浙江寧波315612）

發電廠的競爭主要是成本競爭，加強節能技術的研究，對提升火力發電廠的技術經濟水平和市場競爭力有重要的意義。對國華寧海發電廠1 000 MW超超臨界燃煤機組鍋爐燃燒及制粉系統、汽輪機凝汽器背壓系統、輔控系統進行全面分析，實施了燃燒優化、汽輪機滑壓曲線優化、電除塵閉環優化、空預器間隙改造以及輔控系統的綜合治理，在節能方面取得了良好的效果，發電煤耗降低了5.91 g/kWh，廠用電率降低了0.7%，負荷系數增加了6.11%。

1 000 MW機組；節能；廠用電率；煤耗；經濟性

0 引言

隨著電力建設速度的加快和國民經濟產業結構的調整，用電緊張的局面已經有了一定程度的改觀，發電廠的競爭已經上升為成本的競爭。實施有效的節能手段，降低成本已經成為各發電集團首要任務。

據2010年度全國1 000 MW超超臨界燃煤機組對標及競賽數據（見表1），1 000 MW機組平均發電煤耗290.36 g/kWh，最優水耗為0.12%，廠用電率為4.40%，相比較之下，寧海發電廠6號機組的廠用電率、發電煤耗以及水耗遠遠超出年度1 000 MW發電機組的平均水平。為此，全面分析了熱力系統運行狀態，對機組的鍋爐燃燒及制粉系統、汽輪機背壓系統、輔機及輔控系統進行了綜合優化，取得了良好的節能效果，大大降低了發電煤耗及廠用電率。

1 凝汽器背壓對滑壓曲線負荷項的修正

在汽輪機組的所有熱力參數中，背壓是對機組熱經濟性影響較大的參數。由于受機組負荷、循環水流量、循環水入口溫度、機組凝汽量、真空嚴密性、凝汽器和抽氣器結構特性等諸多因素的影響，背壓經常會發生變化，從而影響機組的出力和機組的經濟性。機組背壓變化對負荷影響可按（1）式計算：

表1 2010年度全國1 000 MW超超臨界燃煤機組對標及競賽部分數據

式中：ΔPT為汽輪機功率變化；PT為汽輪機額定功率；K1由背壓變化對功率的修正曲線查得；ΔP為凝汽器壓力變化。

實際運行負荷因鍋爐吹灰、機組向外供輔助蒸汽、投用再熱器減溫水及參數偏離設計值等原因會有一定差異。尤其是季節變化將引起循環水溫度變化，從而影響真空，使得修正后負荷與運行負荷間產生較大差異。為使優化的滑壓曲線滿足全年不同季節運行要求，可使用凝汽器背壓值對滑壓曲線中的負荷項進行修正，背壓對滑壓曲線中負荷的修正如圖1所示。

圖1 凝汽器背壓對滑壓曲線負荷項修正邏輯

因機組未配備測量背壓絕對值的壓力變送器，經過研究發現低壓缸排汽溫度可以準確地確定凝汽器背壓。圖1中F（x）為排氣溫度與凝汽器背壓之間的擬合函數，該函數如式（2）所示：

2 燃燒及制粉系統優化

影響鍋爐效率的因素有排煙溫度、飛灰可燃物、爐膛出口煙氣含氧量、空氣預熱器漏風率、爐底灰渣可燃物、鍋爐吹灰等，鍋爐燃燒調整的目標就是對各種影響鍋爐效率的潛在因素進行綜合優化。

2.1 磨煤機旋轉分離器轉速調整

磨煤機旋轉分離器用來調節煤粉細度，分離器轉速增大，煤粉變細，相當一部分煤粉又重新進行了碾磨，增加了磨煤機電耗，降低了制粉系統的經濟性。以磨煤機C為例，在保證磨煤機出力70 t/h、通風量127 t/h不變的情況下，改變旋轉分離器轉速，檢測磨煤機平均煤粉細度從R90= 30.49%，R200=4.55%變化至R90=14.38%，R200= 1.30%。磨煤機在70 t/h出力下旋轉分離器轉速與煤粉細度的變化關系如圖2所示。

圖2 磨煤機動態分離器轉速對煤粉細度的影響

綜合考慮鍋爐飛灰及底渣含碳量，通過磨煤機出力與動態分離器匹配調整試驗，找到磨煤機出力與旋轉分離器轉速的最佳匹配值,如表2所示，這樣在滿足廠家設計要求的前提下盡最大的可能降低了磨煤機電耗。

表2 磨煤機出力與動態分離器轉速關系

2.2 熱一次風母管壓力調整

在1 000 MW負荷不變的情況下，磨煤機組合運行方式、氧量及配風方式等均保持不變，通過改變一次風壓偏置，來考察一次風壓對一次風機電流及各磨煤機相關參數的影響。發現隨著一次風壓的降低，2臺一次風機電流明顯呈下降趨勢，但磨煤機熱風門開度則隨著一次風壓的下降而增大。當一次風壓偏置設定值為-0.6 kPa時，磨煤機A的熱風門開度已接近70%，此時已無調節裕量，故不建議過度降低一次風壓設定值。考慮到原來邏輯里的熱一次風母管壓力設定值有下調的潛力，結合此次試驗結果對熱一次風母管壓力設定值作了一定的修改以達到節能降耗的目的，修改前后的熱一次風母管壓力設定值與燃料主控的關系如圖3所示。

圖3 燃料主控與熱一次風母管壓力的關系

2.3 鍋爐排煙溫度調整

一般情況下，排煙溫度每升高10℃，排煙損失增加0.5%～0.8%。機組自投產以來存在實際排煙溫度比設計值偏高的現象，嚴重影響了鍋爐運行的經濟性，同時對爐后電除塵器的安全運行也構成威脅。經過全面的分析比較，制定了切實可行的措施以達到降低排煙溫度、減少排煙損失、提高鍋爐效率的目的。

（1）提高磨煤機出口風粉混合溫度。磨煤機出口溫度設計為75℃，在實際運行過程中磨煤機出口風粉溫度一般都控制在65～68℃左右，遠低于設計值。考察磨煤機出口風粉溫度對排煙溫度的影響，穩定負荷950 MW，將風粉溫度由65℃提高到75℃。分析試驗結果后發現修正后的空預器出口排煙溫度下降了2℃左右。可見，提高磨煤機出口風粉混合溫度可有效降低鍋爐排煙熱損失。

（2）關閉停用磨煤機進出口擋板。機組日常運行過程中規定停運的磨煤機出口擋板處于開啟狀態，冷風調門維持小開度，保證磨煤機始終處于通風冷卻狀態以預防制粉系統爆燃。為進一步了解停運的磨煤機處于通風狀態對鍋爐排煙溫度的影響，維持機組1 000 MW負荷不變，磨煤機其他運行參數不變，當關閉停運磨煤機A的進出口擋板后，鍋爐修正后的空預器出口排煙溫度從126.0/128.5℃下降為124.0/126.9℃，取得了明顯的效果。試驗結果表明，過多的冷一次風通入鍋爐后增加了鍋爐排煙熱損失，及時關閉冷熱風門能夠降低鍋爐排煙溫度，大大地減少排煙熱損失，試驗結果如表3所示。

表3 停用磨煤機處于通風狀態對鍋爐排煙溫度的影響℃

（3）降低空預器漏風率。容克式空預器漏風形式有直接漏風和結構漏風，結構漏風占空預器總漏風量的份額較少且不可避免。空預器的主要漏風是直接漏風。用單位時間內泄漏的氣體質量G來表示漏風量，則有：

式中：Δp為空氣側與煙氣側氣體壓力差；ρ為氣體的密度；K為漏風系數；F為間隙面積。

式（3）適用于容克式空預器的徑向密封、軸向密封、靜密封和中心環密封的漏風計算。綜合考慮改造成本和節能效果，降低空預器漏風主要由Δp和F所決定，通過合理安排空預器除灰，減少壓差對漏風率的影響以及通過加裝熱端徑向軟密封和熱端旁路軟密封，使空預器A/B側的漏風率從檢修前的4.36%/4.30%下降為檢修后的2.60%/3.09%，鍋爐效率從改造前的93.98%提高到改造后的94.14%（修正后的效率），降低了鍋爐的熱損失，同時也降低了風機的電耗。

2.4 省煤器出口氧量的調整

在1 000 MW負荷工況下，維持磨煤機投運方式、磨煤機動態分離器轉速及鍋爐配風不變的情況下進行增、減氧量的試驗，觀察氧量的變化對鍋爐汽溫、NOX及其他參數的影響。試驗結果表明，隨著氧量由3.5%下降至2.6%，鍋爐飛灰含碳量略呈上升趨勢，但變化幅度不大且數值均小于1%，鍋爐底渣含碳量沒有明顯變化。由此說明鍋爐能夠在較低氧量工況下運行，同時隨著氧量的降低可以大大減少鍋爐排煙熱損失，提高鍋爐效率。隨著氧量的減少，送、引風機電流及NOX均大幅下降，起到良好的節能減排效果。

3 輔機系統優化

在鍋爐輔機系統方面實施的節能優化措施主要包括：

（1）凝汽器雙背壓改造。原設計高壓凝汽器抽至低壓凝汽器混合后，由低壓凝汽器側抽真空管道抽出，運行期間存在2臺凝汽器間背壓差偏小的問題。改造后將高低壓隔離，并加裝高壓凝汽器到抽真空母管的管道，實現獨立運行，切換方式靈活。理論計算機組發電煤耗率可下降約1 g/kWh，按每年每臺機組60億kWh年發電量估算，每年可節省0.6萬t左右的標準煤。

（2）凝汽器內六抽管道加裝隔熱套。針對兩側六抽管道溫度偏差大，低壓凝汽器側六抽管道溫度明顯偏低的問題，對兩側凝汽器內六抽管道加裝完整的隔熱套，減少六抽管道在凝汽器內的熱損失。同時可提高低壓凝汽器側六抽蒸汽過熱度，降低管道積水影響機組安全運行的風險。經測算，機組發電煤耗率下降了約0.1 g/kWh，按每年每臺機組60億kWh發電量估算，每年可節省600 t左右的標準煤。

4 輔控設備優化

在滿足工藝和環境的雙重要求下，在輔控系統上也做了一些節能優化，經過長期觀察發現效果良好。

（1）電除塵器閉環優化。電除塵器在大氣環境保護中發揮著重要的作用，其耗電也較多。通過測量電除塵器出口煙塵含量的濃度，實時調整電場的二次電流可降低其用電量。當實際測量的濁度值高于設定的濁度值上限時，要逐個升高電場的二次電流，即改變電場的輸出功率，從而使煙塵的濁度降低到設定值范圍內。當實際測量的濁度值低于設定濁度值下限時，要逐個降低電場的二次電流，減少電場的輸出功率。電除塵器閉環控制原理如圖4所示，電除塵系統電耗率由2010年的0.23%下降到2011年的0.18%。

圖4 閉環控制原理

（2）底渣密封水系統改造。原底渣系統排水經過2臺高效濃縮機處理和排水池澄清后，進入鍋爐底渣系統作為密封水。經過對熱力系統及密封水的水質研究，發現底渣系統溢流后的水經過底渣排水池澄清后水質合格，直接可以回用，另外增加一路復用水到底渣緊急補水的管路即可滿足系統要求，將整個渣水系統停運，節約了這一部份的廠用電量。

5 結語

系統地研究了1 000 MW燃煤機組的節能降耗對策，通過對機組實施凝汽器背壓、鍋爐燃燒及制粉系統、輔機及輔控系統四方面的綜合優化，寧海發電廠6號機組2011年與2010相比較，發電煤耗由294.85 g/kWh下降為288.94 g/kWh，下降了5.91 g/kWh，廠用電率由4.98%，下降到4.28%，取得了良好的節能降耗效果。

[1]閻維平，董靜蘭.超臨界機組鍋爐運行排煙溫度偏高原因探討[J].熱力發電，2010（8）∶33-37.

[2]林萬超.火電廠熱系統節能理論[M].西安∶西安交通大學出版社，1994.

[3]李勇，孫海波，曹祖慶.背壓變化對汽輪機熱經濟性的影響[J].汽輪機技術，1998，40（3）∶167-169.

[4]王寧玲，張勇，楊勇平，等.600 MW火電機組節能降耗分析與優化措施[J].中國電力，2009，42（9）∶55-57.

（本文編輯：陸瑩）

Analysis and Optimization of Energy Saving for 1 000 MW Ultra Supercritical Coal-fired Unit

SUN Bo，CHEN Shi-ming，QIANG Chao-ming，LUO You-yuan，CHEN Jun-hong
（Zhejiang Guohua Power Co.，Ltd，Ningbo Zhejiang 315612，China）

The competition among power plants is mainly about the cost.Strengthening the research on energy saving technology plays an important role in enhancing the technology and economic level and the market competitiveness of the thermal power plants.This paper mainly conducts comprehensive analysis on the boiler combustion and pulverizing system，condenser back pressure system and auxiliary control system for the steam turbine in 1 000 MW ultra-supercritical unit in Guohua Ninghai Power Plant.It also performs the combustion optimization,sliding pressure curve optimization of steam turbine,the closed-loop electrostatic precipitator optimization,air preheater clearance transformation and comprehensive management of auxiliary control system.Desirable results of energy saving are achieved with the power coal consumption reduced by 5.91 g/kWh, auxiliary power consumption rate lowered by 0.7%and load factor increased by 6.11%.

1 000 MW unit；energy saving；auxiliary power consumption rate；coal consumption；unit economy

TK227∶TK267

：B

：1007-1881（2012）09-0027-03

2011-01-25

孫波（1985-），男，內蒙古赤峰人，助理工程師，從事發電廠技術管理工作。