電廠熱動系統節能優化的研究

張國平

摘 要：當前我國火力發電企業都面臨節能減排和環保的巨大壓力，電廠都應該主動謀求改變，以降低碳排放為己任，這是每個電力企業必須承擔的社會責任，也是企業賴以生存的根本。電廠要完成這個艱巨的任務，根本的做法還是向企業內部看，從企業內部挖掘可以促進節能減排工作開展的措施，以熱動系統為主，積極探尋先進的運行管理和技術改造方法，本文結合本企業實際情況，就熱動系統節能優化技術措施進行了梳理并總結。

關鍵詞：電廠；熱動系統；節能；優化

0 引言

當前，我國經濟發展進入新常態，部分行業出現產能過剩，使得一些企業分化更加明顯，市場競爭要比以往更為激烈。黨的十八屆五中全會將生態文明建設提到了一個前所未有的新高度，牢固樹立綠色發展的新理念，更加重視和加強生態環境保護工作，已經成為“十三五”時期最重要的發展實踐之一。今后，我們國家將繼續改善環境和保護生態，促進節能減排和低碳發展。以環境保護優化經濟增長，經濟社會活動的生產、建設和消費等各環節都不能以破壞生態為代價。在這種大背景下，節能減排降碳指標已經成為各級政府尤其是各省級政府工作的一個硬任務，并成為推進供給側結構性改革的一項重要內容。也說明中央和國務院對節能減排和環境保護的治理決心，是要下更大的決心，以更大的作為來整治。

目前我國的電力生產情況來看，電力供應主要是火力發電，該發電形式中必然會存在熱能轉化過程中的流失。這種情況下，電廠熱動系統的節能就顯得尤為重要。而根據相關的統計數據來看，我國的煤炭使用量在相同電能供應的情況下，要比其他國家高出 30%～50%，這樣是非常不利于可持續發展戰略的實施的，因此，加強對熱動系統的節能改革是未來電廠生產管理的關鍵問題之一。本文主要介紹了熱動系統節能優化的概念與可行性，同時提出電廠熱動系統節能優化的對策，以期早日實現電廠的節能目標，促進電廠的可持續發展。

在國家大力推進節能減排技術推廣的背景下，火電廠節能改造技術也有了一些新的突破，例如余熱余壓利用技術、高壓電機變頻技術、汽機通流改造技術等，本文列舉了火電廠較為典型的節能改造技術如下：

1 二次再熱技術

在目前參數下，機組每增加一次再熱，所獲得的經濟效益將低于前一次，二次再熱機組的造價要高10%～15%，電站投資要増加4%～6.8%，相對熱耗率改善值約為1.4%～1.6%。以600MW超超臨界機組為例，二次再熱改造投資約為2億，改造后供電煤耗下降約3g/（kWh）。因此，二次再熱技術不推薦在在役機組改造中應用，改造難度大，投資高，收益小，在新建機組可以考慮使用二次再熱技術。

2 亞臨界改超超臨界技術

對于亞臨界燃煤機組來說，實現300g/kWh的供電煤耗僅通過通流部分改造很難達到要求，將機組跨代升級改造成超超臨界機組是一種可以選擇的技術路線。將高圧缸改造為超超臨界高壓缸，新増一臺前置超超臨界背壓汽機與原有亞臨界汽機串接，鍋爐選用一臺超超臨界鍋爐，采用二次再熱，蒸汽參數選擇為850MW/31MPa/600℃/566℃/538℃。

3 蒸汽參數提升改造技術

提高主、再熱蒸汽溫度是相對投資較少的改造方法，通過改造可以提高整個熱力循環的效率，另外再熱蒸汽的進一步提高使得低壓缸排汽干度增加，低壓缸效率可進一步提高。通過蒸汽參數的進一步提升，并配合鍋爐受熱面及管道的改造，與汽輪機通流改造相結合，可突破原有設計值，大幅降低機組煤耗。

4 冷端系統優化改造

對機組全年的實際循環水溫度進行監測，選取合適的循環水溫度值對機組冷端系統進行校核，根據機組背皮、循環水粟功耗和汽輪機微増功率之間的關系，給出機組最佳的運行背壓，為優化機組循環水泵運行方式提供依據。

采用仿生雙連樹型布管的方式對原凝汽器進行改造，在保證管束優化的前提下，凝汽器改造項目的換熱面積是有限的，進一步提髙凝汽器性能的最有效措施就是優化改造循環水泵。

采用新型的膠球清洗系統：使用壓力空氣將膠球送入系統，投球數量大，清洗均勻；捕集器在主水管外側，不易腐蝕；網上設計大尺寸圓孔，捕捉器不被堵塞；網上圓孔防止膠球進入循環水系統；捕捉器無移動部件，減少維護量；主蓋子設計在主水管外側，維修方便。

其他冷端系統優化改造項目還有很多，例如凝汽器喉部加裝霧化噴頭、真空累加裝冷卻裝置、傳熱效果好的冷卻塔填料和噴淋裝置、循環水泵高低速改造、循環水系循環優化、冷卻塔強化引風技術等。

5 “NCB”新型供熱機組技術

“NCB”模式的特點是在抽汽凝汽式供熱機組的基礎上，采用巧軸各帶一臺發電機，N代表純凝模式，C代表抽汽模式，B代表背壓模式。在非采暖季，汽輪機采取純凝模式，蒸汽全部用于發電，因此發電效率較高；在采暖季的初期和末期，汽輪機采用抽汽模式，部分蒸汽被抽取出來用于供熱，兼顧了發電和供熱效率；在采暖高峰期，汽輪機采用背壓模式，此時汽輪機的冷源損失最小，確保了最大供熱輸出。綜合來說“NCB”模式可以實現靈活控制汽輪機的工況，但是改造的難度很大。

6 100%全容量給水泵技術

采用100%容量汽動給水泵配置，取消電動給水聚，給水粟汽輪機為高效率進口汽輪機，保證機組運行安全，根據H廠運行經驗，在機組100%負荷工況下，給水累汽輪機進汽量降低9t/h，給水系和前置累采用同軸驅動，廠用電率降低約化16%。

7 汽機低真空供熱技術

汽機低真空供熱技術的產生是為了盡可能提高總體熱效率，目前關于這方面的研究已經取得了很多成功的案例。但同時我們也看到目前所采用的低真空供熱技術還有很多不足之處，主要是因為低真空供熱機組與背壓模式的供熱汽輪機比較類似，都是“以熱定電”，因此這種技術只能應用于熱用戶負荷相對穩定的供熱管網系統，汽輪機背壓的提高不僅會帶來汽輪機發電效率的降低而且會使凝汽器真空降低至安全邊界，危及到汽輪機的安全性。

8 壓縮式熱泵供熱技術

壓縮式熱泵的驅動源一般采用電動方式，其應用方式主要有兩種；一種是將壓縮式熱泵分別布置在熱用戶側的換熱站，通過專門的管路將電廠的乏汽余熱輸送到熱用戶側的換熱站，送種方式的優點是布置靈活，節能效果較好，缺點是鋪設管道投資大、輸送累能耗高、供熱區域小；另一種是將壓縮式熱泵布置在熱源電廠側，其優點是集中布置使投資額變小，但是由于采用電驅動，消耗了大量二次能源，使得電廠廠用電量消耗巨大，從能源轉換效率上來說并不合理。

9 吸收式熱泵供熱技術

吸收式熱系的驅動熱源一般采用汽輪機中壓缸抽汽或余熱鍋爐的低壓補氣，其布置方式為集中設置在電廠內，占地空間較小，與傳統熱電聯產供熱系統有機結合，用熱系回收部分循環水余熱并輸出熱量作為初級加熱，再經過汽水換熱器進一步提高供熱溫度，這樣可W雖著提高電廠總熱效率，具有非常好的節能效果。

大溫差供熱技術和吸收式熱累技術是兩種比較成熟的電廠余熱回收技術。由于大濕差供熱技術改造投資額巨大，投資回收期長，因此應用比較少。而吸收式熱泵技術相對來說改造投資額較低，投資回收期短，節能效果顯著，因此受到電廠的大力推廣應用，市場占有率高。

10 煙氣余熱回收利用技術

利用熱管或管式換熱器回收鍋爐煙氣余熱。換熱器分為熱管及管式換熱器。熱管具有熱阻低，熱流密度高的優勢，換熱效率極高，可以在溫差較小的情況下滿足換熱量要求，在實現煙氣余熱回收和降低排煙溫度的同時，提高鍋爐熱效率、降低離溫煙氣所造成的熱污染。

臥式相變換熱器。臥式相變換熱器作為一種安全可靠的節能產品，其設備使用壽命較長，換熱效率穩定，由于其控制溫度可設定，可將溫度控制在酸露點溫度之上，從而對拌煙中的余熱進行較大程度的吸收。

雙循環壁溫可調型煙氣余熱回收技術。雙循環壁溫可調型煙氣余熱回收裝置是一個全新的換熱技術，它將煙氣吸熱段和放熱段構造成了一個關聯的整體，通過閥門控制裝置的調節，可以控制控制吸熱段的最低避免通過控制換熱器的最低壁濕高于煙氣酸露點的方法來避免受熱面發生低濕腐蝕，同時根據管內介質傳熱系數高的特點，利用關外強化傳熱技術，可將排煙溫度有效降至120～130℃，可最大程度地回收利用了煙氣余熱，還從根本上解決了低濕腐蝕難題。

11 結語

綜上所述，電廠熱動系統節能是目前電力系統技術升級及改進的主要方向，同時也是充滿潛力的研究領域。熱動系統節能成本較低，但可以有效降低企業生產成本，提升經濟效益，并可以產生良好的社會效益及改善環境。對電廠熱動系統節能技術進行推廣，對我國產業結構調整、電力行業改革及發展具有重要的意義。在電廠的熱動系統的節能降耗的過程中，還應該注意的是要從精細化管理入手，提高細節運行水平，從而實現對整體效率的提升。

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（作者單位：大唐（北京）能源管理有限公司）