燃煤電廠能效提升技術研究

摘 要：燃煤電廠供電煤耗是綜合能效水平高低的標志，本文根據燃煤電廠生產技術特點，分析影響能耗的因素，總結煤電機組節能改造和技術創新實踐經驗，提出燃煤電廠能效提升的技術措施。

關鍵詞：燃煤發廠;能效提升;技術措施

0 引言

燃煤電廠在我國電源結構中占主體地位，2018年底全國發電裝機容量達到19億千瓦，其中煤電裝機10.1億千瓦，占比達到53%。當前低碳綠色發展已成為時代主旋律，燃煤電廠節能降耗工作意義重大，綜合能效的提升能夠降低發電成本、提升企業競爭力，同時產生良好的社會和環保效益。

1 燃煤電廠技術特點

1.1生產系統

燃煤電廠按照朗肯循環的原理建立熱力循環，主要設備包括鍋爐、汽機、發電機三大主機及其附屬系統，另外設置輸煤、化學、除灰渣、脫硫、脫硝等輔助生產設施。燃煤輸送至鍋爐燃燒，將燃料化學能轉化為蒸汽熱能，進入汽機做功將熱能轉為機械能帶動發電機旋轉，機械能轉變為電能。發電生產流程是能量傳遞和轉換的過程。

1.2 燃煤電廠技術特點

1.2.1 能源轉化效率低

燃煤電廠采用朗肯循環原理來實現熱力循環，水蒸氣作為工質，在整個熱力循環中工質的熱能很大一部分被冷源損失掉。提高工質初參數或者降低終參數可以提高熱力循環效率，由于目前金屬材料性能和技術條件的限制，熱力循環效率一般不超過50%。

1.2.2 能源消耗全部來源于煤炭

燃煤電廠是將煤炭燃燒的化學能通過傳遞轉化最終變為電能，其能源消耗全部來自作為燃料的煤炭，廠用電消耗是發電量中的一部分，同樣是由煤炭轉化而來。

1.2.3 系統設計和設備選型對能效水平影響很大

機組的容量、參數以及回熱系統決定了循環熱效率，汽機型號與其內效率直接相關，鍋爐選型影響爐效，其他輔助系統設計和選型都影響著能耗高低。電廠投產之后整個生產技術系統已經固定，生產效率基本也固定，除非進行技術改造和優化升級，否則能效不會出現大幅度的提升。

2 燃煤電廠能效指標

衡量燃煤電廠綜合能效的指標是供電煤耗，即單位供電量的標煤消耗量。供電煤耗則決定于發電煤耗和廠用電率這兩個指標，發電煤耗越低、廠用電率越小，則供電煤耗越低。

2.1 發電煤耗

發電煤耗由鍋爐效率、循環熱效率、汽輪機內效率和發電機效率綜合決定。影響鍋爐效率的因素有爐型、煤質、漏風率、燃燒調整、工質泄漏等因素。與循環熱效率相關的因素有蒸汽參數、凝器真空、回熱抽汽級數。汽機內效率與機型、配汽、汽封、加熱器端差、管道效率汽水泄漏率等因素相關。發電機效率主要決定于設備本身以及冷卻方式。

2.2 廠用電消耗

燃煤發電廠廠用電消耗可以分為：鍋爐輔助設備電耗、汽輪機輔助設備電耗、輸煤系統電耗、化學系統電耗。鍋爐輔助設備電耗包括風機電耗、制粉電耗、除灰渣電耗和脫硫電耗。汽輪機輔助設備電耗主要由循泵電耗、凝泵電耗、給泵電耗等組成。在廠用電消耗中，風機、灰渣、脫硫、循泵、凝泵、給泵（電機拖動）都是耗電量比率較大的設備。

3 燃煤電廠節能降耗技術

燃煤發電廠節能降耗工作的最終是針對供電煤耗指標的下降。一個已經投運生產的發電廠中，各設備系統已經固定，綜合能效水平上下浮動的區間基本確定，通過運行優化和管理提升只能在一定程度上降低供電煤耗，但技術升級改造能夠階躍性地優化提升生產系統能效水平，產生明顯的節能效果。本文結合近幾年火電廠節能降耗的技術措施，從技術改造升級和運行優化兩個方面分析研究，提出提升燃煤電廠能效的具體技術路徑。

3.1 技術升級改造提升節能降耗水平

燃煤電廠技術升級改造主要針對鍋爐和汽輪機系統進行，發電機以及電氣系統目前整體效率較高，很難通過技改進一步提升效率，而鍋爐系統和汽輪機系統屬于電廠熱力系統，具有技術升級改造的可能性和能效提升的潛力。

（1）汽輪機綜合能效提升的技術改造

汽輪機綜合能效提升改造主要針對通流部分進行技改，減少汽封漏汽、級間漏汽，提高中壓缸和低壓缸內效率。對于主再汽水系統、疏水系統，采用高質量嚴密性好的疏水門，減少泄露損失。采用低壓缸排汽通道優化技術，安裝導流裝置優化排汽流場，減少排汽渦流、均勻排汽流速，使凝器換熱管的熱負荷更均勻、熱交換能力能夠更好發揮，從而提高凝汽器真空。對于給水泵采用小汽輪機驅動的，采用凝器與主機分開設置的，能夠有效提升小汽輪機效率。

（2）主再蒸汽管道彎頭優化

主再蒸汽管道如果存在90度彎頭則明顯增加阻力損失，造成主再蒸汽壓力降低，影響循環熱效率。將90度彎頭改為大角度彎頭，能夠有效減少蒸汽壓力損失，從而有效降到蒸汽節流損失和給水泵能耗。

（3）干除渣改造

我國燃煤電廠設計較多采用濕出渣系統，不僅耗水量大，耗電量也大，濕除渣系統耗電能夠達到廠用電比率的15%左右。而干除渣系統不耗水，耗電量極少，不到廠用電耗的1%，將濕出渣系統改為干出渣系統，能夠大幅度節約廠用電消耗。

（4）鍋爐吹灰汽源優化

大型鍋爐蒸汽吹大多采用主蒸汽，通過減壓后作為吹灰汽源，這樣就浪費了高品質蒸汽，而將汽源改為再熱蒸汽，完全滿足吹灰蒸汽參數要求。這樣就節約了高品質蒸汽，減少了汽水損失，并降低了吹灰系統故障率。

（5）空預器密封改造

空預器漏風對鍋爐效率產生較大影響，進行高效柔性密封改造，可以將漏風率降低在6%以下，能夠有效降低排煙損失和風機電耗。

（6）電機雙速或變頻改造

負荷變化需要調節的輔助設備有循泵、凝泵、閉冷泵、風機等設備，采用變頻調速或對電機進行雙速改造，是節約電耗的有效措施。目前很多電廠將循環、閉冷泵改為雙速電機，將凝泵、風機、輸煤皮帶等改為變頻調節，大大節約了廠用電。

3.2 運行優化調整節能降耗

燃煤電廠運行調整優化對節能降耗產生積極影響，具體可采用如下技術措施：

（1）優化“負荷—壓力”曲線。

通過實驗確定最優的“負荷—壓力”曲線，尋找最佳的負荷與主汽壓力對應關系，在負荷變化過程中，按照最優曲線進行控制，從而降低機組綜合能耗。

（2）優化循泵運行方式

根據不同季節和不同負荷，合理確定循泵運行方式，在廠用電消耗和凝器真空之間尋找最佳權衡，保證最有利真空，實現綜合能耗指標最優。

（3）鍋爐燃燒優化調整

通過燃燒試驗確定最佳煤粉細度;優化鍋爐燃燒配風和磨煤機運行方式，通過實驗和經驗確定最佳燃燒調整方式，提升鍋爐效率，并綜合考慮鍋爐輔機電耗、主再汽溫度，其最優目標是供電煤耗最低。

（4）操作尋優系統

在發電廠集中監控系統（SIS）系統的基礎上，開發操作尋優系統，能夠實時計算機組綜合能耗和各分項技術經濟指標，并能提出優化調整策略，對運行人員提供機組能效進行有效建議和指導。

4 結論

供電煤耗反映了燃煤電廠能效水平，投產機組提效措施分為技術改造和運行調整兩種。技術改造主要包括汽機提效改造、主再蒸汽管道彎頭優化、空預器柔性密封改造、干出渣改造、吹灰汽源優化、輔機雙速或變頻改造，運行調整措施有“負荷—壓力”曲線優化、循泵運行方式優化、鍋爐燃燒調整優化、開發尋優操作系統等方式。燃煤電廠可以通過技術經濟性分析，科學論證和選擇節能降耗的技術措施。

作者簡介：岳偉斌（1979—），男，江蘇南京人，工程師、經濟師，從事電廠生產和管理工作。