先进节能技术在火电厂的应用及效果.pdf

节能降耗专栏 湖南电力 第2 9 5 ／ 2 0 0 9年第3期 先进节能技术在火电厂的应用及效果 刘涤萍 。焦庆丰 ，黄志丹 ， 黄学工 。李明 1 ．湖南省节能中心 ，湖南 长沙 4 1 0 0 0 7 ；2 ．湖南省电力公 司试验研 究院，湖南 长沙 4 1 0 0 0 7 ； 3 ．大唐华银电力股份有限公司，湖南 长沙4 1 0 0 0 7 ；湖南省经委电力处，湖南 长沙4 1 0 0 1 1 摘要科技进步对发电企业节能降耗具有明显的促进作用，先进实用的节能技术在火 电厂得到广泛应用。介绍 了少油点火与稳燃、变频调速节能技术在湖南省火电厂的应用 情况及节能效果，明确提 出了火电厂节能改造 中应注意的问题。 关键词 火电厂；少油点火与稳燃；变频调速 ；节能技术 ；改造 中图分类号 T M 6 2 1 ； T K O 1 8 文献标识码B 文章编号 1 0 0 8 - 0 1 9 8 2 0 0 9 0 3 - 0 0 5 4 - 0 3 ● ■ ‘ |_ _ 一 J 刖 吾 火 电机组无论是冷、热态启动 ，还是机组低负 荷运行 、锅炉燃用煤质变 差时，都需投入油枪运 行。由于火电厂燃油量大且价格高 ，导致发电成本 增加、经济效益下降 ，而使用先进的技术 ，可使燃 油雾化效果更好 ，改善燃烧状况 ，提高燃烧效率 ， 减少点火与稳燃用油量 ，节油效果明显。 水泵与风机是火电厂的主要耗电辅机设备 ，一 般都采用定速驱动 ，其输出功率不能随负荷变化而 调节 ，只能通过改变挡板或阀门的开度来调整 ，势 必造成部分能源的节流损失 。与发达国家相比，我 国火电厂的煤耗偏高 1 0 ％以上，其中一个原因是 主要辅机运行效率低、厂用 电率高 。如何提高火电 厂辅机经济性 ，是一项重要的节能工作。 2 少油点火与稳燃节能技术 少油点火与稳燃节能技术是对锅炉燃烧器原有 点火及稳燃技术的创新和改进 ，是将锅炉大油枪改 造为能够满足使用要求 的小油枪 ，同时对相关 的燃 油、压缩空气系统和控制系统进行改造，以提高点 火系统燃油的雾化度和燃烧效率，一般在锅炉启动 和稳燃投油时具有 良好 的节油效果 。 2 ． 1 少油点火与稳燃技术特点 2 ． 1 ． 1 气化小油枪技术节油原理 利用压缩空气 的高速射流将燃油直接击碎，雾化成超细油滴后燃 烧，同时利用燃烧产生的热量对燃料进行初期加 收稿 日期 2 0 0 9 - 0 2 - 2 6 热、扩容 、后期加热 ，在极短的时间内完成油滴的 蒸发气化，使油枪在正常工作过程中直接燃烧气体 燃料，从而大大提高燃烧效率和火焰温度。气化燃 烧后 的火焰中心温度高达 1 5 0 0～2 0 0 0 o C，可作 为 高温火核在煤粉燃烧器内直接点燃煤粉燃烧 ，从而 实现在锅炉启 、停及煤质变差、低负荷稳燃过程中 节约燃 油 的 目的。气 化小 油枪 出力 一 般 为 5 O～ 1 0 0 k g ／ h ，对锅炉燃用煤质及稳定性均有较严格的 要求 ，同时 ，系统故障较多、油枪易堵塞 ，运行维 护 成本 较高 。 2 ． 1 ． 2 机械雾 化小油枪技术节油原理 直接改进 油枪雾化片 ，将雾化片的雾化孔径改小 ，提高燃油 的雾化效果和燃烧效率 ，达到快速点燃煤粉 、稳定 燃烧及节油的 目的。通常是拆除原有的大油枪 ，将 其改造为 4 0 0～ 6 0 0 k g ／ h出力的小油枪。机械雾化 小油枪对锅炉燃用煤质及稳定性的要求低于气化小 油枪 ，且系统改造工作量小 、改造费用低、运行维 护要求不高 ，现场实用性较好。 2 ． 2 少油点火与稳燃技术的应用效果 2 ． 2 ． 1 湖南某电厂采用少油点火与稳燃技术作为 节能措施， 应用于2台3 0 0 M W机组 w型火焰锅 炉，双调风旋流燃烧器 。改造方案是拆除 3 ，4 号锅炉原有 的 A 1 ，A 2 ，A 3 ，A ，C ，C 2 ，C 3 ，C 4 各8 个机械雾化大油枪，将其改造为机械雾化小油 枪，油枪出力由原来的 1 5 0 0 k g ／ h改为 6 0 0 k g ／ h ， 同时更换原来的推进装置及汽缸、附属设施，改进 火检系统。2 0 0 8年 7月改造竣工后，取得了明显 第2 9 - ／ 2 0 0 9 年第3 期 湖南电力 节能降耗专栏 的经济效益 ，见表 1 。 表 1 3 0 0 MW 机组小油枪改造前后耗油情况 从表 1 可看 出，改造后该 电厂 2台 3 0 0 Mw 机 组每年可节油 2 4 0 t ，若燃油价格按 5 0 0 0 t 计 算， 则每年可产生直接经济效益 1 2 0万元。 2 ． 2 ． 2 湖南某 电厂 2 X 3 1 0 b l W 机组 的 w 型火焰 锅炉 ，油枪采用前后墙布置，共 2 4支 ，对 2台锅 炉各 1 2支油枪进行机械雾化小油枪 改造 ，油枪 出 力 由原来的 9 5 0 k g ／ h改为 4 5 0 k g ／ h ，没有 改变安 装方式以及油枪枪身 ，只改进油枪雾化片 ，将雾化 片的雾化孔径改小 ，目前已经使用 2年多时间 ，实 际使用情况理想，生产了较好的节能效益见表2 。 表 2 3 1 0 MW 机组锅炉小油枪改造前后耗油情况 2台锅炉小油枪 改造后 年节油 2 0 0 t ，按燃油 5 0 0 0 Y v Jt 计算 ，每年 可节约燃油成本 1 0 0万元 ， 小油枪改造费用在当年即可收回。 3 变频调速节能技术 随着高压变频调速技术 的发展 ，各种大容量高 压变频器产品 ，既能满足 生产需要 ，又 有节能效 果，同时可减少辅机设备检修维护费用，已成为火 电厂降低厂用电率、提高运行经济性的有效途径。 3 ． 1 变频调速技术特点 3 ． 1 ． 1 调节性能好 采用变频调速后 ，调节范围增大 ，与现有的控 制系统相结合，具 有优异 的调节性 能调 节平稳、 调节范围宽、调节线性度可达 0 ． 9 9 、控制精度高； 可以运行在不同转速 ，满足流量连续变化的要求 。 3 ． 1 ． 2 启动电流冲击小 在没有变频装置而直接启动时，一般会产生6 7 倍额定值的启动电流，对电机、电缆、开关产 生很大的电流冲击，影响设备的使用性能；使用变 频装置启动时，电流从零开始，随转速升高而增 加， 不会超过额定电流，真正实现了软启动。 3 ． 1 ． 3 电源容量利用率高 使用变频调速装置后 ，功率因数高 一般在 0 ． 9 5以上 ，节省无功 ，减轻了变压器负担，提高 了电源容量利用率。 此外，采用变频调速的电机运行频率一般为 4 0 Hz ，运行噪音 明显下降 ，在低速运行时基本 听 不到噪音，明显改善了运行环境。 3 ． 2 变频调速技术的应用效果 随着高压变频调速技术 日 趋成熟，高参数、大 容量变频器价格不断降低 ，已逐渐成为火电厂节能 降耗的重要措施之一。湖南省已有多家火电厂对风 机、水泵等电机进行了变频调速改造，降低了厂用 电率，实现了辅机的经济运行。 3 ． 2 ． 1 锅炉风机的变频改造 锅炉送 、引风机及一次风机是火电厂内的耗电 大户 ，其耗电量 约 占厂用 电量 的 3 0 ％、机 组发 电 量的 2 ％左右 ，是变频技术改造的首选对象。 某电厂 3 0 0 MW 机组 ，锅 炉一次 风机 型号 为 G 5 5 4 N 0 ． 1 9 ． 5 F，制粉系统为直吹式。采用 了不 改变原有风机 和电动机而只加装 变频器 的改造方 案 ，利用变频器来改变 电机转速、调节风机风量 ， 取得了最大限度的节能效果 。在 2 0 0 M w 负荷工况 下 ，与另 1台没有改造 机组 的对 比试验数据见 表 3。 表 3 一次风机变频改造节 电效果比较 根据该电厂 2 0 0 8 年统计数据，机组平均负荷 率 7 2 ％， 实际运行约 6 0 0 0h ，1台一次风机变频 运行 比工频运行每小 时节 电 7 0 0 k W，则 全年可节 电7 0 0 k W X 6 0 0 0 h 4 2 0万 k wh ；按平均电量价 格0 ． 3 tJk Wh ， ， 机组全年节电获得的经济效益为 4 2 0万 k wh ／ 台 0 ． 3 _ ／ k Wh 2台 2 5 2万元。 可见变频节能改造的经济效益很好。实际上， 低负荷下变频调节的节能效果明显 ，改造投资可以 很快收 回。 3 ． 2 ． 2 水泵的变频改造 火电厂 1 台发电机组通常设计 2台 1 1 0 ％容量 的凝结水泵 ，1台运行，1 台备用。由于凝结水泵 定速运行，靠出口调节门进行节流控制，节流量 大，出口压力高，经常发生管道法兰冲坏，造成大 - 5 5 节能降耗专栏 湖南电力 第2 9；-f ／ 2 0 0 9 年第3 期 量漏水，导致不能正常运行甚至损坏凝泵，增加了 维护工作量；电动调节门是电动机械结构，存在线 性度差、调节滞后、调节品质差等问题 ，影响水位 调节的稳定性；而且由于凝结水压力高，再循环门 容易发生内漏。这些严 重威胁 着机组安全经济运 行 。 凝 结 水 泵 电 动 机 的 功 率 范 围 是 5 0 0 1 5 0 0 k W，有必要进彳 寓压变频改造。因为凝结水 泵一用一备， 采用 1 台高压变频器的“ 一拖二” 方案 较为经济。典型工况下的对比试验数据见表 4 。 表 4 凝结水泵变频改造节 电效果比较 凝结水泵采用变频调速改造后 ，不需要调 门节 流调节，运行压力降低，再循环门的泄漏可以消 除 ，部分负荷下电机的功耗大幅下降。 根据表 4中的数据 ，以 8 0 ％额定负荷 的节 电 效果计算 ，凝结水泵变频运行比定速运行每天节电 1 0 6 8 0 k Wh ，1 年按运行 2 5 0 d计算 ，全年可节电 1 06 8 0 k wh2 5 02 6 7万 k Wh 按平均电量价格 0 ． 3 r e ／ k Wh ，则全 年节 电获 得 的经济效益为2 6 7万 k Wh 0 ． 3／ k Wh8 0 ． 1 万 元 。 低负荷下变频调节具有节能效果 ，同时，由于 变频运行时压力降低 ，可避免管道震动、法 兰 冲 坏，还提高了机组的可靠性 。 1台 3 0 0 M W 机组 的送 、引风机 、一次 风机、 凝结水泵等主要辅机全部实施变频改造后 ，预计可 降低厂用电率 1 ％ ～1 ． 2 ％，折合供电煤耗可降低 约 3 ． 5 4 ． 2 g ／ k Wh ，每年可节约标准煤约 5 0 0 0 t ， 减少发电成本 3 5 0万元。 4 火电厂节能改造中应注意的问题 4 ． 1 少油点火与稳燃改造 4 ． 1 ． 1 受煤炭市场影响，湖南省火电厂人厂煤种 杂、煤质差 、煤质波动范围大，锅炉实际燃用煤质 严重偏离设计值，大部分设计燃用贫煤的锅炉被迫 掺烧大量无烟煤，因此，在这种燃煤状况下。锅炉 油枪改造不宜采用气化小油枪技术，主要因为在启 5 6 动期间，特别是冷态启动时，气化小油枪出力偏 小，难以实现直接点燃无烟煤煤粉的目的，导致启 动时间大大延长，其节油效果并不明显。 4 ． 1 ． 2 机械雾化小油枪节能改造，是以降低油枪 出力实现节油为目 标的，但同时也减弱了油枪点火 与稳燃 的能力 ，因此在机组低负荷运行或锅炉燃用 煤质变差时，应特别注意炉内燃烧稳定性，提前做 好投油稳燃的技术和思想准备，防止发生锅炉灭火 甚至非停事故。 4 ． 1 ． 3 在机组启动 ，特别是冷态启动时一定注意 控制启动速度 ，防止启动速度过快或投粉过早 ，造 成煤粉燃烧不完全。当燃煤挥发分偏低 干燥 无 灰基在 5 ％左右 时，即使是在小油枪燃烧 良好 、 炉膛热风温度达到常规投粉要求的情况下 ，小油枪 也可能仅点燃少部分煤粉，使锅炉尾部烟道积粉， 因此 ，必须加强运行监视 ，适当调整运行方式 ，及 时消除安全隐患。 4 ． 2 变频调速改造 4 ． 2 ． 1 电动机作为辅机的动力源其作用非常重要 ， 在变频调速改造时 ，首先须考虑系统的可靠性。如 果因为变频装置故障造成辅机跳闸甚至锅炉灭火， 带来的损失是不能简单地用节电效果来折算的。 4 ． 2 ． 2 变频调速改造 ，应科学地选择对象。对 于 负荷变化较大的电动机， 使用变频调速装置节电效 果较明显 ，而对于负荷变化较小的电动机 ，则节电 效果不 明显，反而增加了中间环节和损耗 ，还有相 当可观的初始投资。 4 ． 2 ． 3 变频调速 以转矩大、精度高 、功能强、可 靠性高、操作简便等功能优于其它调速方式。但转 速调节范围不宜过大 ，通 常应 不低于额定转速 的 5 0 ％，最好在 7 0 ％ ～1 0 0 ％之间。当转速低于 5 0 ％ 额定转速时 ，风机 、水泵本身的效率明显下降，采 用变频调速反而不经济 。 参考文献 [ 1 ]锅炉油枪节油改造项目验收评审会议材料 [ R ] ．大唐华银电 力股份有限公司．2 0 0 9 ． [ 2 ]李明，黄丕维，朱光明，等．火电厂泵与风机变频改造技术 ’ 及应用 [ J ] ．华电技术， 2 0 0 8 ， 8 ． 作者简介 刘涤萍 1 9 6 1 一 ，女 ，副总 工程师 ，长期从事节 能测 试、节能 技改、节能监测及能源审计监察工作。