大型燃煤火电机组节能评价与系统优化.pdf

第 3 7卷第 3期 2 0 1 0年 5月 华 北 电 力 大 学 学 报 J o u rna l o f No rt h C h i n a E l e c t r i c P o we r Un i v e r s i t y V01 ． 3 7． No ． 3 Ma y． 2 O1 0 大型燃煤火 电机组节能评价与 系统优化 王宁玲 ，杨志平，武 宇 华北 电力大学 电站设备状态监测与控制教育部重点实验室 ，北京 1 0 2 2 0 6 摘要加强大型燃煤发电机组的能效分析与节能管理，有效降低已投运机组的能耗水平，在 当前仍然是重要 和紧迫的任务。基于系统节能评价技术与耗差分析方法，选取两台当前火电主力6 0 0 MW 等级机组，按照科 学的节能评估方法学，通过对系统、设备运行经济性水平开展系统性评估，准确掌握当前能耗水平偏差，科 学识别和分析节能潜力，有针对性地提 出系统的节能技术改造、检修优化措 施，取得 了良好 的节能降耗 效 果 关键词 大型燃煤 火电机组 ；能耗 ；节能评价 ；系统优 化 中图分类号 T K 0 1 文献标识码 A 文章编 号1 0 0 7 2 6 9 1 2 0 1 00 3～ 0 0 5 50 4 En e r g y- s a v i n g e v a l ua t i o n a n d s y s t e m o pt i m i z a t i o n f o r l a r g e c o a l - fir e d p o we r u n i t s W ANG Ni n g l i n g， YANG Zh i p i n g， W U Yu K e y L a b o l a t o r y o f C o n d i t i o n Mo n i t o r i n g a n d C o n t r o l f o r P o w e r P l a n t E q u i p m e n t o f M i n i s t r y o f E d u c a t i o n ， N o rt h C h i n a E l e c t r i e P o w e r U n i v e r s i t y ， B e i j i n g 1 0 2 2 0 6， C h i n a Abs t r ac t I t i s i mp o r t an t a nd u r g e n t for l a r g e c o a l fir e d po we r un i t s t o i mpr o v e t h e e ne r gy e ffe c t i v e n e s s a n a l y s i s a nd e n e r g y s a v i ng ma n a g e me nt S O a s t o r e dn e e t h e e ne r gy c o ns u mpt i o n l e v e l f o r t h e un i t s i l l o p e r a t i o n．Ta k i n g t wo 6 0 0MW c o a l f i r e d po we r u ni t s for i n s t a n c e，t h e e n e r g y s a v i ng e v a l u a t i o n t e c hn o l o gy a nd e ne r gy l o s s a n a l y ． s i s me t h1 d na s i n ho d u c e d t o e v a l ua t e t i l e e c on o mi c p e r f o r ma n c e o f s y s t e ms a n d e q u i p me nt ．a na l y z e t h e e u ne n t de v i a t i o n o f e n e r g c 0 n s ump t i o n a n d de t e r mi n e t he e r le r g s a vi n g p o t e nt i a l o f p o we r u n i t s ．Ba s e d o n t h i s，s e v e r a l o pt i mi z e d s o l ut i o ns we r e pe r f o r me d o n e n e r g y s a v i n g r e t r o fit a nd ma i nt e na nc e o p t i mi z a t i o n，whi c h ma d e f a v o r a bl e e ne r gy c o n s e r v a t i o n a n d c o n s H n l p t i o n r e du c t i o n． Ke y wor ds l a r g e c o a l fir e d t h e r n l a l p o we r un i t s；e n e r gy c o n s u mpt i o n；el l e r g y s a v i ng e v a l u a t i o n；s y s t e m o pt i mi z a t i o n 0 引 言 “ 十一 五” 以来 ，我国火力发 电节 能降耗工 作取得重大进展 ，全 国平均供电煤耗已由 2 0 0 6年 的 3 6 6 g ／ k W h 下降到 2 0 0 8年的 3 4 9 g ／ k W h ，年均下降 7～1 0 g ／ k W h 。但需要清醒认 识 的是 ，近年来全 国供 电煤耗快速下降主要得益 于火电装机结构性 调整 ，在役机组供 电煤耗并无 明显改善 ，其中 6 0 0 M W 亚临界机组 2 0 0 8年供 电 煤耗较 2 0 0 6年增长 2 g ／ k W h 。加强发电企 业 ，特别是火力发电企业的能效分析与节能管理 ， 收稿 日期 2 0 0 91 1 一l 0 有效降低 已投运机组 的能耗水 平，在 当前仍然是 重要和紧迫的任务。 本文基于系统节 能评价技 术 与耗差分析分析 方法 ，选取两 台当前火 电主力 6 0 0 MW 等级机组 开展了节 能分 析 研究 ，取 得 了 良好 的 节能降 耗 效果。 1 火 电机组节能评价技术 火电机组 节能评价技术 ，就是按照科学的节 能评估方法学 ，通 过对系统 、设备运行 经济性水 平开展系统性的定期和专项 评估 ，准确掌握 当前 能耗水平 ，识 别和科学预测节能潜力 ；提出系统 的节能技术改造 、检修优化措施 ，最终 实现火 电 华 北 电 力 大 学 学 报 2 0 1 0矩 机组的性能优化。 在凝汽式机组中，供 电煤耗可较 全面地反映 机组经济性 ，因此选择供电煤耗作为机组经济性 评价准则 。 而根据影响供电煤耗 的主要因素分析 ，可设 定评估范围包括机组主要运行参数 ，汽轮机热耗 、 汽轮机缸效率 、汽轮机抽汽 回热系统 、锅炉效率 、 三大风机运行状况 、磨煤机 、烟风系统 、烟尘排 放 、燃煤 品质 、主要辅机 电耗 、主要设备与主再 热蒸汽管道的保温状况。 1 ． 1 火电机组节能分析方法 火 电机组节能潜力 分析常采用耗差分 析法。 耗差分析方法可 以从数学分析的角度推导 ，假定 某负荷下的供 电煤耗为 Y ，该负荷下影响机组经 济性的各个参数或因素分别为 、 、⋯ 、⋯ 包括非运行因素如煤质 、进风温度 、循环水温度 和运行因素如氧量 、主蒸汽压力等 ，则可 以把供 电煤耗表示成多元函数 ，即 Y 1 ， 2 ， ⋯ ⋯ 1 假定各个参数之间相互独立 ，线性无关 ，且 函数连续可导，则煤耗率的全增量可表示为 A y Y l Y 0 fl l l ， 2 l ， ⋯ n ⋯ 1 一 2 f l 0 ， 2 o ，⋯， o ，⋯， o 或者 A y 著 血 。 蕞 3 式中 X i 0 分别为第 i 项因素或参数的运行值 和基准值 ； 为函数l厂 沿 方向的偏导数； 似l 为第 i 项因素或参数 的增量，第 i 项 因素 或参数 A x 一 0 。 可见在各个参数不相关的情况下 ，各参数单 独变化所造成的煤耗偏差等于煤耗率总偏差。实 际运行证明，这种假设是满 足工程计算需要 的。 在实际应用 中，只需确定不 同负荷下各参数运行 的基准值和相应的基准煤耗，即 Y 0 fl l o ， 2 0 ， ⋯， 0 ， ⋯ 0 4 当参数发生变化时 ，变化后的煤耗可表示为 YlY oAy 1 ． 2机组节能评价分析结果 本文采用耗差分析方法 ，在锅炉燃烧及制粉 系统 、汽轮机及热力系统、辅机系统 3个层面上 进行系统分析和节能潜力诊 断，确定各 因素对机 组供电煤耗 的影响。炉侧参数 主要采用公式法进 行分析 ，主蒸汽 和排汽参数 主要根据汽轮机厂家 提供的热耗修正曲线进行分析 ，对于影 响热力系 统的各种因素根据等效热降法进行计算 ，缸效率 的影响主要采用小偏差分析法。不 同负荷时 ，机 组主要参数变化及各典型工况对供电煤耗 的影响 如表 1 所示。 表 1 机组主要参数变化及各典型工况对供电煤 耗的影响情况 T a b ．1 E f f e c t s o f ma i n p a r a me t e r s a n d t y p i c a l c o n d i t i o n s o n c o a l c o n s u mp t i o n ．．⋯． 供电煤耗增加量／g k W h 工况及参数 ，变化 眦 2 6 0 0 M W 机组节能优化措施与实施 本文以2台 6 0 0 MW 火电机组为例 ，如 图 1 第 3期 王宁玲，等大型燃煤火电机组节能评价与系统优化 5 7 所示 。重 点开展 了燃烧优 化 、汽轮 机滑压 优化 、 顺序阀控制优化 、通 流部 分间隙调整和 汽封改造 等综合优化措施 的研究与实施 。 2 ． 1 案例机 组概 况 图 1 6 0 0 MW 火 电机 组 热 力 系统 示 意 图 Fi g ．1 S c h e ma t i c di a g r a m o f 6 00 MW t h e r ma l p o we r s y s t e m 案例机组 1 锅炉为6 0 0 MW 亚临界中间一次 再热 、强制 循环 、平衡 通风 、单炉 膛 、悬 吊式 、 四角切 圆燃烧 、固态排渣 、紧身封 闭、全钢构架 兀型燃煤汽包炉 ，型号为 S G一 2 0 2 3 ／ 1 7 ． 5一M9 1 4 ， 设计煤种为 神华 万 里川 I 烟 煤 ，锅炉 设计 效 率 为 9 2 ． 7 l ％。汽 轮机 为亚 临界 、一 次 中间再 热 、单 轴 、三缸 四排汽 、冷凝式汽轮机 ，型号 为 N 6 0 0 1 6 ． 6 7 ／ 5 3 8 ／ 5 3 8，设计热耗为 7 7 4 8 k J ／ k W h 。 机组设计供电煤耗为 3 3 0 k W h ，2 0 0 7年机 组实际供电煤耗为 3 3 8 g ／ k W h 。 案例机组 2 锅炉为 6 0 0 M W 超临界一次中问 再热变压运行螺旋管圈直流炉 ，采用 四角切 圆燃 烧方式 、平衡通风 、固态排渣 、全钢悬 吊结构 兀 型露天布置，型号为 S G一2 0 2 3 ／ 1 7 ． 5一M 9 1 4，锅 炉设计效率为 9 3 ％。汽轮机为亚 临界 、一次 中间 再热 、单轴 、四缸四排汽 、冷凝式汽轮机 ，型号为 N 6 0 0～2 4 ． 2 ／ 5 6 6 ／ 5 6 6 ， 设计热耗为7 7 4 7 k J ／ k W h 。 机组设计供电煤耗为 2 8 7 g ／ k W h ，2 0 0 7年机 组实际供电煤耗为 3 5 5 g ／ k W h 。 2 ． 2 锅炉燃烧及制粉 系统优化 影响锅炉效率的因素有排烟温度 、飞灰可燃 物 、炉膛 出 口烟气 含氧量 、空 气预热 器漏风率 、 炉底灰渣可燃物 、锅 炉保温等。锅炉燃烧 调整 应 考虑锅炉飞灰和炉渣含碳量等 因素进行综合优化 。 案例机组 1的煤质较稳定，运行效率较高， 可通过调整锅炉最 佳氧量进 一步提 高锅炉效率 。 分别在 0 MW，4 8 0 MW，3 6 0 MW 负荷下进行试 验 ，保持其他 参数不 变，调整送 风机挡 板开度 ， 改变一 、二次风量 和不同负荷下的锅炉氧量 ，确 定氧量变化对锅炉燃烧效率 、蒸汽温度及其他运 行参数的影响，得到锅炉最佳氧量曲线。试验结 果表明，通过锅炉氧量调整优化 ，可降低 供电煤 耗约 1 ． 5 g ／ k W h 。 案例机组 2燃用 的煤种特性严重偏离设计值 ， 燃烧劣化 ，再热蒸汽温度偏低约 2 0～ 3 0。 【 ，运行 经济性 、安全性较差 。燃烧优化调整前 ，经常 由 于锅炉积灰严重而发生垮灰灭火。该机组燃烧调 整为性能优化的重点 ，技术难度较大。通 过不 断 地摸索和试 验研究 ，实施 了多方 面的优化措施 ， 较好地完成 了优化 调整工作 ，提高 了锅炉效率 ， 降低 了煤耗。 1 锅炉左 右侧 烟气 温度偏差调整 。调整试 验前，右侧主汽温度 高于左 侧，需投入较多减温 水。试验调整表明，锅炉分离燃尽风 S O F A水 平摆角为 5 。 左右偏差较小 ，实际运行 中可增加偏 置风或减弱反切 S O F A来调整烟气的左右偏差。 2 再热蒸汽温度调整 。图 2所示为 4 5 0 M W 负荷下 ，燃烧器摆角以 7 0 ％，8 0 ％ ，9 0 ％ ，1 0 0 ％ 摆动时对过热 汽温和再 热汽温 的影响。当煤 种 、 工况不变时 ，改变燃烧器摆 角，同时对飞灰进行 取样分析。经分析看到 ，随燃烧器摆角增大 ，飞 灰可燃物也相应增加 ，当燃烧器摆角从 9 0 ％变化 ‘ 到 1 0 0 ％时 ，飞灰可燃物可达 1 2 ． 0 6 ％。建议将燃 烧器摆角控制在 8 0 ％ 以下运行 ，尽量利用二次风 量的匹配来调整炉 内燃烧 ，增加再热汽温。 窳 廷 世 7 0 80 9 0 9 9 喷燃器 角 度／ 。 一 过热汽温 一 再热汽温一 飞灰含碳量 l 4 一 1 0面 s 幕 4 ’ 2 0 图 2喷燃 器角度与再热汽 温曲线 Fi g ． 2 Re l a t i o n s h i p b e t we e n t h e bu r n e r a n g l e a n d r e h e a t i n g s t e a m t e mpe r a t ur e 2 ． 3 汽轮机及热力系统优化 影响汽轮机热耗的主要 因素有主蒸 汽、再热 蒸汽 、回热 、排汽参数 ，系统外漏 、内漏 和汽封 间隙等。在 2台案例机组上实施的具体优化措施 5 8 华 北 电 力 大 学 学 报 2 0 1 0矩 包括 1 进行主汽压力 定滑压运行 优化试 验 ，确定不同负荷时最佳主汽压力 ； 2 尽可能 使汽轮机汽封安装 间隙保 持设计值 ，或采用布莱 登汽封和蜂窝汽封进行汽封改造 ； 3 将汽轮机 的单阀运行方式切换为顺序 阀方式 ，从而降低节 流损失，提高汽轮机效率 ； 4 减少汽轮机内蒸 汽泄漏 ，有效提高运行经济性，这种改造成本远 低于通流部分改造。 案例机组 2于 2 0 0 8年 1 O月 1 0日实施顺 序 阀切换工作 ，负荷为 4 0 0 MW，切换后 ，主汽流 量由 1 2 0 2 t ／ h下降为 1 1 7 6 t ／ h ，降低约 2 ． 2 ％ ， 机组供电煤耗降低约 5 ． 0 g ／ k W h ，同比降低 1 ． 5 g ／ k W h ，节能效果显著。 表 2所示为对机组进行 间隙调整和布莱登汽 封改造后 ，利用耗差分析确定 的不同工况下汽轮 机热耗和煤耗变化情况。 大修后热负荷试验数据和计算结果表明 ，在 3 6 0～ 6 0 0 M W 日常调峰负荷范围内，机组的发电 热耗平均降低 2 3 1 k J ／ k W h ，达 3 ％左右 ，发 电煤耗平均降低 8 ． 6 g ／ k W h ，o满负荷下，大 修后热耗降低 3 3 4 k J ／ k W h ，降低 4 ． 0 ％ ，发 电煤耗平均降低 1 2 ． 5 g ／ k W h ，降低 4％。 表 2 间隙调整 和汽封改造前后汽轮机热耗 与煤耗变化情况 Ta b．2 He a t a nd c o a l c o n s ump t i o n o f s t e a m t u r bi n e be f o r e a nd a f I e r t h r e t r o f i t 负荷／ MW 6 0 0 5 4 0 4 8 0 4 2 0 3 6 0 平均 大修前 8 4 6 4 ． 8 8 5 0 6 ． 9 8 6 9 0 ． 0 8 8 0 0 ． 0 8 9 5 0 ． 0 8 6 8 2 ． 3 热耗率／ k J 大修后 8 3 1 9 ． 8 8 3 5 5 ． 8 8 5 8 0 ． 0 8 6 4 5 ． 0 8 6 7 5 ． 0 8 5 1 5 ． 1 k W h 降低1 4 5 ． 0 1 5 1 ． 0 1 1 0 ． 0 1 5 5 ． 0 2 7 5 ． 0 1 6 7 ． 2 大修前 3 1 5 ． 2 3 1 6 ． 8 3 2 2 ． 6 3 2 8 ． 1 3 3 3 ． 3 3 2 3 ． 2 煤耗率／ g 大修 后 3 0 9 ． 8 3 1 1 ． 2 3 1 9 ． 7 3 2 2 ． 2 3 2 1 ． 8 3 1 6 ． 9 k W h 降低 5 ． 4 5 ． 6 2 ． 9 5 ． 8 1 1 ． 6 6 ． 3 2 ． 4 辅机系统优化 在 2台案例机组辅机系统方 面实施的节能优 化措施主要包括 1 循环水泵优化运行 。通过 循环水泵的启停实现冷端 系统运行优化 ，当汽轮 机的做功增加量大于启动循环水泵 的耗 功量时， 启动循环水泵 ；否则停运循环水泵。 2 调整给 水泵小汽轮机的轴封 间隙，治理 系统泄露 ，减少 高品位工质损失，降低能耗，提高机组效率。 3 高能耗辅机的变频改造。通过变频控制 ，降 低设备能耗，降低厂用 电率。 对比凝结水泵分别运行在工频和变频工况下 3 0 d的节能效果 ，结果显示 ，凝结水泵改为变频 运行 后 的 用 电 量 仅 为 改 造 前 工 频 运 行 时 的 3 4 ． 2 6 ％，影响供电煤耗 1 g ／ k W h 左右 ，节 能效果显著，投入生产 1个月就 已实现节能效益 3 0多万元 3 结 论 本文基于系统节能评价技术与耗差分析分析 方法系统研究了6 0 0 M W 级火电机组 的节能潜力 ， 通过对所选典型机组实施综合优化措施 ，取得 良 好的节能降耗效果。其 中案例机组 1的供 电煤耗 由2 0 0 7年 的 3 3 8 g ／ k W h 下 降为 2 0 0 8年 的 3 2 9 g ／ k W h ，下降9 g ／ k W h ；案例机组 2 的燃烧稳定 性大大改善 ，供 电煤耗 由 2 0 0 7年 的 3 5 5 g ／ k W h 下降为 3 2 6～ 3 3 0 g ／ k W h 左 右，节能效果显著。 参考文献 [ 1 ]中国电力行业年度发展报告 2 0 0 8[ R] ．北京中国 电力企业联合会 ，2 0 0 8 ． [ 2 ]杨勇平，杨昆．火 电机组节能潜力诊断理论与应用 [ J ] ．中国电机工程学报， 1 9 9 8 ，1 8 2 1 3 1 1 3 4 ． [ 3 ]中国华电集团动力技术研究 中心，华北 电力大学． 6 O O MW机组节能降耗的对策研究报告 [ R] ．2 0 0 8 ． 作者简介 王宁玲 1 9 7 5一 ，女 ，讲师 ，从事能源 ，发电领 域节能减排政策及关键技术研究。