火力发电厂主要节能技术措施20130905.doc

火力发电厂 主要节能技术措施 深圳城市节能环保科技有限公司 2013年9月 目录 一、电厂节能改造 1 二、电厂能源审计 1 三、电厂能耗现状 2 四、节能技术措施 2 1.汽轮机通流部分改造 2 2.电动给水泵改汽动给水泵 4 3.汽封改造 5 4.提高冷端系统运行性能 6 5.锅炉燃烧优化调整 7 6.风机节能 7 7.低压电器设备节电 9 8.微油点火技术 9 9.冷凝热回收 10 10.凝汽器螺旋纽带除垢装置技术 11 11.烟气余热深度回收 12 12.凝汽器真空保持节能系统技术 13 13.高压变频调速 14 14.电除尘器节能提效控制技术 15 15.电站锅炉空气预热器柔性接触式密封技术 16 一、电厂节能改造 火力发电厂简称火电厂,是利用煤石油、天然气等作为燃料生产电能的工厂,它的基本生产过程是燃料煤在锅炉中燃烧加热水使成蒸汽,将燃料的化学能转变成热能,蒸汽压力推动汽轮机旋转,热能转换成机械能,然后汽轮机带动发电机旋转,将机械能转变成电能。 电厂运营生产中,需要使用厂用电。锅炉点火需要使用燃油。 以此确定电厂节能改造主要目的减少耗煤量提高能源转化效率、减少能源浪费、减少厂用电提高设备使用效率,减少电能浪费。从所有用能的角度,还包括减少点火燃油量。 节能改造流程能源审计节能改造验收。工程实施可以考虑合同能源管理模式。 二、电厂能源审计 节能改造工程之前有必要对全厂的能源使用和管理实施能源审计,以便在评估分析后确认节能改造的边界范围、技术方案、节能效果。双方据此签订节能改造合同,实施节能改造工程。 评估方法通过试验诊断、现场勘察、运行数据分析等方法,对影响机组能耗的各种因素进行定量分析和分类排序包括可控损失和不可控损失,针对性地提出技术改进方案和运行调整措施,给出技术改进后机组能耗指标的目标值。 评估范围涵盖汽轮机、锅炉、热力系统、电气辅助设备等设备与系统,还将全厂多台机组的运行方式优化、出力系数、环境温度等外部因素纳入评估范围。 评估主要内容汽轮机各缸效率、凝汽器真空、热力系统泄漏、给水温度、加热器端差、凝结水过冷度、凝结水泵焓升、给水泵焓升、减温水量、飞灰含碳量、排烟温度、运行参数、空预器漏风率、循环水泵、凝结水泵、风机电耗、制粉系统裕量与运行情况、 保温、环境温度、机组启停次数、出力系数等。 三、电厂能耗现状 现今电厂能源消耗存在问题 1、电站系统及设备问题 设备的设计、制造、安装等原因,使国产机组性能达不到同等进口机组水平,效率普遍低于设计保证值,20万千瓦机组效率差57,早期投产引进型30万千瓦机组效率差25,国产60万千瓦超临界机组效率差约12.5;电站未进行优化设计,主辅机选型及热力系统设计没有达到最佳。 2、运行管理问题 运行管理水平不高,实际运行煤耗普遍高于考核试验值24;煤质特性变化大、混煤掺烧不尽合理、锅炉燃烧效率低、凝汽器真空低、系统汽水损失大、运行方式不合理、能耗计量和统计不准确、负荷率低。 四、节能技术措施 电厂的节能改造要求紧密联系其工艺参数、运行工况,必须保证安全,且不改变运行要求。投资少、见效快的电厂节能技术措施;如热力系统节能、提高“冷端”系统性能、主辅机运行方式优化、燃烧优化调整等。节能效益显著的技术改造项目如汽轮机通流改造、新型汽封、变频调速、少油点火等。 1.汽轮机通流部分改造 ⑴当前存在的问题 目前国内各容量机组热耗率和缸效率比设计值偏离较多,以国产300MW亚临界机组为例设计热耗率在7823kJ/kWh 左右,高压缸、中压缸、低压缸效率设计值分别在87、93、88左右。但实际运行热耗率甚至高于8400kJ/kWh,高压缸、中亚缸、低压缸效率分别只能达到约82、90、和82。 ⑵当前汽轮机通流部分设计与改造的技术水平 三元流设计技术 先进叶型级效率提高约1.5 弯扭三维叶片级效率提高约1 分流叶栅级效率提高约1 薄出汽边0.3mm-0.6mm级效率提高约0.7 子午面优化 先进调节级设计 先进汽封设计级效率提高约1.5 多级联合含汽封设计 防固体颗粒冲蚀技术 去湿技术 汽轮机通流部分结构与强度设计有限元、动强度设计及先进的结构也被广用于转子、动叶片、隔板、汽缸等的结构与强度设计。主要采用如下技术大刚度、自带冠、自锁结构全周叶片 径向汽封,增加动静轴向间隙 焊接隔板 去湿防水蚀措施 高窄法兰结构汽缸,减少机组起、停时的热应力 ⑶通流改造技术应用 通流改造技术已被列入国家重点节能技术推广目录第一批、第四项。 ◆改造目标提高汽轮机通流效率,降低机组热耗,效率达到先进水平,实现节能 降耗;提高机组安全可靠性,消除机组存在的影响安全稳定运行的缺陷隐患。 ◆适用范围电力行业各种容量200-600MW和形式纯凝、抽汽、空冷的汽轮 机。 ◆主要技术内容采用先进的汽轮机三维流场设计,结合四维精确设计,将数值分 析技术应用于转子、动叶片、隔板、汽缸等结构与强度设计,对汽轮机通流部分及汽封系统进行优化改进。 ◆节能效果供电煤耗率下降15-20g/kWh。 ◆节能项目普及性评价现役300-600MW汽轮机组在今后相当长的时期内是我国火 力发电的主力机组,目前效率偏低、机组供电煤耗率偏高,通过通流部分改造提高经济性是一种重要手段。 ◆业绩案例 该技术成熟,应用广泛,安全可靠,上汽、东汽、哈汽均有数十台以上改造业绩。100MW、125MW、200MW、300MW 乃至600MW 机组进行了汽轮机通流部分改造,改造后机组热耗率降低、出力增加。 西柏坡2 号300MW 机组,通流改造后包括热力系统优化,发电煤耗由350g/kWh 降至330g/kWh,出力增加5MW。年节煤1200 万元按年运行5000h、标煤400 元/吨;出力增加年获利润800 万元按上网电价0.32 元。年获利润近2000 万元,超过改造投资1723.8万元。据该厂有关人员介绍,两年内即可收回投资。 哈尔滨第三发电厂于2007 年由哈汽厂对3 号汽轮机实施了通流部分改造,改后90和80负荷工况下,供电煤耗率下降约10g/kWh。 平圩2 号机是国内第1 台600MW 汽轮机全通流改造的机组,改后于2005 年2 月13 日一次并网成功,能力工况出力达630MW,供电煤耗下降13g/kWh。 2.电动给水泵改汽动给水泵 ⑴问题的提出厂用电率、热耗率 ⑵技术经济性可比条件 无论是汽泵或是电泵液力耦合器升速齿轮,主汽轮机发出的功率相同; 若小汽轮机效率高于电能传递效率和主机抽汽口后通流效率的乘积,则在技术经济上采用汽动给水泵是经济的。 ⑶结论 单元机组容量在250300MW 以上或给水泵的总功率在6000kW 以上时,采用小汽轮机驱动给水泵较为合理;但是否有必要对已有电动泵进行改造,还值得研究。电泵改汽泵后,相当于机组新增容量为给水泵轴功率,或相当于新建一台相当容量的后置机。 ⑷节能估算 以某300MW 机组电泵改汽泵为例估算净得益。考虑给水调整阀的节流损失约占0.2的净出力节流压损67,则电泵改汽泵后的净出力增加约0.45,折合降低供电煤耗约1.5g/kWh按供电煤耗340g/kWh 计算。小汽轮机的内效率越高或传动效率越低,电泵改汽泵的经济性越好。给水泵的耗功占机组输出净功率的百分比越高如供热机组 ,电泵改汽泵的经济性越好。 3.汽封改造 ⑴汽封对机组安全、经济性的影响 汽轮机通流部分设计、制造技术日臻完善,漏汽损失逐渐成为制约汽轮机效率提高的主要因素。汽封性能的优劣,影响机组可靠性。 ⑵各种型式汽封的特点及应用效果 传统曲径汽封梳齿汽封 a 汽轮机过临界转速时,转子振幅较大,若汽封径向安装间隙较小,汽封齿很容易磨损; b 胀差大时,轴封上高、低齿易与转子轴上凸台碰磨而倒伏,造成漏汽量增加; c 汽封齿与轴发生碰磨时,瞬间产生大量热量,造成轴局部过热,甚至可能导致大轴弯曲。所以在机组检修时,电厂只能把汽封径向间隙调大,以牺牲经济性为代价来确保机组的安全性; d 曲径汽封环形腔室的不均匀性,是产生汽流激振的重要原因,不利于机组的安全运行。 自调整汽封 a 汽封块张开时,径向间隙1.752.00mm,大于传统汽封的间隙0.75mm,避免或减轻了机组过临界转速时,由于振动及变形而导致的汽封齿与轴碰磨; b 一般设计在20额定负荷时,汽封块合拢,达到设计最小间隙0.250.50mm; c 安装条件是汽封块背部须有足够大的压差,因此仅可用于高、中压缸隔板汽封和轴封,不适用于低压部分; d 应用中的两个主要问题弹簧质量、卡塞。对蒸汽品质要求较高。 刷式汽封 a 可将动叶叶顶汽封间隙由设计值0.75mm 减小至0.45mm,隔板汽封可由设计值 0.75mm缩小至0.051mm; b 刷式汽封的使用寿命可达810 年; c 刷式汽封在世界范围内已在超过100 台机组上成功应用,在韩国有超过50 台的应用实例,机组容量包括200MW、350MW、500MW 和800MW,汽轮机厂家有GE、Hitachi、Alsthom等。 蜂窝汽封 a 蜂窝带由合金制成,耐高温、质地较软,与转子碰磨时,对转子伤害较轻; b 蜂窝带钎焊在曲径式汽封相邻高齿中间部位,尺寸较宽,轴上凸台始终对着蜂窝带,能保持良好的密封间隙; c 密封效果较好,试验表明,在相同汽封间隙和压差的条件下,蜂窝式汽封比曲径汽封平均减小泄漏损失约3050; d 每个蜂窝带都可收集水,并通过背部的环形槽将水疏出,提高湿蒸汽区叶片通道上的去湿能力,减少末几级动叶的水蚀,其缺点是易于结垢。 铁素体汽封 国内已有制造厂对于高、中压缸采用铁素体汽封,低压缸采用铜合金汽封,可以采用较小的安装间隙。 接触式汽封 在原汽封圈中间加工出一个T 形槽,将接触式汽封装入该槽内。接触式汽封环背部弹簧产生预压紧力,使汽封齿始终与轴接触。汽封齿为复合材料,耐磨性好,具有自润滑性。 ⑶成功案例及效益 河南焦作电厂6200MW机组,投资节能技改资金每台机组约500万元,年节约标煤2万吨,节能综合效益年节约运行成本约800万元。投资回收期5年。 河南三门峡电厂2300MW机组,投资节能技改资金每台机组约500万元,年节约标煤1.2万吨,节能综合效益年节约运行成本500万元。投资回收期5年。 4.提高冷端系统运行性能 ⑴当前存在的主要问题 在役300MW 及以上容量机组中,约50的机组真空达不到设计水平,约30的机组真空比设计值差12kPa。真空每降低1kPa,供电煤耗率增加约2.5g/kWh。 ⑵影响“冷端”系统性能的主要因素 真空系统严密性差、凝汽器冷却管清洁度低、凝汽器热负荷大热力系统内漏影响、循环冷却水流量不足、抽气设备工作性能降低、冷却塔效率低等。 ⑶技术措施 提高真空严密性对真空低的机组进行真空系统检漏,停机灌水检漏或者用氦质 谱检漏仪进行检漏,根据漏率大小及时分期、分批严格处理,保证严密性合格真空下降率0.95） ，同时消除对电网谐波的污染。 对中高压、大功率风机、水泵的节电降耗作用明显，平均节电率在 30以上。 ⑵关键技术 单元串联多电平技术采用功率单元串联电压相加回路，采取变压器多绕组别分组分 压整流单元均压，单元电平叠加，通过 IGBT 逆变桥进行正弦（PWM）控制，可得到单项 交流输出，每个功率模块结构及电气性能上完全一致，可以互换。 主要技术指标 1）效率≥96； 2）输出电压范围 3kV～11kV 3）输入电流谐波总含量≤4 4）输入功率因数≥0.95 ⑶技术应用北京大唐发电公司陡河发电厂 建设规模 1000kW/6kV 风机高压变频器改造。 主要技改内容125MW 调峰机组风机变 频调节，主要设备为 1000kW/6kV 风机变频器。节能技改投资 280 万元，建设期 18 个月。 每年可节能 1160tce，年节能经济效益 100 万元，投资回收期 24 个月。 火力发电厂主要节能技术措施 - 14 - 深圳城市节能环保科技有限公司 14. 电除尘器节能提效控制技术 ⑴有关的能耗现状 我国目前火电机组装机容量约 6 亿 kW，机组绝大多数配置电除尘器。目前，这些除 尘器基本都采用工频除尘器电源， 按电除尘器工频电源耗电功率占机组发电功率的 0.25 ％计算，电除尘器消耗电功率约 150 万 kW，年耗能约 75 亿 kWh。 ⑵技术内容 采用电力电子技术，将工频交流电转换为电压 70kV 以上、电流峰值 4～6A、时间宽 度为 20μs 以下的脉冲电流给电除尘器供电。通过对电流脉冲采取一定的控制模式，增 加电除尘器内烟尘带电荷量，增加带电烟尘收集移动速度，并减少无效的能量供给， 达 到提高电除尘器除尘效率，大幅度减少供电电能的效果。 关键技术 1）大功率高频高压电除尘器电源制造技术； 2）适合不同工况的提高电除尘器除尘效率、大幅度节约电能的运行控制技术。 主要技术指标 1）高频电源设备额定输出电压72kV 以上，额定输出电流达到 1.6A 以上，额定输 出功率达到 115kW； 2）减少烟尘排放40％以上； 3）节电率70％以上。以 1 台 300MW 锅炉为例，年节约电能 360 万 kWh 以上 ⑶技术应用 已通过中国电机工程学会组织的两项科技成果鉴定，技术达到国际先进水平。已在 华电、 大唐、 华润、 国电、 神华等大型发电集团的 1251000MW 机组上投运控制装置 3000 余套，在越南广宁电厂、泰国 JS 电厂等工程中出口控制装置 100 余套，取得了显著的 经济和环保效益。该技术还在以中天钢铁股份有限公司为代表的冶金行业投入使用。 国电安顺电厂，建设规模300MW 机组电除尘器电源及控制系统节能改造。主要技 改内容为将原有电除尘器电源控制系统更换为节能提效型电除尘器电源及控制系统。 节能技改投资额 270 万元，建设期 14 天。年节约电能 4GWh，折合 1400tce，年节约运 行电费 144 万元（电价按 0.36 元/kWh 计） ，投资回收期 2 年。 国电泰州电厂，建设规模1000MW 机组电除尘器电源及控制系统节能改造。主要技 改内容将原有电除尘器电源控制系统更换为节能提效型电除尘器电源及控制系统。节 火力发电厂主要节能技术措施 - 15 - 深圳城市节能环保科技有限公司 能技改投资额 480 万元，建设期 20 天。年节约电能 5.74GWh，折合 2009tce，年节约运 行电费 206 万元（电价按 0.36 元/kWh 计） ，投资回收期 2.5 年。 15. 电站锅炉空气预热器柔性接触式密封技术 ⑴有关的能耗现状 在发电行业，传统空气预热器是采用刚性有间隙密封技术，在动静间保持一个最小 间隙，达到漏风最小。由于空气预热器存在蘑菇状变形问题，而且变形随负荷环境温度 不断发生变化，很难达到最佳的动静之间的间隙值，漏风率一般在 10左右。 ⑵技术内容 将空气预热器扇形板调节在某一合理位置，柔性接触式密封组件安装在空气预热器 转子径向隔仓板上，在未进入扇形板时，接触式密封滑块高出扇形板 8mm 。当柔性接触 式密封滑块运动到扇形板下面时，合页式弹簧发生形变。密封滑块与扇形板接触，形成 严密无间隙的密封系统。 当该密封滑块离开扇形板后， 合页式弹簧将密封滑块自动弹起， 以此循环进行。 关键技术 柔性接触式密封技术利用的是迷宫密封的原理，将运动部件和静止部件之间的间隙 完全覆盖。新型的密封结构具有良好的弹性和柔性，可以根据不同负荷下密封间隙的变 化改变变形量，并向四周散开，阻止空气向各个方向渗漏，实现了在轴向、径向和环向 上的全方位密封，将空预器在各个方向的漏风降到最低。 全新密封结构具有极大的灵活性，可适用于不同大小、不同结构的回转式空预器。 可以根据现场位置和漏风情况安装在空预器轴向、径向、环向任一方向，或者是在三个 方向同时安装，安装后的空预器漏风率得到大幅减小，且结构简单，投资小。 主要技术指标 运行一年内漏风率≤6％；一个大修期（5 年）内漏风率≤8％。 ⑶技术应用 通过中电联科学技术成果鉴定，已在全国火力发电企业应用近 100 台（套） 。 典型用户大唐陕西韩城发电有限公司、上海外高桥第三发电有限责任公司 1）大唐陕西韩城发电有限公司。建设规模为 600MW 机组 A、B 侧空气预热器。主要 技改内容600MW 机组 A、B 侧空气预热器密封改造。节能技改投资额 360 万元，建设 期 20 天。年节能量 11880tce，取得节能经济效益 713 万元，投资回收期不到 1 年。 火力发电厂主要节能技术措施 - 16 - 深圳城市节能环保科技有限公司 2）上海外高桥第三发电有限责任公司。建设规模21000MW 机组，4 台回转式空 气预热器的密封改造。主要技改内容根据空气预热器的密封结构和现场改造空间，在 径向、横向和环向上增加新型柔性接触式密封簇。节能技改投资额 600 万元，建设期 7 个月。改造后厂用电率下降至 2.7％（不带脱硫） ，全年节约厂用电量 4497 万 kWh，折 合 15740tce，投资回收期半年。 火力发电厂主要节能技术措施 - 17 -