文 張國柱 溫志鵬 李本鋒 谷小兵 彭偉 中國大唐集團(tuán)科技工程有限公司

淺析火電機(jī)組節(jié)能診斷方法與應(yīng)用

文/張國柱 溫志鵬 李本鋒 谷小兵 彭偉 中國大唐集團(tuán)科技工程有限公司

節(jié)能診斷及節(jié)能潛力分析既是對火電廠整體能耗水平評估的手段，又是有效指導(dǎo)火電廠安排自身機(jī)組進(jìn)行節(jié)能改造的參考依據(jù)，在火電廠節(jié)能改造工作中發(fā)揮著極其重要的作用。“十一五”期間，各電力公司相繼完成了國家制定的節(jié)能目標(biāo)，但節(jié)能診斷數(shù)據(jù)分析顯示，大多數(shù)600MW及以下機(jī)組仍有8g/ kWh左右的節(jié)能潛力。

1 節(jié)能診斷理論

1.1 耗差分析法

耗差分析法是根據(jù)電廠實際運(yùn)行參數(shù)與設(shè)定的基準(zhǔn)值的差值，通過建立耗差分析模型計算得出實際運(yùn)行指標(biāo)對機(jī)組煤耗率、熱耗率、機(jī)組效率以及廠用電率等指標(biāo)的影響系數(shù)。耗差分析作為節(jié)能診斷的重要方法，可以使電廠節(jié)能管理人員以及節(jié)能服務(wù)公司在掌握機(jī)組各系統(tǒng)及設(shè)備實際經(jīng)濟(jì)性水平的情況下，理清各種因素對機(jī)組能耗指標(biāo)的影響量，分主次實施節(jié)能改造。

耗差分析的關(guān)鍵在于合理選取設(shè)定的基準(zhǔn)值?；鶞?zhǔn)值可選取設(shè)備制造廠商提供的設(shè)備設(shè)計參數(shù)值或電力設(shè)計院提供的系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)。當(dāng)電廠實際運(yùn)行參數(shù)與設(shè)備廠商或設(shè)計院提供的設(shè)計參數(shù)有較大差別時可采取熱力系統(tǒng)及設(shè)備性能試驗確定的參數(shù)最佳值。

耗差分析法適用于運(yùn)行參數(shù)與設(shè)定的基準(zhǔn)值偏差不超過50%的情況，否則會造成較大的分析誤差。

1.2 等效焓降法

在回?zé)岢槠狡啓C(jī)中，1kg新蒸汽的實際做功為：

式中：H——新蒸汽所做實際功，kJ/kg；

h0——新蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)的初始焓，kJ/kg；

hc——汽輪機(jī)的排汽焓，kJ/kg；

hi——汽輪機(jī)第i級抽汽焓，kJ/kg；

hi——第i級抽汽的抽汽份額，%；

n——抽汽級數(shù)。

和純凝式汽輪機(jī)的直接焓降相比，H成為新蒸汽的等效焓降。

等效焓降法主要用來分析蒸汽動力裝置和熱力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，它利用熱力學(xué)的熱功轉(zhuǎn)換原理，經(jīng)過嚴(yán)密的理論推導(dǎo)，求出熱力參數(shù)焓降和裝置效率等，用簡便的局部計算代替整個系統(tǒng)的繁雜計算，分析熱力系統(tǒng)中節(jié)能技術(shù)改造的效果，為系統(tǒng)參數(shù)的定量計算提供了簡化方法。等效焓降法作為節(jié)能診斷的主要理論和方法，提供了局部系統(tǒng)定量分析的手段和依據(jù)，有效簡化了節(jié)能計算的工作量。

2 節(jié)能診斷方法概述

2.1 系統(tǒng)損失分類

電廠系統(tǒng)運(yùn)行過程中會產(chǎn)生不同類型的損失，引起供電煤耗較設(shè)計值升高。具體可分為不可避免損失、不可控?fù)p失和可控?fù)p失（部分可控?fù)p失）。

(1) 不可避免損失。不可避免損失指機(jī)組受環(huán)境氣候和機(jī)組運(yùn)行客觀條件等因素影響，而造成的必然損失。如環(huán)境氣溫變化引起汽輪機(jī)背壓變化，造成汽輪機(jī)冷端的損失；排污、吹灰、汽水損失、輔助生產(chǎn)用汽等不可避免的損失。設(shè)計煤耗加上各不可避免損失后得到基準(zhǔn)煤耗。

(2) 不可控?fù)p失。不可控?fù)p失指機(jī)組受到外界條件限制，如負(fù)荷率、計劃啟停機(jī)、非穩(wěn)態(tài)、煤質(zhì)變化以及設(shè)計和設(shè)備條件限制引起的損失?；鶞?zhǔn)煤耗加上當(dāng)年不可控?fù)p失后得到達(dá)標(biāo)煤耗。

(3) 可控?fù)p失（部分可控?fù)p失）。可控?fù)p失指由于運(yùn)行方式不佳或設(shè)備存在缺陷等造成的損失，如運(yùn)行參數(shù)偏差、加熱器端差、冷端系統(tǒng)真空及過冷度、系統(tǒng)內(nèi)外漏、空預(yù)器漏風(fēng)、排煙溫度等。一般可通過運(yùn)行調(diào)整優(yōu)化、設(shè)備檢修及更換等方式解決或部分解決此類損失，同時也是挖掘電廠節(jié)能潛力的重點(diǎn)方向。達(dá)標(biāo)煤耗加上可控?fù)p失后得到實際煤耗。

2.2 節(jié)能診斷方法及過程

(1) 收集設(shè)備及系統(tǒng)的設(shè)計數(shù)據(jù)及有代表性的實際運(yùn)行數(shù)據(jù)。

(2) 計算各項損失，并進(jìn)行分類。

(3) 通過各項損失累加計算得到機(jī)組當(dāng)年運(yùn)行煤耗值，并與電廠統(tǒng)計煤耗值進(jìn)行對比，檢驗以上各項損失的計算方法是否準(zhǔn)確、合理。

(4) 分析總結(jié)各項損失以及機(jī)組實際運(yùn)行煤耗高于設(shè)計值的主要原因。

(5) 針對各項損失類型進(jìn)行節(jié)能潛力分析，并提出節(jié)能降耗方案及措施。

(6) 提出供電煤耗目標(biāo)值。

3 節(jié)能診斷應(yīng)用實例

現(xiàn)以某電廠2臺300MW供熱機(jī)組為實例，通過計算系統(tǒng)各項損失并匯總，分析電廠典型的節(jié)能潛力，并提出相應(yīng)的節(jié)能降耗措施。

3.1 機(jī)組各項損失計算

通過計算分析，在實際運(yùn)行條件下，與額定負(fù)荷原設(shè)計值相比較，各種損失使電廠1、2號機(jī)組發(fā)電煤耗分別升高約9.78g/kWh和17.23 g/kWh。分析核算認(rèn)為，1、2號機(jī)組實際供電煤耗分別為319.4 g/kWh和327.8 g/kWh。這一結(jié)果與電廠統(tǒng)計煤耗值相比基本相同，說明各項損失的計算方法較為準(zhǔn)確合理。各種損失對機(jī)組能耗指標(biāo)影響量匯總見表1。

3.2 各項損失原因分析

電廠兩臺機(jī)組實際運(yùn)行煤耗高于設(shè)計值，主要原因包括：

(1) 汽輪機(jī)各缸效率低于設(shè)計值；

(2) 兩臺機(jī)組出力系數(shù)偏低；

(3) 兩臺機(jī)組凝汽器壓力較設(shè)計值偏高；

(4) 兩臺機(jī)組過熱減溫水量偏大；

(5) 熱力及疏水系統(tǒng)閥門存在一定的內(nèi)漏；

(6) 機(jī)組啟停頻繁；

(7) 主/再熱蒸汽溫度偏低；

(8) 吹灰排污以及暖風(fēng)器用汽等機(jī)組正常的蒸汽消耗；

(9) 廠用電偏高的主要因素有：煙風(fēng)系統(tǒng)阻力大造成風(fēng)機(jī)耗電高、除塵耗電率高、脫硫耗電率高等。

表1 各種損失對機(jī)組能耗指標(biāo)影響量分析匯總

3.3 節(jié)能潛力分析及治理方案

電廠節(jié)能潛力主要從可控?fù)p失（部分可控?fù)p失）中挖掘，并從系統(tǒng)與設(shè)備等多方面進(jìn)行選擇和分析。表2對機(jī)組節(jié)能潛力較保守的預(yù)測進(jìn)行了匯總。

表2 機(jī)組節(jié)能潛力預(yù)測分析匯總

通過表2的統(tǒng)計內(nèi)容以及其它電廠相關(guān)節(jié)能潛力分析可知，從以下幾方面深入挖掘節(jié)能潛力，電廠將會達(dá)到較好的節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效益。

(1) 汽輪機(jī)本體

目前，國內(nèi)多數(shù)國產(chǎn)300MW等級汽輪機(jī)或多或少的存在熱耗率達(dá)不到設(shè)計值的情況，分析主要原因有設(shè)備本身設(shè)計制造水平以及軸封、汽封間隙不合理等。國內(nèi)電廠通常采用汽輪機(jī)通流改造以及新型密封改造等方式使汽輪機(jī)熱耗率達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，降低煤耗。

(2) 冷端系統(tǒng)。冷端系統(tǒng)是節(jié)能潛力較大且改造成本較小的電廠節(jié)能改造系統(tǒng)。300MW機(jī)組汽輪機(jī)背壓升高1kPa，發(fā)電煤耗升高約2g/kWh。冷端系統(tǒng)的節(jié)能診斷及優(yōu)化主要從凝汽器性能、循環(huán)水泵運(yùn)行方式、抽真空系統(tǒng)設(shè)備性能等方面進(jìn)行。

(3) 熱力系統(tǒng)嚴(yán)密性。機(jī)組熱力系統(tǒng)泄漏是影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的一項重要因素，其中，機(jī)組閥門的泄漏對機(jī)組煤耗的影響較大，但其僅需較小的投入就能獲得顯著的節(jié)能效果。因此在節(jié)能降耗工作中首先應(yīng)重視對系統(tǒng)閥門泄漏的治理。在電廠運(yùn)行及檢修過程中應(yīng)特別關(guān)注流通高品質(zhì)蒸汽的閥門的嚴(yán)密性，以保持熱力系統(tǒng)的嚴(yán)密性。

(4) 排煙溫度。火電廠實踐證明，多數(shù)鍋爐排煙溫度均高于設(shè)計值。降低排煙溫度可以采用提高空預(yù)器換熱能力、減少制粉系統(tǒng)冷風(fēng)摻入量、鍋爐尾部煙氣余熱利用等措施。

3.4 供電煤耗目標(biāo)

表3給出了對機(jī)組實施節(jié)能措施后在75%負(fù)荷下供電煤耗目標(biāo)值。

表3 各負(fù)荷率下經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)預(yù)計值

4 節(jié)能診斷工作建議

節(jié)能診斷工作應(yīng)從人員管理、設(shè)備壽命、設(shè)備可靠性及靈活性、系統(tǒng)性能等方面綜合考慮，不斷擴(kuò)展現(xiàn)有診斷涵蓋范圍，從而實現(xiàn)全廠整體節(jié)能。

(1) 加大對電廠運(yùn)行及檢修管理方面的診斷分析；

(2) 加大電廠燃料管理，對燃煤摻燒給出合理性建議；

(3) 對多機(jī)組電廠進(jìn)行負(fù)荷分配優(yōu)化；

(4) 對電廠耗水情況進(jìn)行診斷，加大節(jié)水管理力度；

(5) 對機(jī)組壽命進(jìn)行評估，增加設(shè)備及系統(tǒng)的可靠性及靈活性，給出合理的運(yùn)行方式。