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        燃煤電廠鍋爐、汽輪機(jī)以及輔機(jī)部分的節(jié)能技術(shù)分析

        2013-12-04 08:37:58楊懷忠
        關(guān)鍵詞:燃煤電廠電廠鍋爐節(jié)能技術(shù)

        摘要:保護(hù)生態(tài)環(huán)境成為了我國(guó)開(kāi)發(fā)新能源、研究節(jié)能技術(shù)的主要目的。而在燃煤電廠中,為了減少能源的浪費(fèi),減少溫室氣體的排放,必須要進(jìn)行有效的節(jié)能研究。文章主要分析燃煤電廠鍋爐、汽輪機(jī)以及輔機(jī)部分的節(jié)能技術(shù),以此提高能源利用率,減少溫室氣體的排放,保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

        關(guān)鍵詞:燃煤電廠;電廠鍋爐;汽輪機(jī);節(jié)能技術(shù)

        中圖分類號(hào):TK267 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-2374(2013)32-0081-03

        隨著我國(guó)用電量的不斷上升,在很大程度上改變了我國(guó)的用電結(jié)構(gòu)。為了滿足用戶需求,各電廠都相應(yīng)地提高了輸電水平。在我國(guó)燃煤電廠中,鍋爐、汽輪機(jī)以及輔機(jī)部分是重要的熱力設(shè)備,若沒(méi)有科學(xué)有效的技術(shù)水平,會(huì)存在嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。燃煤鍋爐使用面廣,存在著相當(dāng)嚴(yán)重的浪費(fèi)情況,并且鍋爐燃燒中會(huì)排放大量的煙塵、二氧化碳及二氧化硫等污染氣體。同時(shí)燃煤電廠的汽輪機(jī)及輔機(jī)部分都存在著大量的能源浪費(fèi),因此,全文主要分析燃煤電廠鍋爐、汽輪機(jī)以及輔機(jī)部分的節(jié)能技術(shù),以此減少能源浪費(fèi),提高能源利用率,減少污染氣體的排放。

        1 燃煤電廠鍋爐的節(jié)能技術(shù)

        1.1 鍋爐節(jié)能技術(shù)

        首先是鍋爐燃燒系統(tǒng)的改造。鍋爐燃燒系統(tǒng)改造技術(shù)可以采用分層燃燒、天然氣助燃技術(shù)。將普通粘土質(zhì)轉(zhuǎn)化為爐拱材料用碳化硅,將爐拱形狀和尺寸進(jìn)行有效改變,將拱區(qū)空間進(jìn)行合理設(shè)計(jì),改善爐排漏煤和配風(fēng)不均的現(xiàn)象。將鍋爐風(fēng)室改為兩側(cè)進(jìn)風(fēng),改善風(fēng)室和風(fēng)道口的連接方式,安裝均流擋板。為了改善爐墻的密封性和保溫性,可以采用纖維填充材料作為保溫層,涂抹遠(yuǎn)紅外涂料,提高熱輻射能力。采用新型燃煤添加劑,增強(qiáng)灰熔點(diǎn),避免鍋爐出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象。以此改善鍋爐的燃燒狀況,提高燃料的利用效率。其次是鍋爐煙氣余熱回收技術(shù)。在鍋爐煙氣余熱回收技術(shù)中,主要包括三個(gè)方式:(1)煙氣余熱預(yù)熱空氣。煙氣余熱預(yù)熱空氣可有效改善燃料霧化條件,提高爐膛燃燒狀況,增加爐膛溫度。同時(shí)減少排煙損失、化學(xué)不完全燃燒損失以及機(jī)械不完全燃燒帶來(lái)的損失。(2)煙氣余熱預(yù)熱燃料。燃油溫度在升高時(shí),燃油粘度也得到了降低,在很大程度上改善了燃油入爐后的霧化治療。隨著燃油溫度的升高,鍋爐絕熱燃燒溫度也會(huì)升高。絕熱溫度的提高加大了爐內(nèi)輻射換熱系數(shù),傳熱溫差和鍋爐總換熱系數(shù)也得到了提高。因此,煙氣余熱預(yù)熱燃料可有效減少各項(xiàng)能源損失,增強(qiáng)了鍋爐的熱效率。(3)煙氣余熱預(yù)熱給水。煙氣余熱預(yù)熱給水增加了鍋爐入口介質(zhì)的溫度,降低了傳熱溫差。當(dāng)有效控制煙氣余熱預(yù)熱給水,有著足夠大的鍋爐入口介質(zhì),就可以再次利用鍋爐煙氣余熱。煙氣余熱預(yù)熱給水可以減小排煙溫度,采取科學(xué)有效的過(guò)??諝庀到y(tǒng),以此提高鍋爐的熱效率。

        1.2 鍋爐風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)

        首先是變頻調(diào)速技術(shù)。在交流變頻調(diào)速裝置主要是應(yīng)用微機(jī)控制技術(shù)和交流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)。燃煤電廠在生產(chǎn)過(guò)程中,當(dāng)發(fā)電負(fù)荷變化時(shí),也需要有效調(diào)節(jié)鍋爐的給煤量、風(fēng)量和給水量。燃煤電廠有效改造鍋爐的送風(fēng)機(jī)可取的顯著療效。例如汕頭電廠分兩期建設(shè):一期2×30萬(wàn)千瓦亞臨界機(jī)組于1996年底投產(chǎn)發(fā)電,鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)組分別由東方鍋爐廠和俄羅斯制造;二期1×60萬(wàn)千瓦國(guó)產(chǎn)超臨界機(jī)組于2005年10月投產(chǎn)發(fā)電,鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)組分別由東方鍋爐集團(tuán)股份有限公司和哈爾濱電氣集團(tuán)公司制造。而華能汕頭電廠也被稱為“廣東省清潔生產(chǎn)企業(yè)”。

        變頻調(diào)速器的基本組成如圖1所示:

        圖1

        其次是液力耦合器調(diào)速技術(shù)。液力耦合器調(diào)速技術(shù)是液力耦合器在運(yùn)行過(guò)程中將耦合器工作腔內(nèi)充液量進(jìn)行有效的改變,進(jìn)而使耦合器的輸出力矩和輸出轉(zhuǎn)速產(chǎn)生改變。調(diào)速型液力耦合器具有節(jié)能的特性,能夠平穩(wěn)地運(yùn)行,可有效控制和過(guò)載保護(hù)燃煤電廠的生產(chǎn)。

        1.3 蒸發(fā)冷卻技術(shù)

        蒸發(fā)冷卻技術(shù)包括直接蒸發(fā)冷卻和間接蒸發(fā)冷卻。首先直接蒸發(fā)冷卻裝置有著簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu),只需投入較少的成本就可投入使用。直接蒸發(fā)冷卻受到空氣濕度的影響,當(dāng)環(huán)境溫度大于21℃時(shí),會(huì)降低冷卻效果。因此,可以在一些干燥半干燥地區(qū)以及需要加溫和降溫的環(huán)境條件下直接使用蒸發(fā)冷卻裝置。其次間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)。主要是一次空氣和二次空氣呈交錯(cuò)流動(dòng),應(yīng)用循環(huán)水噴淋,可以在換熱器表面上覆蓋一層水膜,使空氣和水不會(huì)直接接觸換熱器,并蒸發(fā)水膜濕表面上的水分,將空氣的干體溫度進(jìn)行有效降低,并利用壁面的導(dǎo)熱將一次空氣冷卻。

        2 燃煤電廠汽輪機(jī)的節(jié)能技術(shù)

        2.1 有效改善高壓缸通流部分

        轉(zhuǎn)子的組成分別是1個(gè)單列調(diào)節(jié)級(jí)和15個(gè)壓力級(jí)。動(dòng)葉型和靜葉型也可以采用新型高效葉型和光滑子午通道。所有動(dòng)葉片可以采用整體圍帶,增強(qiáng)了葉片的動(dòng)強(qiáng)度。為了保證機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)受到差脹的限制,需要將高壓隔板汽封軸的間隙值增大。將隔板靜葉替換成焊接隔板,將原有的加強(qiáng)筋去除,分流葉柵結(jié)構(gòu)可以采用寬葉片和窄葉片組合。高壓軸封和部分隔板汽封可以改成自動(dòng)調(diào)整汽封,能夠在很大程度上保證機(jī)組安全運(yùn)行,減少維修量,減少維修成本。

        2.2 改善低壓缸通流部分

        可以就200MW機(jī)組的低壓缸優(yōu)化改造為例,選用焊接鋼格板,將根徑增大,低壓轉(zhuǎn)子前4級(jí)動(dòng)葉片沒(méi)有采用拉筋,可以選用整體圍帶,為了提高動(dòng)葉的抗疲勞性和耐水蝕性,可以在末級(jí)動(dòng)葉采用高強(qiáng)度的動(dòng)葉材料。

        2.3 優(yōu)化循環(huán)水泵的運(yùn)行方式

        當(dāng)機(jī)組負(fù)荷和冷卻水溫一定時(shí),循環(huán)水流量在改變時(shí),凝汽器壓力也會(huì)改變,循環(huán)水流量在改變時(shí)也會(huì)對(duì)循環(huán)水泵的功耗造成影響。循環(huán)水流量增加時(shí),機(jī)組背壓下,增加了機(jī)組出力,但也提高了循環(huán)水泵的功耗。當(dāng)循環(huán)水泵的功耗增加時(shí)就會(huì)抵消機(jī)組出力的增加值,所以在增加了循環(huán)水流量后,當(dāng)機(jī)組出力增加值和循環(huán)水泵耗功增加值的差為最大時(shí),凝汽器運(yùn)行壓力就是機(jī)組最佳運(yùn)行背壓,而循環(huán)水泵運(yùn)行方式也是最佳的運(yùn)行方式。汽輪機(jī)運(yùn)行中,對(duì)循環(huán)水泵臺(tái)數(shù)進(jìn)行了限制,而不能連續(xù)調(diào)節(jié)循環(huán)水流量,需要按照循環(huán)水泵臺(tái)數(shù)進(jìn)行運(yùn)行或者在運(yùn)行時(shí)調(diào)整泵葉片的角度。以此將循環(huán)水泵的運(yùn)行方式進(jìn)行組合,然后按照循環(huán)水泵不同的運(yùn)行方式,對(duì)凝汽器的工況性能、循環(huán)水泵流量和功耗以及汽輪機(jī)處理增加值進(jìn)行檢測(cè),然后當(dāng)機(jī)組負(fù)荷和循環(huán)水溫度處于一定時(shí),就可以將機(jī)組最佳運(yùn)行背壓進(jìn)行計(jì)算,然后明確最佳運(yùn)行方式。

        3 燃煤電廠輔機(jī)部分的節(jié)能技術(shù)

        3.1 優(yōu)化抽氣設(shè)備的運(yùn)行方式

        汽輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中,抽氣設(shè)備主要抽出在運(yùn)行過(guò)程中所建立的真氣或者抽出運(yùn)行中漏入凝汽器的空氣以及其他氣體,保證汽輪機(jī)可以在真空中運(yùn)行。為了保證凝汽器的真空度,必須要維持抽氣設(shè)備正常安全工作。抽氣設(shè)備在工作過(guò)程中會(huì)受到液溫度、吸入口的壓力和溫度、真空泵運(yùn)行速度等方面的影響,尤其是抽氣設(shè)備工作液溫度的影響最大。工作水溫度往往會(huì)決定真空泵的抽吸能力。真空泵的抽吸能力隨著工作水溫度的升高而降低,特別是在夏季,真空泵工作液溫度會(huì)超過(guò)35℃,這時(shí)真空泵的抽吸能力就會(huì)快速下降,如果機(jī)組的真空嚴(yán)密性較低時(shí),就會(huì)對(duì)機(jī)組的運(yùn)行真空造成嚴(yán)重影響。在優(yōu)化真空泵運(yùn)行方式時(shí),處于夏季,真空泵工作水溫度較高時(shí),可以采用低溫水冷卻工作液溫,將工作水溫度進(jìn)行降低,將真空泵處理進(jìn)行提高。比如某電廠機(jī)組是300MW,采用地下循環(huán)水為真空泵工作水的冷卻水,當(dāng)處于夏季時(shí),循環(huán)水溫度為32℃,真空泵工作水溫度超過(guò)44℃,接入地下水,溫度為17.5℃,冷卻工作水,這時(shí)真空泵工作水溫度就會(huì)下降為33.8℃,而機(jī)組真空就增加了1.8kPa。

        3.2 優(yōu)化凝結(jié)水系統(tǒng)運(yùn)行方式,并進(jìn)行有效改造

        當(dāng)凝結(jié)水泵的經(jīng)濟(jì)出力點(diǎn)和凝結(jié)水系統(tǒng)的阻力不匹配時(shí),就會(huì)使凝結(jié)水泵的流量和揚(yáng)程都增大。機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中,當(dāng)高揚(yáng)程點(diǎn)處于小流量,凝結(jié)水泵在此狀態(tài)中進(jìn)行工作,這時(shí)凝結(jié)水調(diào)整門開(kāi)度會(huì)比較小,增大了凝結(jié)水系統(tǒng)阻力,導(dǎo)致電能浪費(fèi),也增加了凝結(jié)水精處理設(shè)備的工作壓力,無(wú)法保證節(jié)能性和安全性。在優(yōu)化凝結(jié)水系統(tǒng)運(yùn)行方式時(shí),要將凝結(jié)水泵定速運(yùn)行改變成變速運(yùn)行,要全部打開(kāi)凝結(jié)水調(diào)整門。當(dāng)管路阻力未改變,而水泵轉(zhuǎn)速改變時(shí),在降低水泵轉(zhuǎn)速后,就會(huì)降低凝結(jié)水泵的流量和揚(yáng)程,但能夠保持水泵的效率不會(huì)發(fā)生大的改變,而工作效率也處于最高狀態(tài)。在節(jié)能改造中,首先可以將葉輪級(jí)數(shù)進(jìn)行減少,將凝結(jié)水泵的揚(yáng)程進(jìn)行降低,使凝結(jié)水泵可以與系統(tǒng)阻力匹配。其次可以采用變頻調(diào)速,當(dāng)凝結(jié)水泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比時(shí),那么揚(yáng)程和轉(zhuǎn)速的平方就會(huì)呈正比,而凝結(jié)水泵的功率和轉(zhuǎn)速的立方會(huì)成正比。從而在節(jié)約電能時(shí),將水泵運(yùn)行工況進(jìn)行改變,屬于最佳的節(jié)能改造技術(shù)。

        3.3 優(yōu)化給水泵的運(yùn)行方式

        在燃煤火力電廠生產(chǎn)中,給水泵是耗費(fèi)最大電量的輔機(jī),對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷一定時(shí),主汽壓力就會(huì)對(duì)給水泵的耗功造成影響。水泵耗功會(huì)隨著主汽壓力的降低而減少,通常在設(shè)計(jì)給水泵和給水系統(tǒng)配套時(shí),會(huì)存留部分裕量。當(dāng)機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中處于定壓時(shí),需要通過(guò)給水調(diào)節(jié)節(jié)流對(duì)給水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。這時(shí)在優(yōu)化給水泵運(yùn)行方式時(shí),需要在主汽輪機(jī)的滑壓運(yùn)行方式下,將給水調(diào)節(jié)閥開(kāi)度進(jìn)行開(kāi)大,為了適應(yīng)給水系統(tǒng)的阻力和流量要求,可以將給水泵轉(zhuǎn)速改為自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。這樣可以給水調(diào)節(jié)閥節(jié)流的損失進(jìn)行減少,降低主蒸汽壓力,減少給水泵的耗功。

        3.4 優(yōu)化加熱器的運(yùn)行方式

        在優(yōu)化調(diào)整加熱器運(yùn)行方式時(shí),要保證機(jī)組在安全運(yùn)行的狀態(tài)下,有效調(diào)整加熱器水位。通常加熱器水位與加熱器輸水端差、給水端差和給水溫升有一定關(guān)系,當(dāng)加熱器端差和輸水端差最小時(shí),就可以計(jì)算出機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中的最佳水位。在修改DCS中的水位控制設(shè)定值時(shí),運(yùn)行人員需要有效監(jiān)督和控制水位值。

        3.5 降低吸風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)的耗電量

        吸風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)屬于高能耗設(shè)備,在投入運(yùn)行時(shí),需要保證隨機(jī)組負(fù)荷在變化時(shí),不會(huì)對(duì)吸風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)造成影響。這時(shí)可以調(diào)整和控制擋板的開(kāi)度,提高機(jī)組運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)型,同時(shí)機(jī)組負(fù)荷在變化時(shí),吸風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)也會(huì)相應(yīng)改變。將風(fēng)機(jī)電機(jī)改為變頻調(diào)速,無(wú)需改變閥門的開(kāi)度,在機(jī)組負(fù)荷變化時(shí),風(fēng)機(jī)也會(huì)相應(yīng)改變,從而降低能耗。同時(shí)將煙道和爐膛各種的漏風(fēng)完全消除,將灰塵吹去,保證煙道無(wú)太大阻力。另外有效維護(hù)除塵器,科學(xué)有效地使用再循環(huán)風(fēng)和暖風(fēng)器,防止出現(xiàn)堵灰現(xiàn)象,以此降低電量的浪費(fèi)。

        3.6 減少制粉系統(tǒng)耗電量

        首先要將煤質(zhì)進(jìn)行改善,保證煤質(zhì)符合節(jié)省電量需求,并要合理配置。其次有效調(diào)整制粉系統(tǒng)的運(yùn)行,補(bǔ)加鋼球。在運(yùn)行過(guò)程中,保持連續(xù)不斷進(jìn)煤、堵煤,保證煤可穩(wěn)定燃燒。在低負(fù)荷情況下,為了減少制粉的耗電量,減少磨煤機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù),有效調(diào)整制粉系統(tǒng),對(duì)磨煤機(jī)的出力、通風(fēng)量、通風(fēng)溫度、出力溫度以及煤粉細(xì)度等進(jìn)行計(jì)算,保證制粉系統(tǒng)可以保持最佳運(yùn)行,減少制粉系統(tǒng)的功耗。

        4 結(jié)語(yǔ)

        在燃煤電廠生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中,為了減少電力的消耗,控制溫室氣體的排放,必須要加強(qiáng)燃煤電廠鍋爐、汽輪機(jī)及輔機(jī)部分的節(jié)能技術(shù),以此從各個(gè)方面降低電能消耗,保證各個(gè)機(jī)械設(shè)備保持最佳運(yùn)行,提高能源利用率。

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        作者簡(jiǎn)介:楊懷忠(1969—),男,陜西神木人,供職于神華陜西國(guó)華錦界能源有限責(zé)任公司,研究方向:火電廠熱能與動(dòng)力。

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