郭春暉，劉 龍，趙永國(guó)

(1.國(guó)家能源集團(tuán)山東電力有限公司，濟(jì)南 250101；2.國(guó)家能源集團(tuán)菏澤發(fā)電有限公司，山東 菏澤 274032)

0 引 言

國(guó)家能源菏澤發(fā)電有限公司2臺(tái)300 MW亞臨界機(jī)組，在尚未開展通流改造和供熱改造的之前供電煤耗在325 g/(kW·h)左右， 為了達(dá)到國(guó)家要求的供電煤耗(310 g/之下)目標(biāo)， 2016年對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行通流改造后，修正后額定負(fù)荷試驗(yàn)熱耗率為7 892 kJ/(kW·h)，供電煤耗為315.2 g/(kW·h)，因此僅靠通流改造不能滿足供電煤耗目標(biāo)[1-2]。為了達(dá)到此目標(biāo)， 2016年至2018年，國(guó)家能源菏澤發(fā)電有限公司先后實(shí)施了多項(xiàng)深度節(jié)能改造技術(shù)，依據(jù)技術(shù)改造與節(jié)能工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)300 MW亞臨界機(jī)組的主設(shè)備及輔助系統(tǒng)、運(yùn)行優(yōu)化、燃料等三個(gè)方面進(jìn)行深度節(jié)能改造。

1 主設(shè)備及輔助系統(tǒng)深度節(jié)能改造技術(shù)

1.1 磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)安裝CO在線監(jiān)測(cè)設(shè)備

通過(guò)在磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)安裝CO在線監(jiān)測(cè)設(shè)備和相應(yīng)DCS組態(tài)控制邏輯，實(shí)現(xiàn)CO實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，徹底杜絕制粉系統(tǒng)爆燃、自燃事故的發(fā)生，在安全的前提下提升磨煤機(jī)出口一次風(fēng)溫10 ℃，以優(yōu)化燃燒，降低排煙溫度，提高鍋爐效率，達(dá)到降低煤耗的目的[3]。在2020年3月25日至2020年4月15日進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試初期，為了驗(yàn)證CO實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，分別在不同磨煤機(jī)、不同煤種、不同負(fù)荷情況下進(jìn)行溫升5 ℃、10 ℃、15 ℃的預(yù)試驗(yàn)，查找個(gè)別測(cè)點(diǎn)CO濃度一直偏高的原因，消除了B1粗粉分離器出口CO濃度一直偏高的缺陷。為了測(cè)算磨煤機(jī)出口一次風(fēng)溫提升對(duì)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的影響，在300 MW、240 MW工況下，進(jìn)行磨煤機(jī)出口一次風(fēng)溫提升10 ℃對(duì)比測(cè)試。磨煤機(jī)出口一次風(fēng)溫升溫試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1，試驗(yàn)結(jié)果分析見表2。

表1 4號(hào)爐磨煤機(jī)出口一次風(fēng)溫升溫試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 磨煤機(jī)出口一次風(fēng)溫升溫試驗(yàn)結(jié)果分析

由試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算得出，在保證安全的前提下，提高磨煤機(jī)出口溫度10 ℃以上，在240 MW工況下，排煙溫度可降低3.95 ℃，飛灰含碳量降低0.87%，鍋爐效率可提高0.47%，機(jī)組供電煤耗降低1.598 g/(kW·h)，年直接經(jīng)濟(jì)效益141.4萬(wàn)元；在300 MW工況下，排煙溫度可降低3.87 ℃，飛灰含碳量降低0.93%，鍋爐效率可提高0.48%，機(jī)組供電煤耗降低1.632 g/(kW·h)，年直接經(jīng)濟(jì)效益144.4萬(wàn)元。

1.2 熱管式空氣預(yù)熱器的應(yīng)用

熱管具有很高的軸向?qū)嵝?、?yōu)良的等溫性、高效的傳熱性。在電力工程上，應(yīng)用熱管換熱器作為鍋爐的低溫空氣預(yù)熱器(如圖1示)，能徹底解決低溫預(yù)熱器腐蝕、堵灰、磨損、換熱效率低等問(wèn)題[4]。

圖1 熱管式空氣預(yù)熱器布置圖

根據(jù)菏澤發(fā)電廠鍋爐熱管式空氣預(yù)熱器改造實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明。該廠熱管式空氣預(yù)熱器改造前存在以下問(wèn)題：

1) 空氣預(yù)熱器內(nèi)大量積灰、堵灰，嚴(yán)重影響了空氣與煙氣的換熱，致使鍋爐效率大幅下降，排煙溫度持續(xù)上升，造成停爐進(jìn)行處理。

2) 空氣預(yù)熱器大量漏風(fēng)，導(dǎo)致空氣預(yù)熱器堵灰，增加了引、送風(fēng)機(jī)單耗，造成停爐處理。

3) 低溫結(jié)露金屬腐蝕，已影響到空氣預(yù)熱器的整體壽命。

改造后,解決了以上問(wèn)題，并且各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)變現(xiàn)優(yōu)良，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，風(fēng)機(jī)能耗大大降低,運(yùn)行數(shù)據(jù)見表3。

表3 空預(yù)器改造前后主要運(yùn)行參數(shù)對(duì)比

從改造前后參數(shù)比較可知：改造前，送風(fēng)機(jī)已達(dá)最大出力，但送風(fēng)量不足，氧量偏低，排煙溫度偏低，再熱汽溫度低，不能維持滿負(fù)荷出力；改造后，在同樣運(yùn)行工況下：送風(fēng)機(jī)電流平均降12 A，吸風(fēng)機(jī)電流平均降8 A，送風(fēng)量、含氧量能滿足滿負(fù)荷要求，再熱汽溫度能維持在539 ℃以上，排煙溫度降低3.17 ℃。從熱試組漏風(fēng)試驗(yàn)看，目前空預(yù)器漏風(fēng)率較低，漏風(fēng)率為1.23%，比改造前降低20.39%。從爐渣情況看，雖然此次改造增加部分爐膛燃帶，但尚未發(fā)現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象。

2 運(yùn)行優(yōu)化

2.1 基于SCR系統(tǒng)三場(chǎng)多參數(shù)復(fù)合噴氨優(yōu)化技術(shù)

為了提高脫硝性能，消除SCR系統(tǒng)的NOx分布不均和局部氨逃逸峰值，減少氨逃逸量，降低空預(yù)器差壓，徹底解決空預(yù)器堵塞，提高機(jī)組整體經(jīng)濟(jì)性和安全性[5]。

經(jīng)過(guò)技術(shù)攻關(guān)和研究，于2017年2月對(duì)菏澤發(fā)電有限公司3號(hào)、4號(hào)爐SCR系統(tǒng)采用三場(chǎng)多參數(shù)復(fù)合噴氨優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行噴氨優(yōu)化。三場(chǎng)多參數(shù)復(fù)合噴氨優(yōu)化技術(shù)針對(duì)SCR系統(tǒng)的煙氣流速場(chǎng)、NOx濃度場(chǎng)、NH3濃度場(chǎng)進(jìn)行網(wǎng)格法測(cè)量，采用函數(shù)擬合繪制了脫硝系統(tǒng)的煙氣流速、NOx濃度、NH3濃度分布圖，直觀的分析脫硝出口氨逃逸率與NOx濃度場(chǎng)、煙氣速度場(chǎng)分布狀況的相互影響關(guān)系，從而找出問(wèn)題根源和解決辦法。

三場(chǎng)多參數(shù)復(fù)合噴氨優(yōu)化技術(shù)在調(diào)整噴氨量和查找NH3逃逸根源上具有同類技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)越性。煙氣流速場(chǎng)、NOx濃度場(chǎng)、NH3濃度場(chǎng)分布圖如圖2～4所示。

圖2 煙氣流速場(chǎng)分布圖

圖3 NOx體積分?jǐn)?shù)場(chǎng)分布圖

圖4 NH3體積分?jǐn)?shù)場(chǎng)分布圖

優(yōu)化后SCR系統(tǒng)的NOx分布不均勻度明顯改善，消除了局部氨逃逸峰值，并降低了氨逃逸率；3號(hào)、4號(hào)爐空氣預(yù)熱器差壓分別降低了1.2 kPa、2 kPa，空預(yù)器漏風(fēng)率分別降低了1.58%、1.99%，排煙溫度分別降低了1.6 ℃、2.5 ℃，經(jīng)過(guò)測(cè)算，綜合供電煤耗分別降低1.973 g/(kW·h)、3.157 g/(kW·h)，年經(jīng)濟(jì)效益分別為268萬(wàn)元、429萬(wàn)元，2臺(tái)機(jī)組合計(jì)年經(jīng)濟(jì)效益697萬(wàn)元。

2.2 低負(fù)荷最少的磨煤機(jī)運(yùn)行方式

磨煤機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)對(duì)制粉單耗的影響分析如下：

1)根據(jù)歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析：同樣負(fù)荷下，運(yùn)行2臺(tái)磨煤機(jī)比運(yùn)行3臺(tái)磨煤機(jī)，制粉單耗下降1/3左右。

2)同樣負(fù)荷下，負(fù)荷越高，運(yùn)行2臺(tái)磨煤機(jī)單耗下降越少；負(fù)荷越低，運(yùn)行2臺(tái)磨煤機(jī)單耗下降越多。

3)無(wú)論3臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行還是2臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，隨著負(fù)荷的升高，單耗均下降。

4)受煤質(zhì)影響，250 MW負(fù)荷以下，運(yùn)行2臺(tái)磨煤機(jī)(目前最多帶230 MW)，磨煤機(jī)單耗未達(dá)到設(shè)計(jì)值24.40(kW·h)/t;250 MW負(fù)荷以上，運(yùn)行2臺(tái)磨煤機(jī)能低于設(shè)計(jì)值；運(yùn)行3臺(tái)磨煤機(jī)在滿負(fù)荷時(shí)也未達(dá)到設(shè)計(jì)值[6]。

磨煤機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)對(duì)廠用電率的影響：

1)運(yùn)行2臺(tái)磨煤機(jī)，隨著負(fù)荷的降低，廠用電率下降較多，250 MW負(fù)荷以下運(yùn)行2臺(tái)磨煤機(jī)，廠用電率至少降低0.5%以上。

2)運(yùn)行2臺(tái)磨煤機(jī)，在負(fù)荷210 MW以上，廠用電率能低于設(shè)計(jì)值(4.98%)，而運(yùn)行3臺(tái)磨煤機(jī)負(fù)荷應(yīng)在230 MW以上，廠用電率能達(dá)到設(shè)計(jì)值[6]。

磨煤機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)對(duì)飛灰、爐渣可燃物的影響：2臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，飛灰可燃物含量平均達(dá)到4.41%，爐渣可燃物含量平均達(dá)到4.95%，分別比3臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)高1.5%、2.38%。

綜上可以看出，在機(jī)組230 MW負(fù)荷以下，2臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行比較經(jīng)濟(jì)。

2.3 調(diào)門優(yōu)化及滑壓運(yùn)行優(yōu)化

調(diào)門重疊度合理判別依據(jù)是負(fù)荷穩(wěn)定、重疊度盡可能小。定滑壓運(yùn)行涉及機(jī)組的耗汽量、汽溫、減溫水量、調(diào)門節(jié)流損失、排煙溫度、凝結(jié)水泵電耗等。機(jī)組通流改造后，熱試組通過(guò)對(duì)汽輪機(jī)多個(gè)負(fù)荷段不同壓力下熱效率進(jìn)行測(cè)試，制定出新的定滑壓運(yùn)行曲線[8]指導(dǎo)運(yùn)行操作。新、舊滑壓曲線經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對(duì)比，優(yōu)化結(jié)果如圖5所示。

圖5 通流改造前后滑壓運(yùn)行曲線

通過(guò)優(yōu)化前后滑壓曲線比較，平均主汽壓力向上修正了0.8 MPa左右，可實(shí)現(xiàn)降低供電煤耗1.12 g/(kW·h)，熱經(jīng)濟(jì)性顯著。

3 燃料節(jié)能技術(shù)

根據(jù)實(shí)際來(lái)煤特性，借助適當(dāng)?shù)腻仩t燃燒調(diào)整試驗(yàn)及分析計(jì)算模型，通過(guò)對(duì)摻配煤種熱力計(jì)算，對(duì)比摻配前后鍋爐效率和供電煤耗，計(jì)算出經(jīng)濟(jì)煤種摻燒邊界，再依據(jù)煤炭市場(chǎng)行情進(jìn)行科學(xué)合理?yè)脚浣?jīng)濟(jì)煤種,以降低綜合入爐煤?jiǎn)蝺r(jià)，提高經(jīng)濟(jì)效益。

混煤摻燒邊界的計(jì)算式：

a=[(bhs-bsj)·p·j]/w

(4)

式中：a為混煤摻燒邊界，元/t；bhs為混燒經(jīng)濟(jì)煤種時(shí)供電煤耗，g/(kW·h)；bsj為燃燒設(shè)計(jì)煤種時(shí)供電煤耗，g/(kW·h)；p為機(jī)組供電量，kW·h；j為入爐煤價(jià)格，元/t；w為經(jīng)濟(jì)煤種摻燒量，t/d。

￡=[(jsj-jhs)-a]×w

(5)

式中：￡為混煤摻燒經(jīng)濟(jì)效益，元/d；jsj為設(shè)計(jì)煤種價(jià)格，元/t；jhs混燒經(jīng)濟(jì)煤種價(jià)格，元/t。

因此，如果設(shè)計(jì)入爐標(biāo)煤價(jià)格與摻配經(jīng)濟(jì)煤種價(jià)格的差值大于摻燒邊界，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)煤種摻燒可以產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益；差值越大，經(jīng)濟(jì)效益越好，反之則不能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。煤炭?jī)r(jià)格變化較大，參考此摻燒邊界值，就可以通過(guò)對(duì)比煤價(jià)，及時(shí)評(píng)估混煤摻燒的經(jīng)濟(jì)性。

2017年2月，專門成立經(jīng)濟(jì)煤種摻配專項(xiàng)工作小組，選擇4號(hào)爐進(jìn)行經(jīng)濟(jì)煤種摻配試驗(yàn)，對(duì)摻燒的經(jīng)濟(jì)煤種制定了摻配方案，通過(guò)熱力計(jì)算給出了摻燒邊界，并依據(jù)煤炭市場(chǎng)行情對(duì)經(jīng)濟(jì)煤種摻配方案進(jìn)行了實(shí)施；經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的摸索和燃燒調(diào)整，摻配效果越來(lái)越好，機(jī)組運(yùn)行安全穩(wěn)定，飛灰可燃物和爐渣可燃物得到合理的控制；當(dāng)煤價(jià)差高于摻燒邊界時(shí)，經(jīng)濟(jì)煤種大量摻燒可以產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益[9]。

此次對(duì)4號(hào)爐摻燒低揮發(fā)份經(jīng)濟(jì)煤種, 該經(jīng)濟(jì)煤種為揮發(fā)份15%左右的陽(yáng)泉煤，經(jīng)濟(jì)煤種上在B磨B2倉(cāng)，摻燒量約20 t/h。為了方便效益對(duì)比，摻配煤量均按照20 t/h進(jìn)行計(jì)算，實(shí)際上給煤量略有偏差。按照試驗(yàn)要求，從2017年2月20日至2017年3月3日，燃料對(duì)4號(hào)爐B2倉(cāng)上陽(yáng)泉煤(貧瘦煤)，菏澤發(fā)電有限公司熱力試驗(yàn)組對(duì)經(jīng)濟(jì)煤種摻配效果進(jìn)行熱力計(jì)算和經(jīng)濟(jì)效益分析。試驗(yàn)結(jié)果見下表4。

表4 試驗(yàn)結(jié)果匯總

通過(guò)此次試驗(yàn)，在摻配量20 t/h的狀況下，摻配揮發(fā)分15%左右的經(jīng)濟(jì)煤種，初步確定電廠2臺(tái)300 MW機(jī)組經(jīng)濟(jì)煤種參配邊界為40.61元/t，根據(jù)煤炭市場(chǎng)行情，當(dāng)經(jīng)濟(jì)煤種價(jià)格低于煙煤價(jià)格40.61元/t，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)煤種摻燒就會(huì)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。試驗(yàn)期間，貧煤與煙煤價(jià)差147元/t，按照B磨單倉(cāng)摻配方案來(lái)算，表4中5個(gè)負(fù)荷工況產(chǎn)生的日經(jīng)濟(jì)效益分別為：53 433元、34 297元、46 576元、60 193元和60 839元，平均日經(jīng)濟(jì)效益51 067元，5個(gè)試驗(yàn)工況的平均負(fù)荷為239.5 MW，每發(fā)1 kW·h電能產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為0.008 884 3元，按照菏澤發(fā)電廠2臺(tái)300 MW機(jī)組年發(fā)電量33億(kW·h)計(jì)算，年經(jīng)濟(jì)效益2 932萬(wàn)元。因此，當(dāng)煤價(jià)差比較大時(shí)，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)煤種摻配能大幅降低燃煤成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)菏澤電廠300 MW機(jī)組深度節(jié)能改造技術(shù)，從主設(shè)備及輔助設(shè)備、鍋爐和汽機(jī)側(cè)運(yùn)行優(yōu)化和燃料等三個(gè)方面進(jìn)行節(jié)能改造。

1)通過(guò)在磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)安裝CO在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，在安全提升磨煤機(jī)出口一次風(fēng)溫10 ℃的前提下，優(yōu)化燃燒。

2)SCR系統(tǒng)采用三場(chǎng)多參數(shù)復(fù)合噴氨優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行噴氨優(yōu)化。

3)通過(guò)對(duì)摻配煤種熱力計(jì)算，對(duì)比摻配前后鍋爐效率和供電煤耗，計(jì)算出經(jīng)濟(jì)煤種摻燒邊界，再依據(jù)煤炭市場(chǎng)行情進(jìn)行科學(xué)合理?yè)脚浣?jīng)濟(jì)煤種。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用該技術(shù)方法，降低了煤耗，提高了電廠經(jīng)濟(jì)效益，取得良好的節(jié)能效果。