文_夏玉芳 周元祥 蔡健

1 廣東惠州平海發(fā)電廠有限公司 2 西安熱工研究院有限公司 3 廣東電力發(fā)展股份有限公司

在“雙碳”目標(biāo)指引和“雙控”指標(biāo)下，通過(guò)節(jié)能管理，降低機(jī)組煤耗，是發(fā)電企業(yè)的生存之本。案例機(jī)組已投產(chǎn)11a，設(shè)備性能逐年下降，機(jī)組能耗上升。為深挖節(jié)能潛力，2022年3月對(duì)機(jī)組開(kāi)展節(jié)能診斷，分析機(jī)組生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行狀況等，準(zhǔn)確掌握機(jī)組當(dāng)前能耗水平，科學(xué)識(shí)別和分析節(jié)能潛力。同時(shí)，結(jié)合同類(lèi)型機(jī)組設(shè)備及系統(tǒng)改造經(jīng)驗(yàn)，從運(yùn)行優(yōu)化、設(shè)備提效和技術(shù)改造等3個(gè)方面，提出節(jié)能降耗技術(shù)途徑與實(shí)施方案。

1 案例機(jī)組情況

案例機(jī)組為1000MW超超臨界燃煤機(jī)組，三大主機(jī)均由上海電氣集團(tuán)制造。鍋爐采用上海鍋爐廠引進(jìn)ALSTOM技術(shù)制造的SG-3093/27.46-M533型,保證效率93.8%；汽輪機(jī)是由上海汽輪機(jī)廠與西門(mén)子公司聯(lián)合設(shè)計(jì)制造的一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)為N1000-26.25/600/600，保證熱耗率7343kJ/kWh；發(fā)電機(jī)采用上海發(fā)電機(jī)有限公司生產(chǎn)的THDF125/67型，保證效率99%。

2 機(jī)組節(jié)能診斷現(xiàn)狀

案例機(jī)組已投產(chǎn)11a，受汽輪機(jī)性能、運(yùn)行工況偏離設(shè)計(jì)值等因素影響，目前能耗水平較設(shè)計(jì)值偏高。經(jīng)研究分析，在實(shí)際運(yùn)行條件下，各種因素使機(jī)組發(fā)電煤耗在77%負(fù)荷時(shí)高于設(shè)計(jì)值約8.8g/kWh，發(fā)電煤耗診斷值為277.7g/kWh。統(tǒng)計(jì)期內(nèi)機(jī)組生產(chǎn)廠用電率為4.34%，供電煤耗為290.3g/kWh。影響機(jī)組發(fā)電煤耗的因素如表1所示。

表1 機(jī)組主要因素對(duì)能耗指標(biāo)影響量匯總

綜上所述，由于各種影響因素，77%負(fù)荷時(shí)機(jī)組發(fā)電煤耗較設(shè)計(jì)值升高約8.8g/kWh，下文針對(duì)升高因素進(jìn)行節(jié)能降耗研究，提出節(jié)能降耗技術(shù)途徑與實(shí)施方案。

3 機(jī)組節(jié)能降耗研究

3.1 汽輪機(jī)及熱力系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化

3.1.1 本體節(jié)能優(yōu)化

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)診斷，案例機(jī)組汽輪機(jī)本體各項(xiàng)性能指標(biāo)如下表2所示，為了降低機(jī)組能耗指標(biāo)，對(duì)汽輪機(jī)本體節(jié)能工作提出以下建議：

表2 汽輪機(jī)本體各項(xiàng)性能指標(biāo)偏差對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響量

①進(jìn)行汽輪機(jī)性能試驗(yàn)，準(zhǔn)確確定汽輪機(jī)高、中缸效率，若高壓缸效率顯著下降，需要盡快返廠或在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢修。

②中、低壓缸揭缸大修時(shí)，原則上通流部分汽封等進(jìn)行更換或修復(fù)，不建議采用新型汽封結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。

③汽輪機(jī)中壓調(diào)門(mén)擴(kuò)散器喉部直徑500mm，擴(kuò)散器出口外徑824mm，長(zhǎng)度1764mm，擴(kuò)散器疏水采用隱蔽設(shè)計(jì)，疏水管暗管變徑Ф21-30mm，擴(kuò)散器錐度15°，擴(kuò)散器出口厚度約5mm，材料為GX12CrMoWVNbN10-1-1。應(yīng)加強(qiáng)中壓調(diào)門(mén)擴(kuò)散管壁溫度及中壓缸排汽溫度監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常盡快進(jìn)行處理。

3.1.2 冷端系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化

基于運(yùn)行數(shù)據(jù)，根據(jù)汽輪機(jī)性能設(shè)計(jì)資料、循環(huán)水泵不同運(yùn)行方式、凝汽器變工況計(jì)算結(jié)果，參照廠家提供的汽輪機(jī)低壓缸排汽壓力對(duì)出力的修正曲線，考慮排汽壓力低于4.0 kPa后對(duì)機(jī)組能耗影響較小，對(duì)冷端系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化指導(dǎo)建議如下：

①機(jī)組100%負(fù)荷工況下，循環(huán)冷卻水溫度15℃時(shí)，循環(huán)水泵應(yīng)兩臺(tái)高速泵并聯(lián)運(yùn)行；循環(huán)冷卻水溫度18℃時(shí)，循環(huán)水泵應(yīng)三臺(tái)高速泵并聯(lián)運(yùn)行。

②機(jī)組75%負(fù)荷工況下，循環(huán)冷卻水溫度17℃時(shí)，循環(huán)水泵應(yīng)兩臺(tái)低速泵并聯(lián)運(yùn)行。循環(huán)冷卻水溫度21℃時(shí)，循環(huán)水泵應(yīng)三臺(tái)高速泵并聯(lián)運(yùn)行。

③機(jī)組50%負(fù)荷工況下，循環(huán)冷卻水溫度21℃時(shí)，循環(huán)水泵應(yīng)兩臺(tái)低速泵并聯(lián)運(yùn)行。循環(huán)冷卻水溫度26℃時(shí)，循環(huán)水泵應(yīng)三臺(tái)高速泵并聯(lián)運(yùn)行。

④上述工況及其他工況下，詳細(xì)的循環(huán)水泵運(yùn)行優(yōu)化方式見(jiàn)表3，優(yōu)化結(jié)果見(jiàn)圖1，優(yōu)化后運(yùn)行時(shí)間見(jiàn)表4。

表3 冷端系統(tǒng)循環(huán)水泵運(yùn)行方式優(yōu)化結(jié)果

圖1 循環(huán)水泵運(yùn)行方式優(yōu)化結(jié)果

表4 機(jī)組優(yōu)化前后年度各種循泵運(yùn)行時(shí)間

根據(jù)冷端優(yōu)化結(jié)果，基于循環(huán)水溫和機(jī)組負(fù)荷采用合理的循泵運(yùn)行方式，預(yù)計(jì)可使機(jī)組供電煤耗降低約0.3g/kWh。

3.1.3 增設(shè)羅茨真空泵節(jié)能改造

案例機(jī)組抽空氣系統(tǒng)配備3臺(tái)水環(huán)式真空泵，正常2臺(tái)真空泵運(yùn)行，分別抽吸高/低壓凝汽器中的不凝結(jié)氣體，另外一臺(tái)真空泵備用。真空泵工作水的冷卻水原取自循環(huán)冷卻水，后改至工業(yè)水系統(tǒng)以保證冷卻器的清潔，從而降低工作水溫度，提升真空泵組抽吸能力。

案例機(jī)組的真空泵選型依據(jù)為真空嚴(yán)密性大于400Pa/min，并且考慮了富裕量。目前真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果基本小于100Pa/min，處于良好水平。因而建議案例機(jī)組進(jìn)行羅茨真空泵組改造，根據(jù)場(chǎng)地情況，采用新增兩臺(tái)羅茨真空泵組或者替代原有水環(huán)真空泵組改造方式皆可，正常運(yùn)行中，羅茨真空泵組單獨(dú)運(yùn)行抽吸凝汽器中的不凝結(jié)氣體，原有的水環(huán)真空泵組備用，僅在機(jī)組啟動(dòng)及真空嚴(yán)密性較差的情況下啟動(dòng)運(yùn)行。

根據(jù)其它機(jī)組的羅茨泵組改造經(jīng)驗(yàn)，羅茨真空泵組運(yùn)行較目前的水環(huán)真空泵組運(yùn)行功率可降低60%以上，年均廠用電率可下降0.15%。

3.2 鍋爐系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化

3.2.1 提高再熱蒸汽溫度

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)診斷，案例鍋爐主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度高負(fù)荷工況基本可達(dá)設(shè)計(jì)值，但中低負(fù)荷均存在不同程度偏低，特別是再熱蒸汽溫度低負(fù)荷工況顯著偏低。根據(jù)節(jié)能診斷分析，低負(fù)荷工況降低爐內(nèi)輻射換熱，提高爐膛出口煙溫，是提高低負(fù)荷再熱蒸汽溫度的主要方向，主要建議如下：

（1）恢復(fù)燃燒器擺角調(diào)節(jié)

案例鍋爐目前燃燒器擺角因機(jī)械故障固定于水平位置。低負(fù)荷燃燒器擺角上揚(yáng)，將抬高火焰中心位置，提高爐膛出口煙溫。建議利用檢修機(jī)會(huì)恢復(fù)燃燒器擺角調(diào)節(jié)功能，改善運(yùn)行人員調(diào)節(jié)方式，改善低負(fù)荷再熱蒸汽溫度。由于燃燒器擺角執(zhí)行機(jī)構(gòu)很難長(zhǎng)期保證靈活，建議恢復(fù)擺角擺動(dòng)后利用燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，對(duì)比不同負(fù)荷不同擺角與爐膛出口溫度、汽溫、減溫水等影響，綜合確定合適角度留作后續(xù)卡澀時(shí)燃燒器可固定位置。

（2）專(zhuān)項(xiàng)配風(fēng)優(yōu)化調(diào)整

專(zhuān)項(xiàng)配風(fēng)優(yōu)化調(diào)整，包括低負(fù)荷適當(dāng)降低SOFA風(fēng)比例，降低運(yùn)行氧量，提高爐膛-風(fēng)箱差壓，關(guān)小偏轉(zhuǎn)二次風(fēng)等，均將有助于在低負(fù)荷降低燃燒區(qū)域火焰溫度，減少下?tīng)t膛輻射吸熱量，火焰中心高度抬高，爐膛出口煙溫升高，再熱蒸汽溫度升高。但氧量與SOFA比例等配風(fēng)方式調(diào)整，將可能影響NOx以及CO濃度以及燃燒穩(wěn)定性，具體合適方式需要綜合考慮。

根據(jù)相關(guān)電廠調(diào)整經(jīng)驗(yàn)，在恢復(fù)燃燒器擺角調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，針對(duì)配風(fēng)方式開(kāi)展專(zhuān)項(xiàng)燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，再熱蒸汽溫度整體可提升3～5℃，對(duì)應(yīng)機(jī)組發(fā)電煤耗降低約0.2g/kWh。

3.2.2 降低磨煤機(jī)出口壓力

案例鍋爐不同負(fù)荷下，熱一次風(fēng)母管壓力約為7.5～12kPa，磨煤機(jī)入口熱一次風(fēng)門(mén)開(kāi)度基本全開(kāi)，磨煤機(jī)入口風(fēng)壓約為7～11.5kPa，磨煤機(jī)通風(fēng)阻力約為3～4kPa，對(duì)應(yīng)磨煤機(jī)出口壓力約為4～8.5kPa。與其他同類(lèi)型制粉系統(tǒng)相比，當(dāng)前案例鍋爐磨煤機(jī)出口壓力偏高約1～2kPa。據(jù)此推理，當(dāng)前磨煤機(jī)出口至燃燒器入口存在阻力異常偏高部位，初步懷疑是粉管調(diào)節(jié)縮孔。

建議利用檢修機(jī)會(huì)，對(duì)磨煤機(jī)風(fēng)環(huán)進(jìn)行更換修復(fù)，并在燃燒器噴口附近水冷壁背側(cè)增設(shè)溫度測(cè)點(diǎn)，同時(shí)查找磨煤機(jī)出口壓力偏高原因并解決，減少不必要節(jié)流損失，預(yù)計(jì)降低一次風(fēng)壓約0.5～1.0kPa，對(duì)應(yīng)降低一次風(fēng)機(jī)耗電率約0.03%。

3.2.3 送風(fēng)機(jī)提效改造

案例鍋爐在高、中、低負(fù)荷工況下，送風(fēng)機(jī)效率平均約70%、50%、30%。送風(fēng)機(jī)整體運(yùn)行裕量較為偏大，其與系統(tǒng)匹配性差，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率低。建議案例鍋爐開(kāi)展送風(fēng)機(jī)雙速改造可行性。將送風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由990r/min降至745r/min，可以滿(mǎn)足機(jī)組正常工況運(yùn)行要求，并且風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率平均提高了15%左右，詳見(jiàn)圖2。需要說(shuō)明的是，降一檔轉(zhuǎn)速后，風(fēng)機(jī)各負(fù)荷工況基本滿(mǎn)足運(yùn)行要求，但理論核算風(fēng)機(jī)TB工況點(diǎn)（3.4kPa、340m3/s），較風(fēng)機(jī)性能曲線最大出力線安全裕量約為1.25，較風(fēng)機(jī)選型規(guī)范要求參數(shù)1.35有所降低?；诤弦?guī)性考慮，考慮保留高速檔（990r/min）作為備用。根據(jù)相關(guān)電廠改造經(jīng)驗(yàn)，采用雙速改造后，對(duì)應(yīng)廠用電率約下降0.03%。

圖2 降速至745r/min后風(fēng)機(jī)性能曲線

3.2.4 電除塵改造及優(yōu)化

案例機(jī)組除塵采用三室四電場(chǎng)電除塵器，2011年電除塵耗電率為0.26%，與同類(lèi)型機(jī)組相比，電除塵耗電率偏高。建議將電除塵優(yōu)化調(diào)整設(shè)定為自動(dòng)控制方式，以機(jī)組負(fù)荷（總?cè)剂狭浚┡c吸收塔進(jìn)、出口煙塵濃度為判斷依據(jù)，自動(dòng)調(diào)整電除塵供電方式與電流極限，減少手動(dòng)調(diào)整滯后性。實(shí)施電除塵電源改造與電除塵運(yùn)行優(yōu)化自動(dòng)調(diào)整，預(yù)計(jì)可使機(jī)組電除塵耗電率下降0.08%。

4 結(jié)語(yǔ)

2020年9月，習(xí)近平主席在第75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上提出“雙碳”目標(biāo)；2022年5月，國(guó)家發(fā)展改革委等部門(mén)發(fā)布了《煤炭清潔高效利用重點(diǎn)領(lǐng)域標(biāo)桿水平和基準(zhǔn)水平（2022年版）》，為貫徹落實(shí)國(guó)家節(jié)能法規(guī)、強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)及重大政策要求，燃煤電廠需要借助節(jié)能診斷方式，強(qiáng)化技術(shù)節(jié)能和管理節(jié)能工作，進(jìn)一步降低機(jī)組能耗，促進(jìn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。