淺談火力發電廠的節能減排技術

上海電力股份有限公司 金 興

前言

《國家國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》要求：推進傳統能源清潔高效利用。電力工業是節能減排的重點領域，近幾年，我國一大批超臨界和超超臨界高效環保機組相繼投產，短期內我國燃煤機組平均供電煤耗有了大幅降低；但是投產早、能耗高的火電機組仍占一定比例，新投運的機組在主要輔機等方面節能減排還有一定空間，火電廠節能減排的潛力依然很大，因此必須大力推進節能減排工作。

根據中國電力聯合會科技開發服務中心發布的2009年度全國火電機組能效對標及競賽資料，2009年度參加競賽的我國火電機組平均供電煤耗為342g/kWh，總體能耗水平仍然偏高。不同容量的機組（規定投產一年以上的機組可參加競賽，實際2009年已投運的機組多于下列統計數據）煤耗平均值為：

＊10臺1000MW級超超臨界機組的平均供電煤耗為290.57 g/kWh，最低為281.84g/kWh；

＊4臺600MW級超超臨界機組的平均供電煤耗為311.40 g/kWh，最低為310.15g/kWh；

＊104臺600MW級超臨界濕冷機組的平均供電煤耗為312.12 g/kWh，最低為301.84g/kWh，最高為 325.25g/kWh；

＊75臺600MW級亞臨界濕冷機組的平均供電煤耗為322.24g/kWh，最低為310.88g/kWh，最高為333.32g/kWh；

＊37臺600MW級空冷機組的平均供電煤耗為339.80g/kWh，最低為323.26g/kWh，最高為354.80g/kWh。

從上可以看出，我國當前相同等級機組中能耗水平的差距還是比較大。其中能耗水平較先進的機組仍然在不斷地尋求進一步節能降耗的途徑；對于能耗水平較高的機組，存在一定的節能降耗空間。根據多年的經驗，以下分別淺述火電廠比較成熟的主要節能減排技術改造項目和內容。

一、鍋爐部分

1、回轉式空氣預熱器柔性密封改造技術

原鍋爐回轉式空氣預熱器由于結構龐大，密封性能較差，大機組投運一段時間后空預器漏風往往達7%～10%，甚至更大，嚴重影響了鍋爐效率和風機的電耗。 改造采用新型彈性密封組件，是一種先進的回轉式空氣預熱器密封技術，具有零間隙、耐沖刷、耐磨損、耐高溫、耐腐蝕、彈性好、密封磨損量自動補償、不增加風阻等特點；采用合頁彈簧技術，允許空預器的轉子在熱態運行狀態下有一定的圓端面變形及圓周方向的變形；采用密封滑塊自潤滑合金，高溫下干磨擦系數μ＝0.1.對主軸電機驅動電流影響較小；空預器漏風率會隨著運行時間的增長而適當變大，可利用停爐時進行檢查并重新調整密封組件。

空氣預熱器柔性密封改造當前已有較多成功實例，某600MW機組改造前測得空預器A/B側漏風率分別為8.30%/7.90%，改組后分別為4.64%/4.38%，漏風率平均下降3.59%。

根據600MW機組參數變化對煤耗率的影響計算，漏風率每下降1%使供電煤耗下降0.18g/kWh，兩側平均漏風率下降3.59%，使供電煤耗下降0.65g/kWh。按單臺機組年發電量35億kWh計算，每年可節約標煤2275t。空預器柔性密封改造后，兩臺送風機、兩臺引風機、兩臺一次風機運行電流合計值在相同工況下（600MW）比改造前下降了約60A，每年可節電436.46萬kWh。

2、風機節能改造

當空預器改造后漏風大幅下降，但環保逐步要求增加脫硫系統、脫硝系統，煙塵排放要求電除塵器改造為電袋復合或布袋除塵器等因素，都會使鍋爐各種風機實際工作點大幅變化，導致各大風機不斷需要進行改造。根據機組的實際情況，改造的方案多種多樣，常見的有軸流風機轉子節能改造（減少葉片數）、選用高效風機葉型增容改造、軸流靜葉可調風機改造為動葉可調、引風機和增壓風機合并改造、增壓風機加旁路提高運行靈活性節電改造等。

例如某電廠1000MW超超臨界機組原配有兩臺軸流風靜葉可調的引風機和增壓風機，電廠決定拆除脫硫的GGH后需要對風機系統進行節能改造，改造方案可有：靜葉可調風機重新選型、靜葉可調改造為動葉可調、引風機和增壓風機合并改造、風機馬達改為雙速等。通過對運行費用、維護費用、改造投資大小、回收期、施工期、運行靈活性、安全可靠性等方面綜合比較，最終選用引風機和增壓風機合并，單速軸流靜葉可調風機改造方案。具有節電量顯著的特點，一臺風機改造費用約為200萬元（包括加固、煙道等其他費用），改造后一臺風機年節電量為405萬kWh，改造后兩年即可回收投資。

3、鍋爐燃燒優化調整

新機組投產，機組的控制系統往往沒有經過細致地調整，特別是鍋爐系統，有必要進行燃燒調整優化的工作。通過一系列針對性的試驗和最終調整鍋爐控制邏輯、控制函數和整定參數，可以消除存在的相關設備缺陷，使鍋爐運行的安全可靠性和經濟性有一定程度的提高。某超臨界600MW機組實施鍋爐燃燒優化調整后，消除了鍋爐燃燒器損壞等重大缺陷，排煙溫度下降10℃、主汽和再熱汽溫度平均提高4℃～5℃、石子煤排放平均下降千分之四，氮氧化物排放有所下降，供電煤耗下降達3g/kWh，綜合效益十分可觀。

二、汽輪機部分

汽輪機設備及其系統是火電廠重要的組成部分，近年來汽輪機的設計水平有了很大的提高，節能降耗潛力較大。

1、汽輪機本體改造

汽輪機本體節能改造工作主要分成三部分，即汽輪機通流部分、汽輪機汽封系統以及汽輪機的進汽和排汽部分的改造。

目前國產和首批引進技術生產的亞臨界300MW汽輪機用戶紛紛采用先進的三維流場動靜葉片設計技術實施了通流部分改造，實踐表明可以大幅降低汽輪機的熱耗，是一項成熟的改造技術。目前采用先進的三維流動設計技術，改造后300MW亞臨界汽輪機熱耗可以達到7960kj/kWh左右。如果改造前汽輪機設計熱耗較差，不可修復的老化損失較嚴重，改造后機組實際運行煤耗可降低8g/kWh～10g/kWh左右。

如果設備原始設計熱耗較低，通流部分整體改造熱耗下降較少，影響投資收益率，可進行汽輪機汽封系統的改造，這方面已有不少案例，有些改造確實短期內效果較好，但還未經過長期考驗。汽輪機汽封改造包括動靜葉汽封、隔板汽封和軸封等的改造，隔板汽封和軸封的改造形式有布萊登汽封、蜂窩汽封和刷子汽封等，改造后汽缸效率可提高2個～3個百分點，煤耗降低1g/kWh～3g/kWh，投資也不大。汽輪機汽封改造有高精密性和高可靠性的要求，雖然大多數改造是成功的，但也出現了個別失敗的案例，因此必須強調，汽輪機汽封改造技術必須獲得原汽輪機制造廠的認可，改造使用的汽封備件的制造必須成熟可靠。

汽輪機進汽部分的改造主要是減少進汽部分的節流損失和盡量避免汽流激振，消除軸承振動大的缺陷。某600MW機組進汽部分的改造包括配汽系統優化和進汽調節閥門重組、設置合適的閥門重疊度，可大大減少進汽的節流損失和大幅減少因部分進汽引起的汽流激振，改造后機組軸承瓦溫下降了20℃～30℃，振動下降了 20ūm～70ūm，在 500MW負荷汽耗降0.1kg/kWh，折合煤耗約2g/kWh。

2、汽輪機輔機及其系統改造

汽輪機輔機及其系統的節能改造包括各種水泵的改進和熱力系統的節能改造。

由于設計以及選型的不合理，有些水泵壓頭余量過大和水泵本身效率不高，通過水泵性能和管路特性測試，正確評價水泵節能潛力是水泵節能改造可行性研究的關鍵。某電廠對前置泵和凝結水泵的改造案例提供了水泵節能改造的原理和方法，包括車削葉輪、流道打磨、修正進出口角等葉型優化改進、選用高效葉輪等可降低電耗和提高水泵效率；循環水泵流道涂特殊涂料也可提高循泵效率，節電效果十分明顯，某600MW機組兩臺循環水泵實施后進行對比試驗，循環水泵運行電流下降分別為3.8%和3.4%，年節約電費約20萬元，投資回收期在一年內。

汽輪機疏水系統往往設計復雜，冗余系統多，甚至存在設計、安裝錯誤、閥門泄漏嚴重，不僅造成機組的經濟損失，還使維修工作量及維護費用增加，運行人員操作量增加，對機組安全性、可靠性也有影響，某200MW機組改造后，額定工況下降低熱耗53.66 kJ/kWh，折合煤耗2.05g/kWh。汽輪機疏水系統優化改造值得推廣。

三、電氣部分

當前火電廠已大量采用電機調速技術達到根據主機負荷調節輔機出力的節電目的。采用的主要技術有變頻調速、永磁調速和電機由單速改為雙速等。由于目前火電機組負荷率相對較低，各類調速技術節能效果十分顯著。例如300MW機組凝結水泵采用變頻或永磁調速后節電率可達30%～50%。若采用變頻技術，設備及配套投資約為150萬元～200萬元之間，但年節約電費可達70萬元～100萬元左右，3年內肯定能收回成本；某330MW機組一次風機改造后各負荷點節電率分別在20%～40%范圍內，風機平均功率從1150kW下降到590kW，以運行7000小時計算，年節電量達773萬kWh；某600MW機組循環水泵電機改為雙速，單臺電機改造費用約35萬，若保守按一臺循環水泵一年內有3個月投入低轉速運行就可節電約200萬kWh，一年內可回收成本。

近年來，隨著技術的不斷成熟和可靠，變頻調速器功率已越來越大，變頻器使用范圍也越來越廣，從最初用于小型輔機、凝結水泵等逐步發展到各種風機，甚至循環水泵，節電效果十分顯著。但改造時均要增加輔助系統（變頻器、永磁調速器等），在帶來可觀的節能效益的同時，也帶來了系統復雜化、整體可靠性下降、維護修理費用增加等問題。因此，改造前必須扎實做好多方案可行性研究，擇優選擇投資回收期短的項目。改造調試時必須精心測試，確定可能存在的共振轉速區，設定變頻器或永磁調速控制器只能快速通過的速度范圍；改變頻后對原有電機的使用壽命也可能會有一定的影響，個別已發生電機損壞的事故；若干年后變頻器部分元器件的可靠性和更換費用問題會凸現，也應引起注意。

四、幾點建議

1、火電廠的節能減排范圍很廣，建議有條件的燃煤電廠開展《機組節能潛力評估》。圍繞著不可控損失和可控損失的組成，開展機組的節能潛力的評估和分析，找出電廠主要節能環節。

2、根據電廠主要的節能環節，制定節能降耗計劃和目標，采取針對性的措施，挖掘節能減排的潛力，進一步降低企業能耗。

3、運行人員的深入細致地分析、正確有效地調整，是電廠節能降耗的重要組成部分，應繼續狠抓節能小指標，進一步開展運行人員的節能競賽。