淺析火電機組節能診斷方法與應用

文 張國柱 溫志鵬 李本鋒 谷小兵 彭偉 中國大唐集團科技工程有限公司

淺析火電機組節能診斷方法與應用

文/張國柱 溫志鵬 李本鋒 谷小兵 彭偉 中國大唐集團科技工程有限公司

節能診斷及節能潛力分析既是對火電廠整體能耗水平評估的手段，又是有效指導火電廠安排自身機組進行節能改造的參考依據，在火電廠節能改造工作中發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能目標，但節能診斷數據分析顯示，大多數600MW及以下機組仍有8g/ kWh左右的節能潛力。

1 節能診斷理論

1.1 耗差分析法

耗差分析法是根據電廠實際運行參數與設定的基準值的差值，通過建立耗差分析模型計算得出實際運行指標對機組煤耗率、熱耗率、機組效率以及廠用電率等指標的影響系數。耗差分析作為節能診斷的重要方法，可以使電廠節能管理人員以及節能服務公司在掌握機組各系統及設備實際經濟性水平的情況下，理清各種因素對機組能耗指標的影響量，分主次實施節能改造。

耗差分析的關鍵在于合理選取設定的基準值。基準值可選取設備制造廠商提供的設備設計參數值或電力設計院提供的系統設計參數。當電廠實際運行參數與設備廠商或設計院提供的設計參數有較大差別時可采取熱力系統及設備性能試驗確定的參數最佳值。

耗差分析法適用于運行參數與設定的基準值偏差不超過50%的情況，否則會造成較大的分析誤差。

1.2 等效焓降法

在回熱抽汽式汽輪機中，1kg新蒸汽的實際做功為：

式中：H——新蒸汽所做實際功，kJ/kg；

h0——新蒸汽進入汽輪機的初始焓，kJ/kg；

hc——汽輪機的排汽焓，kJ/kg；

hi——汽輪機第i級抽汽焓，kJ/kg；

hi——第i級抽汽的抽汽份額，%；

n——抽汽級數。

和純凝式汽輪機的直接焓降相比，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的經濟性，它利用熱力學的熱功轉換原理，經過嚴密的理論推導，求出熱力參數焓降和裝置效率等，用簡便的局部計算代替整個系統的繁雜計算，分析熱力系統中節能技術改造的效果，為系統參數的定量計算提供了簡化方法。等效焓降法作為節能診斷的主要理論和方法，提供了局部系統定量分析的手段和依據，有效簡化了節能計算的工作量。

2 節能診斷方法概述

2.1 系統損失分類

電廠系統運行過程中會產生不同類型的損失，引起供電煤耗較設計值升高。具體可分為不可避免損失、不可控損失和可控損失（部分可控損失）。

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

(2) 不可控損失。不可控損失指機組受到外界條件限制，如負荷率、計劃啟停機、非穩態、煤質變化以及設計和設備條件限制引起的損失。基準煤耗加上當年不可控損失后得到達標煤耗。

(3) 可控損失（部分可控損失）。可控損失指由于運行方式不佳或設備存在缺陷等造成的損失，如運行參數偏差、加熱器端差、冷端系統真空及過冷度、系統內外漏、空預器漏風、排煙溫度等。一般可通過運行調整優化、設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能潛力的重點方向。達標煤耗加上可控損失后得到實際煤耗。

2.2 節能診斷方法及過程

(1) 收集設備及系統的設計數據及有代表性的實際運行數據。

(2) 計算各項損失，并進行分類。

(3) 通過各項損失累加計算得到機組當年運行煤耗值，并與電廠統計煤耗值進行對比，檢驗以上各項損失的計算方法是否準確、合理。

(4) 分析總結各項損失以及機組實際運行煤耗高于設計值的主要原因。

(5) 針對各項損失類型進行節能潛力分析，并提出節能降耗方案及措施。

(6) 提出供電煤耗目標值。

3 節能診斷應用實例

現以某電廠2臺300MW供熱機組為實例，通過計算系統各項損失并匯總，分析電廠典型的節能潛力，并提出相應的節能降耗措施。

3.1 機組各項損失計算

通過計算分析，在實際運行條件下，與額定負荷原設計值相比較，各種損失使電廠1、2號機組發電煤耗分別升高約9.78g/kWh和17.23 g/kWh。分析核算認為，1、2號機組實際供電煤耗分別為319.4 g/kWh和327.8 g/kWh。這一結果與電廠統計煤耗值相比基本相同，說明各項損失的計算方法較為準確合理。各種損失對機組能耗指標影響量匯總見表1。

3.2 各項損失原因分析

電廠兩臺機組實際運行煤耗高于設計值，主要原因包括：

(1) 汽輪機各缸效率低于設計值；

(2) 兩臺機組出力系數偏低；

(3) 兩臺機組凝汽器壓力較設計值偏高；

(4) 兩臺機組過熱減溫水量偏大；

(5) 熱力及疏水系統閥門存在一定的內漏；

(6) 機組啟停頻繁；

(7) 主/再熱蒸汽溫度偏低；

(8) 吹灰排污以及暖風器用汽等機組正常的蒸汽消耗；

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

表1 各種損失對機組能耗指標影響量分析匯總

3.3 節能潛力分析及治理方案

電廠節能潛力主要從可控損失（部分可控損失）中挖掘，并從系統與設備等多方面進行選擇和分析。表2對機組節能潛力較保守的預測進行了匯總。

表2 機組節能潛力預測分析匯總

通過表2的統計內容以及其它電廠相關節能潛力分析可知，從以下幾方面深入挖掘節能潛力，電廠將會達到較好的節能和經濟效益。

(1) 汽輪機本體

目前，國內多數國產300MW等級汽輪機或多或少的存在熱耗率達不到設計值的情況，分析主要原因有設備本身設計制造水平以及軸封、汽封間隙不合理等。國內電廠通常采用汽輪機通流改造以及新型密封改造等方式使汽輪機熱耗率達到設計標準，降低煤耗。

(2) 冷端系統。冷端系統是節能潛力較大且改造成本較小的電廠節能改造系統。300MW機組汽輪機背壓升高1kPa，發電煤耗升高約2g/kWh。冷端系統的節能診斷及優化主要從凝汽器性能、循環水泵運行方式、抽真空系統設備性能等方面進行。

(3) 熱力系統嚴密性。機組熱力系統泄漏是影響機組經濟性的一項重要因素，其中，機組閥門的泄漏對機組煤耗的影響較大，但其僅需較小的投入就能獲得顯著的節能效果。因此在節能降耗工作中首先應重視對系統閥門泄漏的治理。在電廠運行及檢修過程中應特別關注流通高品質蒸汽的閥門的嚴密性，以保持熱力系統的嚴密性。

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

3.4 供電煤耗目標

表3給出了對機組實施節能措施后在75%負荷下供電煤耗目標值。

表3 各負荷率下經濟性指標預計值

4 節能診斷工作建議

節能診斷工作應從人員管理、設備壽命、設備可靠性及靈活性、系統性能等方面綜合考慮，不斷擴展現有診斷涵蓋范圍，從而實現全廠整體節能。

(1) 加大對電廠運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) 對多機組電廠進行負荷分配優化；

(4) 對電廠耗水情況進行診斷，加大節水管理力度；

(5) 對機組壽命進行評估，增加設備及系統的可靠性及靈活性，給出合理的運行方式。