1 000 MW機(jī)組超低排放改造中廠用電的優(yōu)化分析

翁建明

（浙江浙能嘉華發(fā)電有限公司，浙江嘉興314201）

1 000 MW機(jī)組超低排放改造中廠用電的優(yōu)化分析

翁建明

（浙江浙能嘉華發(fā)電有限公司，浙江嘉興314201）

針對浙能嘉興發(fā)電廠三期2×1 000 MW機(jī)組“超低排放環(huán)保示范工程”技術(shù)改造前后廠用電系統(tǒng)存在的問題，提出了相應(yīng)的節(jié)電優(yōu)化措施。對改造前后機(jī)組廠用電情況進(jìn)行了比較和分析，為類似機(jī)組超低排放改造項(xiàng)目提供借鑒，使超低排放改造不僅滿足現(xiàn)代大型火電機(jī)組環(huán)保的新要求，更能夠達(dá)到節(jié)電降耗的目的。

超低排放；廠用電；優(yōu)化

1 概述

浙能嘉興發(fā)電廠三期7號、8號機(jī)組為1 000 MW級超超臨界機(jī)組，作為全國首個(gè)“燃煤機(jī)組煙氣超低排放”項(xiàng)目，在技術(shù)路線和施工安裝方面均處于摸索和創(chuàng)新階段，還存在新技術(shù)應(yīng)用及銜接方面的問題需要解決。

機(jī)組采用哈爾濱鍋爐廠設(shè)計(jì)制造的超超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐。煙氣脫硫裝置采用石灰石－石膏濕法脫硫技術(shù)，無旁路、無GGH（煙氣換熱器），設(shè)置增壓風(fēng)機(jī)。

煙氣經(jīng)省煤器進(jìn)入SCR（選擇性催化還源）反應(yīng)器進(jìn)行脫硝反應(yīng)，再經(jīng)空預(yù)器換熱流入干式靜電除塵器、引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)和吸收塔后由煙囪排入大氣。在此過程中，對煙氣中煙塵的脫除起作用的主要是干式靜電除塵器和濕法脫硫系統(tǒng)的吸收塔。

機(jī)組廠用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)了6 kV和380 V共2個(gè)電壓等級，每臺機(jī)組6 kV分4段布置（A1，A2，B1，B2）。每臺機(jī)組布置2臺低壓脫硫變壓器（簡稱脫硫變，以下類推），互為暗備用，分別接自6 kV A2和B2段母線；布置4臺除塵變（A1，B1，A2，B2），互為暗備用，分別接自6 kV A1，A2，B1，B2段母線。

2 超低排放改造方案

超低排放改造的技術(shù)路線為：空預(yù)器出口的煙氣經(jīng)過第1段MGGH（中間熱煤體煙氣換熱器）降溫段降至87℃左右，進(jìn)入改造的低低溫靜電除塵器，除塵后通過引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)、脫硫吸收塔，到達(dá)新增設(shè)的濕式靜電除塵器再次凈化除塵，最后在MGGH升溫段升至80℃后通過煙囪排放。工藝流程如圖1所示。

超低排放改造涉及的電氣部分改造主要有：

（1）增壓風(fēng)機(jī)增容。將增壓風(fēng)機(jī)功率從原來的3 150 kW增容至5 900 kW。

（2）吸收塔再循環(huán)泵C增容。將吸收塔再循環(huán)泵C由原來的1 120 kW增容至1 250 kW，每臺爐再增加1臺1 400 kW的吸收塔再循環(huán)泵。

（3）增加濕式電除塵器和MGGH后，新增用電負(fù)荷703 kW，低壓脫硫變?nèi)萘繜o法滿足增設(shè)濕式電除塵器和MGGH的容量要求，每臺爐增加1臺低壓變的同時(shí)增設(shè)相應(yīng)的開關(guān)柜為新增的濕式電除塵器和MGGH供電。原有脫硫電氣間已無新的設(shè)備布置空間，2臺爐需新設(shè)1座電氣間來布置新增的低壓變和開關(guān)柜。

（4）新增濕電除塵變、MGGH區(qū)域熱媒水泵由主廠房相應(yīng)機(jī)組6 kV段供電。

圖1 超低排放工藝流程

3 改造前廠用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的問題

3.1 低壓變壓器原容量與實(shí)際負(fù)荷偏差分析

根據(jù)DL/T 5153-2002《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》的規(guī)定，在原設(shè)計(jì)方案中，將所有用戶的計(jì)算負(fù)荷留有10%裕度，最終推算出設(shè)計(jì)容量。而除塵變的額定容量（AN自然冷卻方式）按照設(shè)計(jì)容量約1.15倍配置。

以除塵變7A1為例，該段母線的計(jì)算負(fù)荷為1 320 kW，按照設(shè)備功率因數(shù)為0.85，增加10%的裕度計(jì)算，則設(shè)計(jì)容量為1 708 kVA，按1.15倍的容量配置除塵變，即除塵變在自然冷卻方式下的容量選用2 000 kVA，這樣除塵變?nèi)萘颗c計(jì)算容量之間的裕度在22.4%左右（數(shù)據(jù)見表1）。非正常工況下，除塵變改為強(qiáng)冷運(yùn)行方式，其額定容量可以再增加50%，能夠滿足除塵變互為暗備用的運(yùn)行工況。

表1 變壓器的設(shè)計(jì)容量、計(jì)算負(fù)荷與實(shí)際容量數(shù)據(jù)

目前已實(shí)施或計(jì)劃實(shí)施的以下3項(xiàng)技改措施，使除塵變實(shí)際最高運(yùn)行負(fù)荷低于200 kW，并導(dǎo)致除塵變設(shè)計(jì)負(fù)荷與實(shí)際負(fù)荷偏差加大。

（1）除塵變計(jì)算負(fù)荷中的電除塵電場負(fù)荷占90%，利用超低排放改造，將原除塵器工頻電源改造為高頻電源，使單臺電場計(jì)算負(fù)荷由原先的206 kW降低為160 kW，容量下降約23%，最終導(dǎo)致除塵變的容量在原有基礎(chǔ)上更加富裕20%左右。

（2）超低排放改造過程中，將原先48只灰斗電加熱改為蒸汽加熱，改造后能夠使每段除塵變的容量再富裕4%左右。

（3）電除塵電場的計(jì)算負(fù)荷按電除塵開環(huán)運(yùn)行的最大值統(tǒng)計(jì)。2012年機(jī)組投產(chǎn)之初，將廠家推薦的開環(huán)運(yùn)行方式改造為全過程閉環(huán)控制方式（所有電場出力均勻），使實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷比改造前降低了60%。

2臺脫硫變的工況邊界分別為872 kVA和500 kVA，由于脫硫段母線的用戶均為相互備用，實(shí)際使用負(fù)荷率只有50%左右，且設(shè)計(jì)容量裕度選取值達(dá)30%以上。另外，脫硫變具備強(qiáng)冷運(yùn)行方式，容量可以提升50%，也使脫硫變母線存在較大的富裕度。

3.2 廠用6 kV母線新增負(fù)荷分布情況分析

超低排放改造中新增熱媒水泵（2 800 kW）2臺、吸收塔再循環(huán)泵（1 400 kW）1臺、濕電除塵變（1 600 kVA）1臺，原有2臺增壓均分別從3 150 kW增容至5 900 kW，原有1臺吸收塔再循環(huán)泵從1 120 kW增容至1 250 kW。熱媒水泵分別接6 kV A1段和6 kV B1段，新增除塵變和吸收塔再循環(huán)泵接6 kV B2段。上述改造無法解決原有設(shè)計(jì)中4段6 kV母線負(fù)荷偏差大的問題。

4 超低排放改造前廠用電系統(tǒng)優(yōu)化

4.1 取消濕電除塵變及相應(yīng)的配電室

設(shè)計(jì)中每臺機(jī)組增加的濕電除塵變（1 600 kVA），其設(shè)計(jì)負(fù)荷為703 kW，通過將負(fù)荷轉(zhuǎn)移，濕電除塵器8臺高頻柜電源（8×86.4 kW）分別接在4臺除塵變下，共計(jì)691.2kW，改接后除塵變的實(shí)際負(fù)荷約為350 kW，仍具備2臺除塵變之間的暗備用能力。其余的負(fù)荷（約250 kW）分別接到2臺脫硫變下，脫硫變的實(shí)際負(fù)荷約為585 kVA和415 kVA，變壓器的負(fù)荷率分別為37%和26%，也同樣具備2臺脫硫變之間的暗備用能力。在取消濕電除塵變的情況下，系統(tǒng)的接線方式得到簡化，現(xiàn)有變壓器的負(fù)荷率略有增加，但原設(shè)計(jì)功能不變，滿足運(yùn)行的要求，該設(shè)計(jì)優(yōu)化可減少直接投資約100萬元。

4.2 熱媒增壓水泵轉(zhuǎn)移

2臺熱媒增壓水泵從6 kV A1段和6 kV B1段母線轉(zhuǎn)移至6 kV A2段和6 kV B2段母線，轉(zhuǎn)移后4段母線的統(tǒng)計(jì)負(fù)荷見表2，分別為：6 kV A1段母線29 030 kW；6 kVA2段母線23 270 kW；6kV B1段母線30 280 kW；6 kV B2段母線21 590 kW。保持原負(fù)荷較重的A1與B1段母線負(fù)荷不變，在負(fù)荷較輕的6 kV A2與B2段母線上分別增加負(fù)荷2 750 kW和4 280 kW。在此方式下運(yùn)行，4段6 kV母線間的電壓偏差將縮小，對于機(jī)組自動(dòng)電壓控制裝置（AVC）投運(yùn)下的發(fā)電機(jī)電壓和廠用母線電壓控制較為有利。

4.3 均衡配置濕式電除塵器高頻電源柜

表2 改造前后的統(tǒng)計(jì)負(fù)荷與改造前實(shí)際負(fù)荷對比kW

將設(shè)計(jì)中每臺機(jī)組8臺濕式電除塵器高頻電源柜分別接至4臺除塵變下，不僅實(shí)現(xiàn)了除塵變負(fù)荷平衡，同時(shí)在除塵變單臺故障情況下仍可以保證75%的除塵效率；單臺除塵變停用時(shí)，變壓器的暗備用能力可確保濕式電除塵器100%投運(yùn)。而原設(shè)計(jì)8臺濕式電除塵器高頻電源柜全部接在單臺除塵變下，一旦除塵變失電將造成機(jī)組所有濕式電除塵器退出運(yùn)行，將無法滿足超低排放設(shè)計(jì)的煙塵排放濃度不高于5 mg/m3的要求。同時(shí)，目前的優(yōu)化對整個(gè)廠用電系統(tǒng)的改動(dòng)不大，可以簡化運(yùn)行的事故處理。

5 超低排放改造效果及運(yùn)行優(yōu)化措施

5.1 改造前后廠用電率比較

超低排放改造前后廠用電率變化見表3，可見改造后廠用電率增加了0.8%左右。

表3 超低排放改造前后廠用電率對比

由于改造工程的煙氣流程中，脫硫吸收塔增加了一層噴淋托盤；脫硝系統(tǒng)增加了一層催化劑；現(xiàn)場管路空間布置困難，管道空間彎曲度大等因素，最終導(dǎo)致整體煙氣流程阻力增大、流場分布不均勻，整個(gè)流通阻力達(dá)2 000 Pa，超過設(shè)計(jì)值1 000 Pa左右。估算為此引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)增加的廠用電率在0.55%左右。

超低排放改造中，提高環(huán)保參數(shù)而配套增設(shè)了熱媒水泵、濕式電除塵器等電氣設(shè)備，因此增加的廠用電率在0.25%左右。

5.2 超低排放后的優(yōu)化措施

5.2.1 低低溫電除塵、濕電電除塵實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制

超低排放改造后投運(yùn)初期，由于低低溫電除塵和濕電電除塵只能實(shí)現(xiàn)開環(huán)控制，在此運(yùn)行方式下，電除塵的用電量比較大，約占機(jī)組廠用電量的0.18%。通過對運(yùn)行過程的優(yōu)化，在保證環(huán)保參數(shù)全負(fù)荷段可控的情況下，逐漸將除塵電量下降至0.1%左右，基本達(dá)到設(shè)計(jì)值。

5.2.2 合理調(diào)整脫硫吸收塔再循環(huán)泵的運(yùn)行方式

目前4臺脫硫吸收塔再循環(huán)泵，2臺大功率泵、2臺小功率泵。根據(jù)煤種硫份變化，及時(shí)調(diào)整吸收塔再循泵的運(yùn)行方式，盡可能2臺小功率泵或一大一小泵運(yùn)行，此項(xiàng)措施可以降低廠用電率在0.05%左右。

5.2.3 優(yōu)化空壓機(jī)運(yùn)行方式

配置脫硝系統(tǒng)氣動(dòng)吹灰的空壓機(jī)功率偏大，空壓機(jī)長時(shí)間處在低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，通過計(jì)算吹灰壓縮空氣的需求量，將脫硝系統(tǒng)吹灰壓縮氣源改接至機(jī)組儀用空氣系統(tǒng)，此項(xiàng)措施可減少廠用電率達(dá)0.02%。

5.2.4 開展風(fēng)煙系統(tǒng)風(fēng)機(jī)串級運(yùn)行的匹配研究

引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)串級運(yùn)行時(shí)的不匹配，使機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行工況下易發(fā)生喘振，需開啟增壓風(fēng)機(jī)再循環(huán)擋板增加風(fēng)量來穩(wěn)定，致使能耗增加。通過聯(lián)合西安熱工院、浙江大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)建立管道阻力模型并進(jìn)行計(jì)算，開展風(fēng)機(jī)特性分析等研究，制定風(fēng)機(jī)葉輪更換方案，這些措施可降低廠用電率0.05%。

6 結(jié)語

嘉興發(fā)電廠煙氣超低排放改造工程通過實(shí)施一系列節(jié)能降耗優(yōu)化調(diào)整工作，使廠用電率維持在4.65%左右，供電煤耗287 g/kWh，達(dá)到了超低排放設(shè)計(jì)值的要求。廠用電系統(tǒng)優(yōu)化措施，可以有效降低超低排放改造成本，優(yōu)化系統(tǒng)配置，同時(shí)也使煙氣超低排放運(yùn)行期間機(jī)組廠用電率得到有效控制，降低了機(jī)組供電煤耗的增幅，使超低排放機(jī)組真正實(shí)現(xiàn)了環(huán)保、低耗、安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]孫波，陳石明，錢朝明，等.1 000 MW超超臨界燃煤機(jī)組節(jié)能分析及優(yōu)化[J].浙江電力，2012，31（9）:27-30.

[2]袁皓.百萬千瓦機(jī)組降低廠用電率的方案探討[J].電工技術(shù)，2010（4）:49-51.

[3]吳成濤.廠用電節(jié)電新思路[J].浙江電力，2010，29（1）: 35-37.

（本文編輯：方明霞）

Optimization Analysis on Auxiliary Power for Extra-low Emission Retrofit of 1 000 MW Generating Units

WENG Jianming
（Zhejiang Zheneng Jiahua Power Generation Co.，Ltd.，Jiaxing Zhejiang 314201，China）

Aiming at problems in auxiliary power before and after technical innovation of"Environmentalfriendly Pilot Project with Ultra-low Emissions"of 2×1 000 MW power generating units in phase-Ⅲproject of Zheneng Jiaxing Power Plant，the paper presents relevant power saving and optimization measures.The paper also analyzes and compares auxiliary power before and after the innovation and provides experience for extralow emission retrofit of similar power generating units，enabling the ultra-low emission innovation to satisfy the new environmental protection requirement on modern large-scale thermal power generating units and achieve the goal of energy saving and consumption reduction.

ultra-low emission；auxiliary power；optimization

TM621

：B

：1007-1881（2016）03-0053-04

2016-01-12

翁建明（1973），男，工程師，主要從事火力發(fā)電廠運(yùn)行管理工作。