燃煤機組超低排放改造對機組能耗增加的影響分析及節能優化措施探討

魏宏鴿，張 楊，杜 振，朱 躍

（華電電力科學研究院，浙江 杭州 310030）

0 引言

本次工作基于此背景，對超低排放改造工作中的能耗變化情況進行了分析研究，并針對性提出了優化措施。

1 超低排放改造能耗增加情況分析

本次工作結選取了不同地區、不同機組容量等級的50臺燃煤機組作為研究對象，研究機組容量范圍為200～1000MW，機組總容量為25640MW。表1和表2分別為不同地區、不同機組容量等級的研究機組分布情況。

表1 不同地區研究機組分布統計Tab.1 Statistics of research units distribution in different areas

表2 不同容量等級研究機組分布統計Tab.2 Statistics of research units distribution under different capacity levels

超低排放改造主要涉及脫硫、脫硝、除塵三部分改造工作，能耗增加主要包括設備增加電耗和系統阻力增加風機電耗兩部分。本次工作涉及研究機組的相關數據均出自華電電力科學研究院承擔的相應電廠的超低排放可行性研究工作，電耗增加的計算方法為改造涉及的所有設備電耗設計值增量取總和，系統阻力的增加通過對應項目的設計參數計算得出。

1.1 不同改造項目能耗增加情況

研究機組中超低排放改造增加廠用電率平均值為0.81%，折算成綜合供電煤耗約為2.51g/kWh，下圖1為研究機組中三個不同改造項目分別增加廠用電率情況。脫硝、除塵、脫硫改造分別增加廠用電率約為0.09%、0.16%和0.56%，折算成綜合供電煤耗分別約為0.23g/kWh、0.40g/kWh、1.41g/kWh，分別占增加能耗的11.09%、19.85%和69.05%。脫硫改造由于增加用電設備較多、系統改造最為復雜，對增加廠用電率貢獻值最大；除塵改造次之，脫硝改造對增加廠用電率貢獻值最小。

圖1 不同改造項目廠用電率增加情況Fig.1 Increase of auxiliary power ratio under different retrofit projects

針對應用SCR技術的燃煤機組，目前脫硝超低排放改造技術方案主要為增加備用層催化劑，脫硝改造設備增加電耗往往較小，主要為吹灰器、公用系統的泵、稀釋風機等小功率設備，通常總和在100kW以下，能耗增加幾乎可忽略不計。由于增加備用層催化劑，脫硝改造使系統阻力增加約200Pa，增加能耗主要體現在系統阻力增加風機電耗上。

除塵改造的技術路線較為眾多，包括高效電源改造、增加電場、末電場改造成旋轉電極、電除塵器改造成電（布）袋除塵器、低低溫除塵器、濕式電除塵器等，不同技術路線帶來的設備增加電耗和系統阻力增加風機電耗均差異較大。不同技術路線改造后的系統阻力變化情況見表3。

表3 不同除塵改造技術路線下的系統阻力變化情況Tab.3 Change of system resistance under different dust removal device retrofit technologies

脫硫改造技術方案主要包括增加噴淋層、增加托盤、串聯吸收塔等，設備增加電耗主要取決于改造中新增的循環泵、氧化風機等，隨著機組容量、設計脫硫效率的變化差異性較大[1]，系統阻力增加風機電耗包括增加的噴淋層、托盤、煙道走向變化、取消GGH等引起的電耗變化[2]。

不同改造項目增加系統阻力情況如圖2所示。研究機組改造后平均增加系統阻力約1827Pa，其中，脫硝、除塵、脫硫改造分別增加系統阻力平均值約200Pa、515Pa和912Pa，分別占系統阻力總增加值的12.29%、31.65%、56.05%，脫硫改造對增加系統阻力貢獻值最大。

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圖2 不同改造項目系統阻力增加情況Fig.2 Increase of system resistance under different retrofit projects

從能耗增加的分配來看，設備增加電耗和阻力增加電耗總體相差不大，統計平均值分別增加0.39%和0.42%，分別占增加廠用電率的48.15%和51.85%。不同改造項目設備增加電耗和阻力增加電耗情況如圖3所示。可以看出，脫硝、除塵改造阻力增加電耗所占比重要高于設備增加電耗，脫硫改造則反之，能耗增加更多體現在設備增加電耗上。

圖3 不同改造項目設備增加電耗和風機增加電耗情況Fig.3 Increase of power consumption caused by devices and fans respectively under different retrofit projects

1.2 不同改造方案能耗增加情況

脫硝改造方案基本固定，能耗增加主要為阻力增加電耗。除塵和脫硫改造由于涉及改造方案眾多，不同方案能耗差異較大。

除塵改造方案主要包括高效電源改造、電除塵器改造成電袋除塵器、電袋除塵器提效、濕式電除塵器改造、低低溫除塵器改造[3]等幾大類，不同除塵改造方案能耗增加情況如圖3所示。其中，濕式電除塵器由于增加高壓整流設備，同時增加系統阻力[4]，增加廠用電率最高，平均值為0.26%；其次為低低溫除塵器，其增加廠用電率主要體現在增加系統阻力上，平均值為0.17%；高效電源改造和電袋除塵器改造增加廠用電率都約為0.08%，高效電源廠用電率增加主要體現在高效電源可以提供更高的二次電流和二次電壓，導致電場能耗增加，電袋除塵器一方面增加系統阻力較大（1200Pa），導致風機電耗增加較多，另一方面由于拆除大部分電場，電場能耗大大降低；電袋除塵器提效改造方案由于將濾袋更換成超細纖維濾袋，雖然濾袋孔徑減小，但過濾風速有所下降，系統阻力基本不增加，能耗基本沒有變化。

脫硫改造方案主要分為單塔改造、串塔改造兩大類，串塔改造方案達標可靠性更高，適用硫分范圍更廣，但由于新增一級吸收塔，相應用電設備增加較多，同時系統阻力增加較大，增加廠用電率往往遠高于單塔改造方案。研究機組中采用單塔改造方案時的脫硫改造增加廠用電率平均值約為0.33%，而采用串塔改造方案時達到0.72%，超出單塔改造方案一倍之多。

圖4 不同除塵改造方案廠用電率增加情況Fig.4 Increase of auxiliary power ratio under different dust removal device retrofit technologies

圖5 不同脫硫改造方案廠用電率增加情況Fig.5 Increase of auxiliary power ratio under different desulfurization retrofit technologies

2 節能優化措施

超低排放改造后可以通過環保設施（脫硫、脫硝、除塵系統）運行優化、深度余熱利用改造、煙道優化改造、流場優化調整等措施降低設備電耗和系統阻力，從而降低系統能耗。

2.1 脫硫系統運行優化

脫硫系統用電設備眾多，在不同硫分和不同負荷工況下，可以開展漿液循環泵、氧化風機、公用系統最優化組合運行方式的研究，尤其對于串塔脫硫系統，其設計裕量普遍較大，通過開展一、二級塔循環泵組合、一二級塔pH值組合、氧化空氣系統分配等研究工作，在排放滿足要求前提下盡可能減少用電設備的投運數量和系統阻力，從而降低設備增加電耗和風機電耗[5]。以300MW機組為例，如通過運行優化能減少一臺450kW循環泵的投運，經過測算廠用電率可以減少約0.15%，折合綜合供電煤耗降低約為0.45g/kWh。

2.2 脫硝系統運行優化

超低排放后脫硝系統自身增加能耗并不顯著，但由于高脫硝效率和流場不均勻等問題易造成系統噴氨量增加，造成后續空預器堵塞，系統阻力上升導致風機電耗增加。通過定期開展SCR脫硝系統的噴氨格柵優化調整工作，可以減少過量噴氨等現象，降低NOx濃度場的不均勻度，采用吹灰器的精密點吹，降低催化劑磨損和堵塞，減少空預器壓降，降低引風機電耗。以300MW機組為例，如通過噴氨格柵優化調整工作將空預器壓差降低200Pa，經過測算引風機電耗降低約120kW，廠用電率可以減少約0.04%，折合綜合供電煤耗降低約為0.12g/kWh。

2.3 除塵系統運行優化

對于電除塵器（干式靜電除塵器和濕式除塵器），尤其是采用高效電源和工頻電源組合運行模式時，可以通過優化各電場電源的運行模式，可以提高電源運行效率，降低電場電耗。以300MW機組為例，如電除塵器通過電場運行模式優化后電場平均用電功率降低100kW，經過測算廠用電率可以減少約0.03%，折合綜合供電煤耗降低約為0.1g/kWh。

對于袋式除塵器，通過優化其噴吹清灰模式，控制濾袋運行阻力，可以降低風機增加電耗，同時降低清灰頻次減少噴吹壓縮空氣耗量。以300MW機組為例，如袋式除塵器通過噴吹清灰運行模式優化后平均運行阻力降低100Pa，則引風機電耗降低約60kW，廠用電率可以減少約0.02%，折合綜合供電煤耗降低約為0.06g/kWh。

2.4 深度余熱利用改造

目前脫硫系統入口煙溫普遍在120～150℃之間，可以采取措施進一步降低煙溫回收熱量。在維持脫硫系統水平衡、不增加額外脫硫廢水排放的前提下，可以考慮脫硫系統深度余熱利用改造，通過在脫硫塔入口設置耐腐蝕換熱器，將脫硫系統入口煙溫降低至75℃左右，回收熱量加熱汽機凝結水、供熱循環水、鍋爐送風等，充分利用尾部煙氣余熱，降低系統煤耗，同時煙溫降低可以減少脫硫系統水耗，具有節水效果。以300MW機組為例，經過測算，煙溫每降低15～20℃，可降低綜合供電煤耗約1g/kWh。

2.5 煙道優化改造

對煙風系統阻力大、布置不合理的脫硫裝置（如最初設計時有GGH、增壓風機等），考慮對進出口煙道進行優化改造，減少煙道彎頭數量，降低煙道長度，降低煙風系統阻力以減少風機電耗。以300MW機組為例，如通過煙道優化改造后系統阻力降低250Pa，經過測算引風機電耗降低約150kW，廠用電率可以減少約0.05%，折合綜合供電煤耗降低約為0.15g/kWh。

2.6 流場優化調整

通過現場試驗測試各項環保設施入口流速、溫度、濃度場分布，并結合數值模擬技術，開展“環保島”整體流場優化調整工作，調整各個環保裝置內流場調整部件的布置方式，可以有效降低系統流場不均帶來的風機能耗增加。以300MW機組為例，經過測算，如通過流場優化調整后系統阻力降低100Pa，則引風機電耗降低約60kW，廠用電率可以減少約0.02%，折合綜合供電煤耗降低約為0.06g/kWh。

3 結語

（1）超低排放改造后機組能耗增加顯著，研究機組廠用電率增加平均值為0.81%，折算成綜合供電煤耗約為2.51g/kWh，對于能耗的貢獻值為：脫硫改造＞除塵改造＞脫硝改造。

（2）超低排放改造能耗增加主要包括設備增加電耗和系統阻力增加風機電耗，脫硝、除塵改造阻力增加電耗所占比重高于設備增加電耗，而脫硫改造能耗增加更多體現在設備增加電耗上。

（3）脫硝改造后能耗較為固定，而脫硫、除塵改造受不同入口條件、不同改造方案影響，能耗增加情況差異較大。

（4）通過環保設施（脫硫、脫硝、除塵系統）運行優化、深度余熱利用改造、煙道優化改造、流場優化調整等措施，可以有效降低設備電耗和系統阻力，從而降低系統能耗。

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