燃煤機(jī)組超低排放改造對(duì)機(jī)組能耗增加的影響分析及節(jié)能優(yōu)化措施探討

魏宏鴿，張 楊，杜 振，朱 躍

（華電電力科學(xué)研究院，浙江 杭州 310030）

0 引言

本次工作基于此背景，對(duì)超低排放改造工作中的能耗變化情況進(jìn)行了分析研究，并針對(duì)性提出了優(yōu)化措施。

1 超低排放改造能耗增加情況分析

本次工作結(jié)選取了不同地區(qū)、不同機(jī)組容量等級(jí)的50臺(tái)燃煤機(jī)組作為研究對(duì)象，研究機(jī)組容量范圍為200～1000MW，機(jī)組總?cè)萘繛?5640MW。表1和表2分別為不同地區(qū)、不同機(jī)組容量等級(jí)的研究機(jī)組分布情況。

表1 不同地區(qū)研究機(jī)組分布統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of research units distribution in different areas

表2 不同容量等級(jí)研究機(jī)組分布統(tǒng)計(jì)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(shè)備增加電耗和系統(tǒng)阻力增加風(fēng)機(jī)電耗兩部分。本次工作涉及研究機(jī)組的相關(guān)數(shù)據(jù)均出自華電電力科學(xué)研究院承擔(dān)的相應(yīng)電廠的超低排放可行性研究工作，電耗增加的計(jì)算方法為改造涉及的所有設(shè)備電耗設(shè)計(jì)值增量取總和，系統(tǒng)阻力的增加通過對(duì)應(yīng)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算得出。

1.1 不同改造項(xiàng)目能耗增加情況

研究機(jī)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(jī)組中三個(gè)不同改造項(xiàng)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(shè)備較多、系統(tǒng)改造最為復(fù)雜，對(duì)增加廠用電率貢獻(xiàn)值最大；除塵改造次之，脫硝改造對(duì)增加廠用電率貢獻(xiàn)值最小。

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

針對(duì)應(yīng)用SCR技術(shù)的燃煤機(jī)組，目前脫硝超低排放改造技術(shù)方案主要為增加備用層催化劑，脫硝改造設(shè)備增加電耗往往較小，主要為吹灰器、公用系統(tǒng)的泵、稀釋風(fēng)機(jī)等小功率設(shè)備，通常總和在100kW以下，能耗增加幾乎可忽略不計(jì)。由于增加備用層催化劑，脫硝改造使系統(tǒng)阻力增加約200Pa，增加能耗主要體現(xiàn)在系統(tǒng)阻力增加風(fēng)機(jī)電耗上。

除塵改造的技術(shù)路線較為眾多，包括高效電源改造、增加電場(chǎng)、末電場(chǎng)改造成旋轉(zhuǎn)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(shù)路線帶來的設(shè)備增加電耗和系統(tǒng)阻力增加風(fēng)機(jī)電耗均差異較大。不同技術(shù)路線改造后的系統(tǒng)阻力變化情況見表3。

表3 不同除塵改造技術(shù)路線下的系統(tǒng)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(shù)方案主要包括增加噴淋層、增加托盤、串聯(lián)吸收塔等，設(shè)備增加電耗主要取決于改造中新增的循環(huán)泵、氧化風(fēng)機(jī)等，隨著機(jī)組容量、設(shè)計(jì)脫硫效率的變化差異性較大[1]，系統(tǒng)阻力增加風(fēng)機(jī)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(xiàng)目增加系統(tǒng)阻力情況如圖2所示。研究機(jī)組改造后平均增加系統(tǒng)阻力約1827Pa，其中，脫硝、除塵、脫硫改造分別增加系統(tǒng)阻力平均值約200Pa、515Pa和912Pa，分別占系統(tǒng)阻力總增加值的12.29%、31.65%、56.05%，脫硫改造對(duì)增加系統(tǒng)阻力貢獻(xiàn)值最大。

以英漢對(duì)比類的本科論文選題為例，許多學(xué)生熱衷于選擇文化現(xiàn)象進(jìn)行英漢對(duì)比，例如：英漢飲食文化、餐桌文化、酒文化、購物節(jié)文化、甚至是鬼文化，大多是通過兩部電影或兩部電視劇作為對(duì)比的選材。偶爾有進(jìn)行詞匯對(duì)比的，大多選擇動(dòng)物詞匯、植物詞匯、表達(dá)感情的詞匯對(duì)比等。

圖2 不同改造項(xiàng)目系統(tǒng)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(shè)備增加電耗和阻力增加電耗總體相差不大，統(tǒng)計(jì)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(xiàng)目設(shè)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(shè)備增加電耗，脫硫改造則反之，能耗增加更多體現(xiàn)在設(shè)備增加電耗上。

圖3 不同改造項(xiàng)目設(shè)備增加電耗和風(fēng)機(jī)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(shè)備，同時(shí)增加系統(tǒng)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(xiàn)在增加系統(tǒng)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(xiàn)在高效電源可以提供更高的二次電流和二次電壓，導(dǎo)致電場(chǎng)能耗增加，電袋除塵器一方面增加系統(tǒng)阻力較大（1200Pa），導(dǎo)致風(fēng)機(jī)電耗增加較多，另一方面由于拆除大部分電場(chǎng)，電場(chǎng)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(xì)纖維濾袋，雖然濾袋孔徑減小，但過濾風(fēng)速有所下降，系統(tǒng)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(dá)標(biāo)可靠性更高，適用硫分范圍更廣，但由于新增一級(jí)吸收塔，相應(yīng)用電設(shè)備增加較多，同時(shí)系統(tǒng)阻力增加較大，增加廠用電率往往遠(yuǎn)高于單塔改造方案。研究機(jī)組中采用單塔改造方案時(shí)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(shí)達(dá)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(jié)能優(yōu)化措施

超低排放改造后可以通過環(huán)保設(shè)施（脫硫、脫硝、除塵系統(tǒng)）運(yùn)行優(yōu)化、深度余熱利用改造、煙道優(yōu)化改造、流場(chǎng)優(yōu)化調(diào)整等措施降低設(shè)備電耗和系統(tǒng)阻力，從而降低系統(tǒng)能耗。

2.1 脫硫系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化

脫硫系統(tǒng)用電設(shè)備眾多，在不同硫分和不同負(fù)荷工況下，可以開展?jié){液循環(huán)泵、氧化風(fēng)機(jī)、公用系統(tǒng)最優(yōu)化組合運(yùn)行方式的研究，尤其對(duì)于串塔脫硫系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)裕量普遍較大，通過開展一、二級(jí)塔循環(huán)泵組合、一二級(jí)塔pH值組合、氧化空氣系統(tǒng)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(shè)備的投運(yùn)數(shù)量和系統(tǒng)阻力，從而降低設(shè)備增加電耗和風(fēng)機(jī)電耗[5]。以300MW機(jī)組為例，如通過運(yùn)行優(yōu)化能減少一臺(tái)450kW循環(huán)泵的投運(yùn)，經(jīng)過測(cè)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(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化

超低排放后脫硝系統(tǒng)自身增加能耗并不顯著，但由于高脫硝效率和流場(chǎng)不均勻等問題易造成系統(tǒng)噴氨量增加，造成后續(xù)空預(yù)器堵塞，系統(tǒng)阻力上升導(dǎo)致風(fēng)機(jī)電耗增加。通過定期開展SCR脫硝系統(tǒng)的噴氨格柵優(yōu)化調(diào)整工作，可以減少過量噴氨等現(xiàn)象，降低NOx濃度場(chǎng)的不均勻度，采用吹灰器的精密點(diǎn)吹，降低催化劑磨損和堵塞，減少空預(yù)器壓降，降低引風(fēng)機(jī)電耗。以300MW機(jī)組為例，如通過噴氨格柵優(yōu)化調(diào)整工作將空預(yù)器壓差降低200Pa，經(jīng)過測(cè)算引風(fēng)機(jī)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(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化

對(duì)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(yùn)行模式時(shí)，可以通過優(yōu)化各電場(chǎng)電源的運(yùn)行模式，可以提高電源運(yùn)行效率，降低電場(chǎng)電耗。以300MW機(jī)組為例，如電除塵器通過電場(chǎng)運(yùn)行模式優(yōu)化后電場(chǎng)平均用電功率降低100kW，經(jīng)過測(cè)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(duì)于袋式除塵器，通過優(yōu)化其噴吹清灰模式，控制濾袋運(yùn)行阻力，可以降低風(fēng)機(jī)增加電耗，同時(shí)降低清灰頻次減少噴吹壓縮空氣耗量。以300MW機(jī)組為例，如袋式除塵器通過噴吹清灰運(yùn)行模式優(yōu)化后平均運(yùn)行阻力降低100Pa，則引風(fēng)機(jī)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(tǒng)入口煙溫普遍在120～150℃之間，可以采取措施進(jìn)一步降低煙溫回收熱量。在維持脫硫系統(tǒng)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(tǒng)深度余熱利用改造，通過在脫硫塔入口設(shè)置耐腐蝕換熱器，將脫硫系統(tǒng)入口煙溫降低至75℃左右，回收熱量加熱汽機(jī)凝結(jié)水、供熱循環(huán)水、鍋爐送風(fēng)等，充分利用尾部煙氣余熱，降低系統(tǒng)煤耗，同時(shí)煙溫降低可以減少脫硫系統(tǒng)水耗，具有節(jié)水效果。以300MW機(jī)組為例，經(jīng)過測(cè)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(yōu)化改造

對(duì)煙風(fēng)系統(tǒng)阻力大、布置不合理的脫硫裝置（如最初設(shè)計(jì)時(shí)有GGH、增壓風(fēng)機(jī)等），考慮對(duì)進(jìn)出口煙道進(jìn)行優(yōu)化改造，減少煙道彎頭數(shù)量，降低煙道長(zhǎng)度，降低煙風(fēng)系統(tǒng)阻力以減少風(fēng)機(jī)電耗。以300MW機(jī)組為例，如通過煙道優(yōu)化改造后系統(tǒng)阻力降低250Pa，經(jīng)過測(cè)算引風(fēng)機(jī)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(chǎng)優(yōu)化調(diào)整

通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試各項(xiàng)環(huán)保設(shè)施入口流速、溫度、濃度場(chǎng)分布，并結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)，開展“環(huán)保島”整體流場(chǎng)優(yōu)化調(diào)整工作，調(diào)整各個(gè)環(huán)保裝置內(nèi)流場(chǎng)調(diào)整部件的布置方式，可以有效降低系統(tǒng)流場(chǎng)不均帶來的風(fēng)機(jī)能耗增加。以300MW機(jī)組為例，經(jīng)過測(cè)算，如通過流場(chǎng)優(yōu)化調(diào)整后系統(tǒng)阻力降低100Pa，則引風(fēng)機(jī)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(jié)語

（1）超低排放改造后機(jī)組能耗增加顯著，研究機(jī)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(duì)于能耗的貢獻(xiàn)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(shè)備增加電耗和系統(tǒng)阻力增加風(fēng)機(jī)電耗，脫硝、除塵改造阻力增加電耗所占比重高于設(shè)備增加電耗，而脫硫改造能耗增加更多體現(xiàn)在設(shè)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(huán)保設(shè)施（脫硫、脫硝、除塵系統(tǒng)）運(yùn)行優(yōu)化、深度余熱利用改造、煙道優(yōu)化改造、流場(chǎng)優(yōu)化調(diào)整等措施，可以有效降低設(shè)備電耗和系統(tǒng)阻力，從而降低系統(tǒng)能耗。

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