1000MW超超臨界二次再熱機組節能降耗分析

趙詩泉

摘 要：1 000 MW超超臨界二次再熱機組的引進大大降低了發電煤耗，進一步提高了發電效率。但現階段機組的節能降耗仍有很多可以優化的方法，該文從機組的主要設備出發，分析其設計的節能降耗理念，另外分析機組及輔機的啟動和運行方式來提出節能優化方案，為1 000 MW機組節能優化提供可借鑒的經驗。

關鍵詞：二次再熱；節能；運行方式優化；凝泵深度變頻

中圖分類號：TM621 文獻標志碼：A

0 引言

國家能源集團泰州發電有限公司二期工程為我國百萬千瓦二次再熱燃煤發電示范工程。工程采用我國自主研發的超超臨界二次再熱技術，設計發電煤耗256.28 g/kWh，與常規超超臨界機組相比，約降低煤耗6 %～7 %。近年來，隨著多地百萬千瓦超超臨界二次再熱燃煤機組的投產，機組節能降耗潛能不斷挖掘，各系統經濟運行優化控制不斷改進，有力推動了我國火力發電行業新技術的研發、應用，使節能降耗向不斷向前發展。

1 主設備的節能降耗分析

1.1 主設備概況

二期工程鍋爐型號為SG-2710/33.03-M7050，為單爐膛塔式布置、二次中間再熱、四角切向燃燒、平衡通風、固態排渣形式。鍋爐整體采用露天全鋼架懸吊結構設計，其系統簡單，具有強大的自疏水能力，能夠快速啟動，同時采用高級的復合空氣分級低NOx燃燒系統，受熱面下部寬松，沒有堵灰情況等特點。

汽輪機采用上海電氣生產的N1000-31 /600/610/610型超超臨界、二次中間再熱、單軸、雙背壓凝汽式汽輪機，采用1個超高壓缸、1個高壓缸、1個中壓缸和2個低壓缸串聯布置的五缸四排汽的單軸方案，并設計布置10級回熱系統。由于提高了主汽壓力，增加了再熱次數和熱力系統的回熱級數，機組循環熱效率顯著提高，汽輪機熱耗率大大降低。

2.2 機組相關設備的節能和優化

2.2.1選用二次再熱塔式爐

二次再熱技術提高熱力循環。二次再熱技術大大提高了熱力循環系統平均吸熱溫度，不僅能提高近2 %的朗肯循環效率，而且同時相應地降低汽輪機的熱耗，將近160 kJ/kW·h，相當于發電煤耗降低了近6 g/kW·h。

塔式爐再熱器壓降小，再熱器的設計壓降比按傳統設計規范低40 %左右，按SIEMENS提供的修正曲線，由于其再熱器壓降相對減少，可使汽輪機熱耗下降9.6 kJ/kW·h。

2.2.2 配置省煤器上水調站

鍋爐上水階段及啟動階段，進入省煤器的工質經調站旁路調閥節流來控制補水流量。此種配置實現了機組單汽泵啟動，無需再配置電泵系統，大大減少了啟動期間輔機耗電量，同時也避免了汽電給水泵的切換操作，簡化了啟機流程，尤其是在熱態啟動中機組并網后可快速加負荷至500 MW。

通過對比一期2臺電泵啟動機組，啟動期間10 kV電泵電機平均電流250 A，從鍋爐上水到電泵退出用時大約10 h，整個期間耗電量約3 897 kW·h。

2.2.3 采用低加疏水泵技術

低加疏水泵可使回熱系統中疏水的熱量得以有效再利用，降低機組的冷源損失，提高機組的熱經濟性。同時，低加疏水泵采用變頻水位控制，在滿足工況要求條件下進一步降低電機功率，節省廠用電。

2.2.4 煙氣余熱利用技術回收熱量

為進一步降低排煙損失，在脫硫吸收塔入口與引風機出口煙道之間增設低溫省煤器，利用這些較高的排煙煙溫加熱凝結水。據測算，此舉可以降低約30 kJ/kW·h的汽輪機熱耗，相當于發電煤耗降低了約0.8 g/kW·h。

3 機組運行方式節能優化探討

3.1 機組啟動過程節能優化

凝補水系統啟動優化。在機組啟動準備階段可以不啟動凝結水泵，而通過凝輸泵直接向凝汽器和除氧器注水。此方式可推遲凝結水泵啟動1 h，每次啟機節省廠用電400 W·h。

風煙系統優化使用單側風組啟動模式。風煙系統啟動時鍋爐吹掃、點火即采取啟動兩側的送、引風機運行的方式，而實際上只需要單側風組就可以滿足啟動條件。優化后的啟動方式為單側風組送、引運行，待整個機組并網之前再啟動另一側風組。采用單側風機運行的方案后，在保證啟動需要的風量的前提下，風機的電流總共降低了170 A，每小時節約電量1 600 kW·h，每次冷態啟動按單側風機運行5 h計算，可節省廠用電8 000 kW·h。

高加系統啟動優化。在高、中、低旁投運后可優先對1、3號高加進行暖體投運，提高給水溫度，加快啟動速度，同時也減少了后續汽輪機進汽后高、低加熱器的滑投操作。

3.2 機組輔機設備運行方式節能優化

3.2.1 循環水泵運行方式優化

二期循環水系統為單元制，每臺機配置3臺循環水泵，其中2臺泵定速泵，第三臺為可調整極對數的變速泵。循環水泵運行方式應根據不同季節江水溫度及負荷變化做出相應的調整，使整個機組達到最佳真空。長期運行經驗表明冬季江水水溫較低時，循環水冷卻倍率控制在34，春秋季為38，夏季水溫高于25℃時，冷卻倍率應達到47以上，具體相關運行方式安排見表1。

3.2.2 凝結水泵深度變頻改造運行優化

二期汽動給水泵采用浮動環密封方式，密封水取自凝結水。長期以來給水泵密封水壓力限制凝結水泵深度變頻，18年下半年，我廠進行給水泵密封水系統改造，在原給水泵密封水管路上增加2臺密封水增壓泵，提高給水泵密封水壓力，保證給水泵密封水壓力的同時實現凝結水泵變頻運行節能效果最大化，也為后續凝結水參與電網輔助調頻提供基礎。

在給水泵密封水系統改造后，我們對凝結水系統運行方式也重新設計，主要優化如下：（a）改造前凝泵采用變頻控壓方式，除氧器水位通過除氧器水位調節站控制。改造后凝泵采用變頻控水位的方式直接調節除氧器水位。（b）除氧器水位調節主、副調閥由水位控制模式改為負荷開度匹配模式，在保證凝水雜用戶減溫水壓力的前提下盡可能保證全開，大大降低改造前由于直接參與水位調節造成的節流損失。（c）加入了改造前后凝結水系統2種不同控制方式的全自動切換邏輯，進一步保證機組的安全穩定運行。

系統改造優化前后凝泵功率如圖1所示，通過對比機組不同負荷下，凝結水泵在壓力調節模式與水位調節模式功率差值，并扣除密封水增壓泵功率，得出凝結水泵平均節能430 kW，每年節省兩臺機組廠用電約700萬kW·h。

4 結語

在采取上述一系列有效措施優化后，發電廠的運行成本顯著降低。其中機組啟動模式和輔機運行模式的優化，提高了經濟效益、降低能耗、減少廢物排放對環境的影響。事實證明，機組的優化措施可以為相同類型的機組提供參考。

參考文獻

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