660MW超臨界機組鍋爐節能研究

摘 要：超臨界火電機組具有顯著的節能和改善環境的效果，是未來火電建設的趨勢。本文從超臨界機組鍋爐運行現狀出發，針對超臨界660MW超臨界機組投產后的關鍵節能技術進行應用研究，提出了重視主輔設備選型、提高鍋爐燃燒效率、降低鍋爐排煙溫度、變壓運行等節能方案，為相關企業的節能降耗提供可借鑒的經驗和參考。

關鍵詞：60MW;超臨界機組;鍋爐;節能優化

0.前言

隨著工業化進程的加快，電力行業起著越來越關鍵的作用，我國火力發電機組裝機容量逐年增加，資源約束日趨強化，節能減排勢在必行。其中超臨界機組是我國目前發展較快的潔凈煤發電技術之一，在增加電力供應、提高能源效率和保護環境等方面具有很大的優勢。火電廠超超臨界機組和超臨界機組指的是鍋爐內水蒸汽參數達到或超過臨界壓力以上的機組。爐內工質壓力低于這個壓力就叫亞臨界鍋爐，大于這個壓力就是超臨界鍋爐，25MPa以上的稱為超超臨界。

1.超臨界機組鍋爐運行現狀

我國雖然已經發展了水電、風電、太陽能等多種能源，但到目前為止，仍然以煤為主。煤炭的燃燒不僅消耗了自然資源，更是直接帶來了嚴重的空氣污染。超臨界火力發電技術正是為了解決發電能源問題而出現的新技術，隨著國家對環境空氣質量要求的提高，很多大型火電機組的排放量已經不能適應新的環境質量標準，技術改進是大勢所趨。國電電力大連莊河發電廠的兩臺660MW超臨界機組已投產多年，隨著技術的進步，該機組在鍋爐燃燒效率、鍋爐排煙溫度、機組負荷調節方面都有很大的優化空間。在節能降耗的大環境下，需要對兩臺機組的經濟性進行進一步提升。

2.影響鍋爐經濟運行的因素

（1）鍋爐效率低于設計值。我廠兩臺660MW超臨界機組鍋爐在100%負荷工況下的熱效率僅為88.1%左右，75%負荷工況下鍋爐熱效率為88.5%，遠遠小于設計值93.87%。

（2）鍋爐排煙溫度高。實驗表明，我廠兩臺660MW超臨界機組鍋爐在300MW及以上負荷狀態下，鍋爐排煙平均溫度接近145℃左右，高于鍋爐設計排煙溫度128℃。鍋爐排煙溫度高是造成排煙熱損失偏大的主要原因。

（3）鍋爐飛灰含碳和大渣含碳量忽高忽低，不穩定。

（4）鍋爐制粉系統出力不足，制粉單耗偏高。

（5）蒸汽吹灰周期控制不合理，蒸汽吹灰對鍋爐受熱面管排存在一定吹損減薄現象。

（6）脫硝噴氨量自動控制不合理，導致空預器堵塞阻力增大問題。

（7）鍋爐分級配風時，未能正確處理低氮燃燒與煤粉燃燼度之間的矛盾問題。發電廠過度強調低氮燃燒，導致鍋爐氧量過低，氮氧化物生成量減少的同時，造成鍋爐燃燒效率大幅度降低。

（8）在旋流燃燒器的內、外二次風和調風盤的開度控制方面，未能正確處理增大旋流強度和減少燃燒器阻力之間的矛盾問題。 到目前為止未有調整優化鍋爐燃燒器的配風方案，無法找到影響鍋爐飛灰可燃物忽高忽低不穩定的根本原因。

3.機組鍋爐節能優化方案

3.1重視主輔設備選型

機組的運行性能不僅取決于機組本身的制造和安裝質量，更與機組的設計和選型息息相關。為了進一步提高機組運行效率、改善環境、優化火電裝機結構，在主輔設備選型時必須支持并全力推進大型超臨界機組的國產化，研發和推廣潔凈煤技術。不同產地的煤具有不同的質量，電廠主輔設備選型首先要考慮煤質條件，從理論上理清煤質結渣結焦、煤質的磨損系數等關鍵技術參數。另外，還要在鍋爐、磨煤機、三大風機、脫硫脫硝方式控制方式等方面進行綜合分析和計算，盡量采用新型燃燒技術和燃燒系統優化設計、監控及運行，以設計出符合企業實際情況的設備配置方案，在運行中不斷優化。

3.2提高鍋爐燃燒效率

鍋爐作為機組核心設備之一，是一個十分復雜的系統，其運行效率受到各種因素的影響。提高鍋爐熱效率是超臨界機組鍋爐節能的有效手段之一。要達到這個目標，首先應建立鍋爐熱效率計算模型，例如低位熱值和灰分預測模型、飛灰含碳量預測模型、爐膛出口NOx濃度預測模型等，分析鍋爐可能存在的熱損失，探索鍋爐燃燒產物的化學機理，對模型進行多目標優化求解，總結出鍋爐熱效率的影響因素，提高蒸汽參數，提高循環熱效率，最終達到超臨界機組鍋爐熱效率的優化。

3.3 降低鍋爐排煙溫度

煙氣換熱器（GGH）是煙氣脫硫系統中的主要裝置之一，同時也是鍋爐節能的關鍵設備之一。GGH在運行過程中會帶走大量的熱量，造成排煙溫度過高，造成嚴重的能源浪費。為了降低鍋爐排煙溫度，可在GGH的位置安裝低溫低壓省煤器，把煙氣溫度控制在脫硫系統所需的入口溫度范圍內，并根據天氣條件和煤質進行動態調節，回收部分熱量用于其它設備的輔助能源。例如為供熱機組提供熱量、用于海水淡化、或引回本機組汽輪機的回熱系統進行回收利用。

3.4機組全變壓運行

傳統的汽輪機無法及時跟隨鍋爐的運行變化而變化，調節反應速度慢，使機組的負荷變化不能適應電網調頻的要求。采用變凝結水流量的完全變壓運行新技術是超臨界機組節能運行的最優方式之一。所謂完全變壓運行方式是指發電機組在30%-100%TMCR負荷內，汽輪機主汽門和調節汽門全開的一種變壓運行方式。采用變凝結水流量調節的變壓運行技術，可以很好地跟隨快速負荷變化，從而與電網調頻要求相適應，由凝結水調節負荷轉為由鍋爐給水調節和燃燒量調節負荷，實現機組的完全變壓運行，提高機組運行的經濟性。

結語

660MW超臨界機組是國內發電廠較典型的發電機組設備，研究超臨界機組主輔設備選型、鍋爐燃燒效率、降低鍋爐排煙溫度、變壓運行的優化方式和節能理論與技術，對于提高超臨界機組運行效率，降低供電煤耗，減少污染物的排放總量和單位能耗的排放量等方面具有極其重要的意義和實用價值。采用本文的優化方案，對國電電力大連莊河發電廠兩臺660MW超臨界機組超臨界燃煤鍋爐節能減排實施了一系列的技術優化，機組排煙溫度降低約15℃，鍋爐效率平均提高2%左右，鍋爐出口氮氧化物濃度明顯減小，接近同類型機組節能減排的先進水平，大大提高了經濟和社會效益。

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作者簡介：

李歡，（1992-），男，漢族，籍貫：陜西省渭南市蒲城縣，大專，就職單位：公誠管理咨詢有限公司。