提高火力發電廠能源轉換效率的實踐舉措研究

國能寧陽生物發電有限公司 李 貞

我國能源問題日益突出，根據建設節能型社會需要出發，對提高能源效率提出了更高的要求。煤是一種不可再生資源，從實施和推進可持續發展戰略的角度出發，開展火電節能工作勢在必行。節約能源對于提高電力系統的經濟性具有重要的作用，對于整個國家都具有重要的意義。

1 火力發電廠發展現狀

我國電力設備相對落后，其耗電量遠高于發達國家。火力發電廠占全國裝備能力的大部分，同時消耗了大量的煤炭資源。

設備質量差。很多火力發電廠沒有考慮環保性能，選擇低成本、質量差的鍋爐裝備，導致鍋爐設備存在動作不穩定、故障率高、更換大等嚴重問題。還存在燃料燃燒效率低的嚴重缺陷。鍋爐后期零部件數量的增加，造成鍋爐的能源浪費[1]。

煤炭質量問題。火力發電廠的鍋爐主要是以煤為燃料，采用層狀燃燒煤，因此煤炭質量決定著鍋爐燃燒效率。在我國供貨商提供給電廠的煤炭質量很差，很多是直接供應未經處理的原煤，對部分分段加工，供貨商會在銷售過程中獲得更大利潤。把各種等級的原煤混合，作為混合物賣給發電廠。研究表明，入爐煤質量很低，燃燒過程中產生的熱量達不到鍋爐設計值。分層燃燒時條件很差，鍋爐輸出效率很低，煤不能完全燃燒，造成了煤炭資源的大量浪費，造成了嚴重的環境污染。

鍋爐運行問題。鍋爐運行負荷率低是能耗的主要因素之一，煤質不能滿足鍋爐運行的要求，造成了選煤廠出口管道堵塞，導致選煤廠出力下降，鍋爐甚至發生爆炸，造成鍋爐設備受損嚴重，能源利用效率下降，能耗增加。

鍋爐維護水平不足。在鍋爐長時間運行時，由于缺乏足夠的日常維護造成鍋爐內爐渣沒有及時清理，表面爐渣持續增加，影響燃油燃燒效率，造成能量的浪費。鍋爐因長時間使用和維修工作或安裝工藝不當，產生的一系列設備磨損和部件老化問題，運行管理水平較低，無法檢測鍋爐實際運行情況。有些操作員是憑經驗操作，沒有專業技術、也沒有對鍋爐運行做出正確的判斷，鍋爐運行狀態也不是最佳的能源利用狀態。

燃料消耗較大。鍋爐機組設備運行中，很多電廠沒有采用等離子點火技術，因而電廠啟動、停機時燃料消耗量也隨之增加。如鍋爐遇到汽輪機的定速、但電網接線準備不充分，或鍋爐達到了脈沖旋轉參數而汽輪機無脈沖旋轉條件，則燃料廢棄率將提高。用來啟動300MW機組需17噸燃料。在火力發電廠中，節能對提高經濟效益是十分有益的。對燃料進行科學管理可實現節能減排。全面科學合理的燃料采購、質量檢驗、腔體檢驗安排，有利于節能[2]。

2 火力發電廠燃煤節能措施

正確制定節能計劃。各火力發電廠的情況各不相同，對火力發電廠的節能環境進行分析，必須結合各自的實際情況正確制定有效的節能計劃和程序。制訂目標節能對策，制定電廠特有的節能方案，達到科學降低能耗、提高經濟效益的目的；減少鍋爐燃油使用。不用時嚴格控制鍋爐的溫度和壓力。科學地利用渦輪旁路等方法，在不使用燃料的情況下降低渦輪缸溫，縮短了機組冷卻時間，降低了燃耗，方便了機組維修工作狀態。

優化鍋爐傳熱效果。鍋爐的燃燒最終目的是達到傳熱性能，在鍋爐運行過程中，傳熱的主要部件有過熱器、水墻、節能器等。水壁是鍋爐傳熱的重要組成部分，提高鍋爐系統輸出功率，達到優化傳熱效果，僅保證其它傳熱組件正常工作，達到節能的目的；保證鍋爐密閉性能。鍋爐的運行狀態決定了火電的效率，若存在氣體泄漏或缺陷，鍋爐機組的整體能耗將明顯增加[3]。鍋爐泄漏是鍋爐最常見的一種缺陷，鍋爐自身密封不良或損壞會造成空氣泄漏。爐漏使爐膛壓力急劇升高，鍋爐在排氣過程中熱損失增大、感應牽伸式風機的電量消耗增大、鍋爐燃燒能耗增大。為防止鍋爐泄漏，應加強對鍋爐的檢查與維護，確保鍋爐始終保持良好的氣密性，并定期檢查鍋爐內外部件，發現潛在的安全隱患，出現鍋爐質量問題需及時修理。

提高員工節約能源意識。科學管理燃料，加強員工節油技術培訓，落實激勵措施，提高員工節油意識，做好節油工作。在鍋爐起停或異常運行時要根據實際情況及時開閉冷凝水。在鍋爐運行過程中，要仔細檢查排污口和排污口，及時發現問題、迅速采取有效措施，減少不必要的損失，實現節能目標；煙道廢氣廢熱的合理回收。空氣預熱器主要用于回收鍋爐煙道的余熱。加熱面位于鍋爐的邊緣，可回收鍋爐運行中產生的煙氣余熱，提高了鍋爐的熱能利用率。注意管網的絕緣，熱蒸汽管道和其它加熱裝置能減少暴露在空氣中的熱量。為確保安全須加強管網的絕緣。選擇絕熱材料時要注意材料須具有優異的隔熱性能和較低的導熱性，其機械性能不能在高溫環境中受到影響。為防止吸濕管道的腐蝕，需降低其表面附著力。管道選擇要注意盡量采用直徑最小的管道，可有效縮短運輸距離，保持較小的壓力損失[4]。

圖1 火電廠節能減排綜合優化模型

3 提高火力發電廠能源轉換效率的實踐策略

3.1 高溫氣熱參數

增加蒸氣初始溫度有利于提高熱經濟性，初期溫度升高與氣體的釋放有關。蒸氣保留能力增加、減少蒸汽量意外泄漏。提高蒸氣的初始壓力則排氣量升高，加重了濕氣的損耗和浪費，可維持氣體量會積聚，會浪費更多氣體。因此，需將蒸煮的時間控制在最低限度，確保蒸氣初始壓力，能較好地降低損失。改進蒸汽參數已成為國內外主要發動機制造商追求的目標，從亞臨界、超臨界機組到目前的超超臨界機組，國外還在不斷地進行技術研究，使蒸汽溫度達到650℃[5]。但在蒸汽參數的每一步中，對鍋爐和汽輪機的材料質量要求都很高，主機設備的成本也相應增加。

降低汽輪機排汽參數。循環冷卻水溫度根據電廠的地理位置和氣候條件在一定范圍內變化，限制了汽輪機排氣參數的下降。減少鍋爐煙氣排放所造成的熱損失。采用低溫節能器是提高高溫煙道煤氣利用率的有效途徑。排風損失是鍋爐運行中最主要的熱損失。國內很多電廠鍋爐的排煙溫度都遠超設計值。本發明利用低溫節能器吸收排出的熱量降低排氣量，，節約能源，利用低溫節能器吸收排出的熱量，降低排出溫度，加熱回汽輪機。加熱器系統是汽輪機熱力系統中替代部分低壓加熱器的重要組成部分，低溫節能器節約了部分再生抽汽，當發電能力不變時可節省機組能耗。它是低溫節能器的最大特點，有別于普通節能器和回收廢熱鍋爐。

3.2 降低蒸汽的最終參數

降低最終參數對單元的影響。減少參數，熱循環效率將繼續提高、氣態水分增加。發電廠使用了各種各樣的水并將會消耗大量的水，造成無法估計的經濟損失。為更好地利用地理環境，循環水選擇應遵循節約資源、運輸距離短等原則。蒸汽參數在火力發電廠運行中又稱真空度，是影響燃氣輪機機組經濟性的重要指標，能很好地反映系統壓力的實際值。

3.3 水蒸氣再熱循環

改進熱機制造工藝，扭轉復雜度。蒸汽動力循環主要用于火力發電和核能發電，在現實生活中動態循環被用于工作。水蒸氣是不燃燒的，只能從空氣中吸熱，所以需要鍋爐設備。可利用太陽能、水能和地熱能產生廢熱等能量。

3.4 使水流量恢復到熱循環狀態

汽輪機用于蒸汽熱循環，蒸氣的一部分送至供水加熱器的中央。從理論上講，廢氣再生系統是熱力系統的基本結構。抽氣部分高溫氣體加熱鍋爐可降低低溫耗能，一種特定泵容量的蒸汽在完成工作后不被抽出來進冷凝器時，冷水釋放熱量。避免高溫熱量的浪費，采用點式可顯著降低能耗。與此同時，熱氣使水流受熱時水溫升高，所有工作都會產生熱損耗。

溫度適宜是受條件和技術資本運用等一系列問題的影響限制，如被加熱的水流提高了溫度，將導致資源的消耗排放大幅度增加，鍋爐效率大幅度降低。連續加熱時還會增加鍋爐蒸發能力和高壓流量，盡管火力發電廠擁有能源，但水恢復得越多消耗的資源也就越多。因此須盡可能降低加熱器的性能要求并提高其性能。加熱器蒸氣飽和溫度及爐膛空氣溫度。表面加熱器可用高精度結構設計達到最大化，主部件連接在鍋爐和汽輪機內部并與排氣管相連，氣體和熱回收系統、冷凝液系統、除氧系統、水泵聯系系統。排出裝置常用于排氣回收系統，又稱除氣裝置系統。

3.5 復合水熱回收循環

蒸汽技術也稱為再生循環，通過升華吸收熱的過程產生在肯循環的條件下，水蒸氣產生的能量以循環水為基礎的液化過程，以液化為主，鍋爐水溫為結露后的飽和溫度。電容器內溫度很低，所吸收熱的平均溫度不高，利用排氣加熱會產生熱再循環。

3.6 溫差電循環系統

利用火力發電廠的低熱量熱能發展熱電聯用，為各種用戶提供能源，節省電力產生的能量，減少廢物，獲得最大經濟效益。熱電聯產在輸送電力這段時間內釋放的熱量會被用來加熱，不會造成環境污染，能耗比利用率超過50%，減少能源浪費和損失。熱電并網供電系統最大的優勢是節省成本。熱系統連接方式直接影響到節能器的經濟效益、分析計算方法及運行安全可靠。將低溫節能器與熱系統連接有很多種方案，實際上只有兩個連接系統。

低溫節能器與熱力系統串聯。在一個熱系統中，叫做并行系統。低溫節能器被分成兩級，分別位于第六和第七級低壓加熱器之間。首級設置于空中出口。在預熱器和電沉淀器入口之間的煙道內，煙道氣體的溫度從123℃冷卻到105℃左右；二級配置在吸收塔入口，冷卻約110℃至95℃左右煙道氣體溫度。采用串行運行方式，低溫節能器單元在VWO狀態運行時，由100%低溫節能器加熱的7號低供水口冷凝水，使冷凝水達到86.5℃。進6號加熱爐。煙霧的溫度從123度降到95度。安裝低溫節能器后5號和6號低熱萃取蒸汽分別增加了0.394kg/s和0.606kg/s，而降低了5號和6號低熱萃取蒸汽的含量。當中壓缸入口蒸汽參數不變時，汽輪機輸出功率由719.301MW提高到723.271MW，電量可增加3.97MW。

通過回收部分煙氣熱量，低溫節能器節約了煤，其經濟優勢更加明顯。該煙道氣熱交換器回收的熱量約為23.68MJ/s。THA運行條件下汽輪機熱消耗由7292kJ/kWh降至7254kJ/kWh，絕對效率提高了機組的0.26%。該廠的發電效率提高了0.24%，減少了1.4g/kWh的標準煤消耗。該單元也能產生3300kW的電力負荷。用電網供電的價格是0.436/千瓦，如每年等值運行5500小時，各單位全年凈收益可增加791萬元。

使用低溫節能器，煙道氣系統電阻提高了大約800Pa，耗電增加了900kW/W。因為感應牽伸式風扇入口的煙道氣體溫度降低，其耗電量將減少約400kW/機組。在脫硫吸收塔的上游設置了低溫節能器，降低了進入脫硫吸收塔的煙氣溫度。在吸收塔的情況下，將煙道氣體從入口溫度不含GGH為125℃降低到出口溫度時，需大量的水蒸發，進口溫度越高蒸發越大。結果表明，采用GGH的脫硫系統其耗水量大約是GGH時的四分之三。與GGH相似的低溫節能器能降低煙氣溫度，節省脫硫系統的水分。通過對電廠兩臺不采用低溫節能器(及無GGH)脫硫系統的分析，初步計算表明該裝置耗水量約200t/h。采用低溫節能器脫硫系統所用水量約為150t/h。節水率約50t/h。以工業用水每噸工業用水0.5元計算脫硫系統用水，如每年等值工作5500小時，年節用水費用為137500元。

綜上，通過有效的節能措施，可以減少火電的能耗，滿足能源需求，減少環境污染。需要大力改進并不斷提高火力發電廠熱能量轉化效率，合理規劃電能，減少能源浪費。