超超臨界百萬(wàn)火電機(jī)組節(jié)能優(yōu)化探討

超超臨界百萬(wàn)火電機(jī)組節(jié)能優(yōu)化探討

Summary：節(jié)能減排是我國(guó)當(dāng)前發(fā)展中所面臨的的重要問(wèn)題和任務(wù)，火力發(fā)電廠作為一次能源消耗大戶，降低能耗于環(huán)境保護(hù)和提高發(fā)電效益均具有重要意義。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，本文從主機(jī)設(shè)備選型、輔機(jī)配置、系統(tǒng)運(yùn)行方式等方面提出了適用于超超臨界百萬(wàn)機(jī)組的可行性方案，即采用二次再熱、閉式水余熱利用、單汽泵組配置、十一級(jí)回?zé)岢槠?、煙氣余熱深度多?jí)利用，降耗效果顯著。Keys：二次再熱；余熱利用；節(jié)能優(yōu)化1節(jié)能優(yōu)化的意義隨著我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的深度實(shí)施，各行各業(yè)都在推行節(jié)能降耗，而節(jié)能降耗對(duì)火力發(fā)電廠更是十分重要，我國(guó)煤炭總產(chǎn)量的一半以上都是火力發(fā)電廠消耗的，消耗大量煤炭的同時(shí)，對(duì)生態(tài)環(huán)境也造成了嚴(yán)重污染。同時(shí)，燃料費(fèi)用占電廠總成本40%以上，所以，火電廠必須大力推行節(jié)能降耗，采用先進(jìn)的技術(shù)手段來(lái)提高效率，降低能耗，提高能源利用率，從而節(jié)約能源，降低污染物排放，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。2當(dāng)前現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)百萬(wàn)超超臨界煤電機(jī)組滿負(fù)荷供電煤耗普遍在280-290g/kwh，最低可以達(dá)到270g/kwh左右，熱電轉(zhuǎn)化率45%左右，但這只是滿負(fù)荷發(fā)電時(shí)的指標(biāo)，事實(shí)上幾乎所有煤電均需要參與調(diào)峰，夜間只帶40%-50%負(fù)荷時(shí)的煤耗一般都要在300g/kwh甚至更高。2021年我國(guó)煤電度電煤耗為305克，雖然超臨界和超超臨界機(jī)組占比已經(jīng)超過(guò)50%，但亞臨界機(jī)組還有近4億千瓦，這部分機(jī)組的滿負(fù)荷煤耗明顯高于305克。此外，目前百萬(wàn)千瓦超超臨界機(jī)組能耗已近乎極限，而最有效降低煤耗的方式，是提高溫度和壓力參數(shù)，但所面臨的材料問(wèn)題暫無(wú)較好的解決方案。因此，可從主機(jī)設(shè)備選型、輔機(jī)配置、系統(tǒng)運(yùn)行方式等方面著手，優(yōu)化配置熱力系統(tǒng)以及它的輔助設(shè)備，科學(xué)改進(jìn)操作的方式、方法，降低熱耗，提高煤電轉(zhuǎn)化率。3節(jié)能降耗措施3.1采用二次再熱二次再熱是指在一次再熱的基礎(chǔ)上，增加了二次中間再熱，鍋爐側(cè)增加一級(jí)再熱器，汽輪機(jī)側(cè)增加一個(gè)汽缸，即汽輪機(jī)超高壓缸排汽經(jīng)過(guò)一次中間再熱后進(jìn)入一級(jí)高壓缸，高壓缸排汽經(jīng)過(guò)二次中間再熱后進(jìn)入一級(jí)中壓缸，中壓缸排汽進(jìn)入低壓缸，低壓缸排汽進(jìn)入凝汽器。國(guó)內(nèi)常規(guī)一次再熱百萬(wàn)機(jī)組的發(fā)電效率在45%左右，發(fā)電煤耗在270g/kWh左右，而采用二次再熱百萬(wàn)機(jī)組發(fā)電效率能提高至47.9%以上，發(fā)電煤耗一般不會(huì)超過(guò)257g/kWh，可以節(jié)約13克∕千瓦時(shí)，如果按照年利用5500小時(shí)計(jì)算，每臺(tái)機(jī)組可以節(jié)約7.15萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤。而東營(yíng)公司的兩臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)發(fā)電煤耗更是降到了248.68g/kWh，熱電轉(zhuǎn)化率49.46%，節(jié)能效果更加顯著。3.2閉式水余熱利用常規(guī)的閉式水系統(tǒng)，開(kāi)式水吸收的熱量直接排入了大海，閉式水余熱利用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在保留原有兩臺(tái)閉式水換熱器的基礎(chǔ)上增設(shè)兩臺(tái)閉式水余熱利用換熱器，與原有換熱器并聯(lián)設(shè)計(jì)，新增的閉式水余熱利用換熱器以軸封加熱器出來(lái)的凝結(jié)水為冷卻介質(zhì)，將閉式水溫度降到38℃以下后再分配到各閉式水系統(tǒng)設(shè)備，在各設(shè)備的換熱器吸收了熱量后再匯集到熱回水母管回到閉式水泵，構(gòu)成完整的閉式水循環(huán)。由于閉式水及凝結(jié)水的溫度相差不大，考慮到換熱效果，換熱器端差應(yīng)至少保持3℃，即只有當(dāng)凝結(jié)水溫度小于33℃時(shí)，才可以投用閉式余熱利用換熱器，否則會(huì)影響用戶的冷卻效果。在凝結(jié)水溫大于33℃時(shí)，退出閉式水余熱利用換熱器的運(yùn)行。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)海水溫度達(dá)到20℃時(shí)，凝結(jié)水溫約為33℃，當(dāng)海水溫度低于20℃時(shí)，閉式水余熱利用換熱器即可投入運(yùn)行。閉式冷卻水系統(tǒng)從各冷卻水設(shè)備吸收的總熱量約為11.6MW，該熱量通過(guò)凝結(jié)水加熱器回收后，可使十一號(hào)低壓加熱器的凝結(jié)水進(jìn)口溫度增加約5.4℃，可減少11號(hào)低壓加熱器抽汽量約3.678kg/s，降低熱耗2kJ/kWh，對(duì)應(yīng)減少標(biāo)煤耗約0.073g/kWh，降耗效果顯著。3.3配置100％容量汽動(dòng)給水泵組給水泵運(yùn)行時(shí)所消耗的能量約占整個(gè)機(jī)組所有附屬設(shè)備能量消耗的50%左右，且給水泵的投資所占比重也較大，所以給水泵運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性直接影響火力發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)收益。經(jīng)調(diào)研各給水泵制造廠，1×100％汽動(dòng)給水泵的效率比2×50％汽動(dòng)給水泵高1.9％左右。百萬(wàn)機(jī)組1×100％容量汽動(dòng)給水泵組配置的小機(jī)是雙分流、節(jié)流調(diào)節(jié)，同時(shí)可以采取補(bǔ)汽方式以增加部分負(fù)荷時(shí)小汽輪機(jī)效率，在THA工況下，杭汽1×100％容量的小機(jī)內(nèi)效率為85.3％，比2×50％容量小機(jī)內(nèi)效率高約1.5％，且負(fù)荷越低，兩種配置方式的小機(jī)內(nèi)效率相差逐漸增大。兩臺(tái)百萬(wàn)千瓦容量超超臨界機(jī)組，在THA工況下運(yùn)行，1×100％容量汽泵方案較2×50％容量汽泵方案比，綜合熱耗減少14kJ/kWh，標(biāo)煤耗0.58g/kwh，每年因此減少的煤耗約3190噸，經(jīng)濟(jì)效益巨大。3.4十一級(jí)抽汽回?zé)崮壳皣?guó)內(nèi)高效超超臨界機(jī)組的回?zé)峒?jí)數(shù)一般為九級(jí)，與一次再熱機(jī)組相比，二次再熱機(jī)組多采用十級(jí)抽汽，即四級(jí)高加、一級(jí)除氧器和五級(jí)低壓加熱器。經(jīng)過(guò)計(jì)算，在進(jìn)汽參數(shù)相同的情況下，十級(jí)回?zé)岢槠c九級(jí)相比，熱耗可降低18kJ/kWh。目前十級(jí)回?zé)嵯到y(tǒng)的低壓抽汽口的布置如下：八抽在A缸和B缸的葉片第二級(jí)后，九抽在A缸的次末級(jí)前，十抽在B缸的末級(jí)前。如果要再增加一級(jí)回?zé)岢槠?，從給水側(cè)溫升看，只能加在八抽前，抽汽參數(shù)為0.25MPa(a)，抽汽溫度約為260℃，流量約15kg/s。根據(jù)回?zé)嵯到y(tǒng)性質(zhì)，回?zé)峒?jí)數(shù)越多性能越好，經(jīng)過(guò)汽輪機(jī)廠估算，在參數(shù)不變的前提下，在十級(jí)回?zé)峄A(chǔ)上再增加一級(jí)回?zé)岢槠芙档蜔岷?～6kJ/kWh。本工程機(jī)組的額定參數(shù)是31MPa/600℃/620℃/620℃，進(jìn)一步的提高主蒸汽的初參，可以提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)也為十一級(jí)回?zé)釀?chuàng)造條件。經(jīng)計(jì)算，相比十級(jí)回?zé)岢槠僭黾右患?jí)，熱耗可再降低5～6kJ/kWh，單臺(tái)機(jī)年耗煤量可減少990噸，經(jīng)濟(jì)效益明顯。3.5煙氣余熱深度多級(jí)利用目前國(guó)內(nèi)電廠常用的低溫省煤器，基本原理都是通過(guò)凝結(jié)水吸收鍋爐排煙的部分熱量，凝結(jié)水升溫后進(jìn)入回?zé)嵯到y(tǒng)，從而減少相應(yīng)低加抽汽量，減少的這部分抽汽就可以用來(lái)做功發(fā)電，增加發(fā)電量。若保證發(fā)電量不變，則實(shí)際上是減少了汽輪機(jī)進(jìn)汽量，鍋爐燃煤量相應(yīng)減少，節(jié)省了燃煤。相對(duì)于直接用煙氣余熱加熱凝結(jié)水，空預(yù)器旁路方案對(duì)煙氣余熱利用效率的提高已無(wú)異議，根據(jù)國(guó)內(nèi)外工程經(jīng)驗(yàn)及熱力學(xué)原理，按照煙氣余熱梯級(jí)利用深度即汽機(jī)側(cè)能量利用品位從低到高以及系統(tǒng)由簡(jiǎn)到繁的排序方法，可采用二級(jí)低溫省煤器+空預(yù)器兩級(jí)旁路+高效熱一次風(fēng)調(diào)溫方案，系統(tǒng)示意圖如下：該方案在能量利用等級(jí)上比傳統(tǒng)方式更加精細(xì)化，可將煙氣余熱分成五級(jí)，前兩級(jí)較高品位的熱量去加熱高壓給水，節(jié)省汽輪機(jī)高加抽汽；第三級(jí)較低品位的熱量去加熱凝結(jié)水，節(jié)省汽輪機(jī)低加抽汽；第四級(jí)和第五級(jí)低品位熱量去加熱空預(yù)器入口冷風(fēng)和部分低溫凝結(jié)水，補(bǔ)充鍋爐本體通過(guò)空預(yù)器旁路損失的熱量并保證空預(yù)器冷端平均壁溫，防止空預(yù)器低溫腐蝕。經(jīng)計(jì)算，該方案在保證鍋爐效率不變的情況下，汽輪機(jī)熱耗降低74kJ/kWh，發(fā)電標(biāo)煤耗降低2.7g/kWh，年節(jié)約標(biāo)煤1.1萬(wàn)噸，具有極大的經(jīng)濟(jì)效益。4結(jié)語(yǔ)經(jīng)以上分析，采用蒸汽二次再熱、回收利用閉式水余熱、配置單臺(tái)全容量汽泵組、采用十一級(jí)回?zé)岢槠?、深度利用煙氣余熱，都可以在一定程度上降低熱耗，降低煤耗，提高熱電轉(zhuǎn)化率，不僅能節(jié)約發(fā)電成本，提高企業(yè)效益，更是為環(huán)境保護(hù)做出巨大貢獻(xiàn)。相信在火電人的共同努力下，一定可以實(shí)現(xiàn)降耗減排的最大化拓展，為我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展作出卓越的