燃煤电厂锅炉、汽轮机以及辅机部分的节能技术分析

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摘要：保护生态环境成为了我国开发新能源、研究节能技术的主要目的。而在燃煤电厂中，为了减少能源的浪费，减少温室气体的排放，必须要进行有效的节能研究。文章主要分析燃煤电厂锅炉、汽轮机以及辅机部分的节能技术，以此提高能源利用率，减少温室气体的排放，保护生态环境。

关键词：燃煤电厂；电厂锅炉；汽轮机；节能技术

中图分类号：TK267 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）32-0081-03

随着我国用电量的不断上升，在很大程度上改变了我国的用电结构。为了满足用户需求，各电厂都相应地提高了输电水平。在我国燃煤电厂中，锅炉、汽轮机以及辅机部分是重要的热力设备，若没有科学有效的技术水平，会存在严重的能源浪费。燃煤锅炉使用面广，存在着相当严重的浪费情况，并且锅炉燃烧中会排放大量的烟尘、二氧化碳及二氧化硫等污染气体。同时燃煤电厂的汽轮机及辅机部分都存在着大量的能源浪费，因此，全文主要分析燃煤电厂锅炉、汽轮机以及辅机部分的节能技术，以此减少能源浪费，提高能源利用率，减少污染气体的排放。

1 燃煤电厂锅炉的节能技术

1.1 锅炉节能技术

首先是锅炉燃烧系统的改造。锅炉燃烧系统改造技术可以采用分层燃烧、天然气助燃技术。将普通粘土质转化为炉拱材料用碳化硅，将炉拱形状和尺寸进行有效改变，将拱区空间进行合理设计，改善炉排漏煤和配风不均的现象。将锅炉风室改为两侧进风，改善风室和风道口的连接方式，安装均流挡板。为了改善炉墙的密封性和保温性，可以采用纤维填充材料作为保温层，涂抹远红外涂料，提高热辐射能力。采用新型燃煤添加剂，增强灰熔点，避免锅炉出现结焦现象。以此改善锅炉的燃烧状况，提高燃料的利用效率。其次是锅炉烟气余热回收技术。在锅炉烟气余热回收技术中，主要包括三个方式：（1）烟气余热预热空气。烟气余热预热空气可有效改善燃料雾化条件，提高炉膛燃烧状况，增加炉膛温度。同时减少排烟损失、化学不完全燃烧损失以及机械不完全燃烧带来的损失。（2）烟气余热预热燃料。燃油温度在升高时，燃油粘度也得到了降低，在很大程度上改善了燃油入炉后的雾化治疗。随着燃油温度的升高，锅炉绝热燃烧温度也会升高。绝热温度的提高加大了炉内辐射换热系数，传热温差和锅炉总换热系数也得到了提高。因此，烟气余热预热燃料可有效减少各项能源损失，增强了锅炉的热效率。（3）烟气余热预热给水。烟气余热预热给水增加了锅炉入口介质的温度，降低了传热温差。当有效控制烟气余热预热给水，有着足够大的锅炉入口介质，就可以再次利用锅炉烟气余热。烟气余热预热给水可以减小排烟温度，采取科学有效的过剩空气系统，以此提高锅炉的热效率。

1.2 锅炉风机节能技术

首先是变频调速技术。在交流变频调速装置主要是应用微机控制技术和交流电动机控制技术。燃煤电厂在生产过程中，当发电负荷变化时，也需要有效调节锅炉的给煤量、风量和给水量。燃煤电厂有效改造锅炉的送风机可取的显著疗效。例如汕头电厂分两期建设：一期2×30万千瓦亚临界机组于1996年底投产发电，锅炉、汽轮发电机组分别由东方锅炉厂和俄罗斯制造；二期1×60万千瓦国产超临界机组于2005年10月投产发电，锅炉、汽轮发电机组分别由东方锅炉集团股份有限公司和哈尔滨电气集团公司制造。而华能汕头电厂也被称为“广东省清洁生产企业”。

变频调速器的基本组成如图1所示：

图1

其次是液力耦合器调速技术。液力耦合器调速技术是液力耦合器在运行过程中将耦合器工作腔内充液量进行有效的改变，进而使耦合器的输出力矩和输出转速产生改变。调速型液力耦合器具有节能的特性，能够平稳地运行，可有效控制和过载保护燃煤电厂的生产。

1.3 蒸发冷却技术

蒸发冷却技术包括直接蒸发冷却和间接蒸发冷却。首先直接蒸发冷却装置有着简单的结构，只需投入较少的成本就可投入使用。直接蒸发冷却受到空气湿度的影响，当环境温度大于21℃时，会降低冷却效果。因此，可以在一些干燥半干燥地区以及需要加温和降温的环境条件下直接使用蒸发冷却装置。其次间接蒸发冷却技术。主要是一次空气和二次空气呈交错流动，应用循环水喷淋，可以在换热器表面上覆盖一层水膜，使空气和水不会直接接触换热器，并蒸发水膜湿表面上的水分，将空气的干体温度进行有效降低，并利用壁面的导热将一次空气冷却。

2 燃煤电厂汽轮机的节能技术

2.1 有效改善高压缸通流部分

转子的组成分别是1个单列调节级和15个压力级。动叶型和静叶型也可以采用新型高效叶型和光滑子午通道。所有动叶片可以采用整体围带，增强了叶片的动强度。为了保证机组在运行过程中不会受到差胀的限制，需要将高压隔板汽封轴的间隙值增大。将隔板静叶替换成焊接隔板，将原有的加强筋去除，分流叶栅结构可以采用宽叶片和窄叶片组合。高压轴封和部分隔板汽封可以改成自动调整汽封，能够在很大程度上保证机组安全运行，减少维修量，减少维修成本。

2.2 改善低压缸通流部分

可以就200MW机组的低压缸优化改造为例，选用焊接钢格板，将根径增大，低压转子前4级动叶片没有采用拉筋，可以选用整体围带，为了提高动叶的抗疲劳性和耐水蚀性，可以在末级动叶采用高强度的动叶材料。

2.3 优化循环水泵的运行方式

当机组负荷和冷却水温一定时，循环水流量在改变时，凝汽器压力也会改变，循环水流量在改变时也会对循环水泵的功耗造成影响。循环水流量增加时，机组背压下，增加了机组出力，但也提高了循环水泵的功耗。当循环水泵的功耗增加时就会抵消机组出力的增加值，所以在增加了循环水流量后，当机组出力增加值和循环水泵耗功增加值的差为最大时，凝汽器运行压力就是机组最佳运行背压，而循环水泵运行方式也是最佳的运行方式。汽轮机运行中，对循环水泵台数进行了限制，而不能连续调节循环水流量，需要按照循环水泵台数进行运行或者在运行时调整泵叶片的角度。以此将循环水泵的运行方式进行组合，然后按照循环水泵不同的运行方式，对凝汽器的工况性能、循环水泵流量和功耗以及汽轮机处理增加值进行检测，然后当机组负荷和循环水温度处于一定时，就可以将机组最佳运行背压进行计算，然后明确最佳运行方式。

3 燃煤电厂辅机部分的节能技术

3.1 优化抽气设备的运行方式

汽轮机在运行过程中，抽气设备主要抽出在运行过程中所建立的真气或者抽出运行中漏入凝汽器的空气以及其他气体，保证汽轮机可以在真空中运行。为了保证凝汽器的真空度，必须要维持抽气设备正常安全工作。抽气设备在工作过程中会受到液温度、吸入口的压力和温度、真空泵运行速度等方面的影响，尤其是抽气设备工作液温度的影响最大。工作水温度往往会决定真空泵的抽吸能力。真空泵的抽吸能力随着工作水温度的升高而降低，特别是在夏季，真空泵工作液温度会超过35℃，这时真空泵的抽吸能力就会快速下降，如果机组的真空严密性较低时，就会对机组的运行真空造成严重影响。在优化真空泵运行方式时，处于夏季，真空泵工作水温度较高时，可以采用低温水冷却工作液温，将工作水温度进行降低，将真空泵处理进行提高。比如某电厂机组是300MW，采用地下循环水为真空泵工作水的冷却水，当处于夏季时，循环水温度为32℃，真空泵工作水温度超过44℃，接入地下水，温度为17.5℃，冷却工作水，这时真空泵工作水温度就会下降为33.8℃，而机组真空就增加了1.8kPa。

3.2 优化凝结水系统运行方式，并进行有效改造

当凝结水泵的经济出力点和凝结水系统的阻力不匹配时，就会使凝结水泵的流量和扬程都增大。机组在运行过程中，当高扬程点处于小流量，凝结水泵在此状态中进行工作，这时凝结水调整门开度会比较小，增大了凝结水系统阻力，导致电能浪费，也增加了凝结水精处理设备的工作压力，无法保证节能性和安全性。在优化凝结水系统运行方式时，要将凝结水泵定速运行改变成变速运行，要全部打开凝结水调整门。当管路阻力未改变，而水泵转速改变时，在降低水泵转速后，就会降低凝结水泵的流量和扬程，但能够保持水泵的效率不会发生大的改变，而工作效率也处于最高状态。在节能改造中，首先可以将叶轮级数进行减少，将凝结水泵的扬程进行降低，使凝结水泵可以与系统阻力匹配。其次可以采用变频调速，当凝结水泵的流量与转速成正比时，那么扬程和转速的平方就会呈正比，而凝结水泵的功率和转速的立方会成正比。从而在节约电能时，将水泵运行工况进行改变，属于最佳的节能改造技术。

3.3 优化给水泵的运行方式

在燃煤火力电厂生产中，给水泵是耗费最大电量的辅机，对机组经济运行造成严重影响。当机组负荷一定时，主汽压力就会对给水泵的耗功造成影响。水泵耗功会随着主汽压力的降低而减少，通常在设计给水泵和给水系统配套时，会存留部分裕量。当机组在运行过程中处于定压时，需要通过给水调节节流对给水流量进行调节。这时在优化给水泵运行方式时，需要在主汽轮机的滑压运行方式下，将给水调节阀开度进行开大，为了适应给水系统的阻力和流量要求，可以将给水泵转速改为自动调节转速。这样可以给水调节阀节流的损失进行减少，降低主蒸汽压力，减少给水泵的耗功。

3.4 优化加热器的运行方式

在优化调整加热器运行方式时，要保证机组在安全运行的状态下，有效调整加热器水位。通常加热器水位与加热器输水端差、给水端差和给水温升有一定关系，当加热器端差和输水端差最小时，就可以计算出机组在运行过程中的最佳水位。在修改DCS中的水位控制设定值时，运行人员需要有效监督和控制水位值。

3.5 降低吸风机和送风机的耗电量

吸风机和送风机属于高能耗设备，在投入运行时，需要保证随机组负荷在变化时，不会对吸风机和送风机造成影响。这时可以调整和控制挡板的开度，提高机组运行安全性和经济型，同时机组负荷在变化时，吸风机和送风机也会相应改变。将风机电机改为变频调速，无需改变阀门的开度，在机组负荷变化时，风机也会相应改变，从而降低能耗。同时将烟道和炉膛各种的漏风完全消除，将灰尘吹去，保证烟道无太大阻力。另外有效维护除尘器，科学有效地使用再循环风和暖风器，防止出现堵灰现象，以此降低电量的浪费。

3.6 减少制粉系统耗电量

首先要将煤质进行改善，保证煤质符合节省电量需求，并要合理配置。其次有效调整制粉系统的运行，补加钢球。在运行过程中，保持连续不断进煤、堵煤，保证煤可稳定燃烧。在低负荷情况下，为了减少制粉的耗电量，减少磨煤机运行台数，有效调整制粉系统，对磨煤机的出力、通风量、通风温度、出力温度以及煤粉细度等进行计算，保证制粉系统可以保持最佳运行，减少制粉系统的功耗。

4 结语

在燃煤电厂生产运行过程中，为了减少电力的消耗，控制温室气体的排放，必须要加强燃煤电厂锅炉、汽轮机及辅机部分的节能技术，以此从各个方面降低电能消耗，保证各个机械设备保持最佳运行，提高能源利用率。

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作者简介：杨怀忠（1969―），男，陕西神木人，供职于神华陕西国华锦界能源有限责任公司，研究方向：火电厂热能与动力。