火电厂节能技术的应用研究

火电厂节能技术的应用研究摘 要实现工业化生产是当前国家积极倡导的发展策略,但在走工业化道路的同时也使得企业乃至个人的环境保护意识变得更加薄弱。火电厂是我国电能产生的重要基地,不仅为社会主义现代化建设提供足够的能量,也为人们的日常生活带来方便。但由于火电厂发电是以各种燃料燃烧为前提,在燃烧之后会出现大量的工业“三废”,这既是严重的环境污染问题,也是重大的经济能源问题。文章针对火电厂运行过程中出现的环境问题进行总结,提出积极倡导节能降耗的理念,并制定合理的措施。关键词：火电厂；节能技术；必要性；措施目 录第 1 章 火电厂的节能 .31.1 火电厂节能的意义 .31.1.1 降低成本 .31.1.2 保护环境 .31.1.3 技术革新 .41.1.4 持续发展 .4第 2 章 节能减排的管理措施 .42.1 提升规范化管理水平 .42.4 从系统方面的优化和改进 .52.4.1 大容量机组的开、闭式循环冷却水系统的优化。 .52.4.2 汽轮机真空系统的优化。 .52.4.3 锅炉烟气的余热回收。 .52.4.4 循环水处理系统的节水优化。 .62.4.5 对锅炉制粉系统进行改造。 .62.4.6 电厂循环冷却水的余热利用 .6第 3 章 汽轮机的经济运行方式与循环水泵流量控制 .73.1 汽轮机的最有利真空. .73.2 汽轮机最有利真空的计算 .83.3 循环水流量的调速控制方式原理 .9第 4 章 电力节能降耗的技术 .104.1 优化调度模式。 .104.1.1 可再生能源发电。 .104.3 采取优化措施，机组优化运行。 .114.3.1 磨煤机的优化运行 .114.3.2 优化配煤 .114.3.3 规范化操作 .114.4 变频器的电力节能应用 .114.4.1 泵类负载的流量调节方法及原理 .124.4.2 火电厂水泵运行与变频改造措施 .12第 5 章 结论 .13参考文献 .13第 1 章 火电厂的节能火电厂是我国电能产生的重要基地,不仅为社会主义现代化建设提供了足够的能量,也为人们的日常生活带来了方便。但由于火电厂发电是以各种燃料燃烧为前提,在燃烧之后会出现大量的工业“三废”,这既是严重的环境污染问题,也是重大的经济能源问题。火电厂主要是在煤、石油、天然气等燃料的燃烧后,将其产生的热能经过处理转变为动能、电能的工厂。降低火电厂能量消耗,实现“环保、节能、降耗”的生产模式是当前亟须需研究的问题。1.1 火电厂节能的意义目前国家正处在重新考虑能源发展的关键时期。围绕实现现代化，要求调整我国能源发展战略。优化能源结构，提高能源利用效率，进一步明确和贯彻节能有限的长期能源战略，把建立国际能源多元化能源供应体系作为长期能源供应的战略目标，吧能源优质化作为主进攻方向，把天然气开发作为下世纪能源开发的重点，加强天然气管网系统等能源基础设施建设，注重核电、水电、风电等优质一次电力的开发，加快洁净煤技术的开发利用。电能是国民经济各生产部门的主要动力，电力生产消耗的能源在我国能源总消耗中 占的比重也很大，因此提高点能生产的经济性具有十分重要的意义。在保证供电可靠和良好电能质量的前提下，进行优化调整，最大限度的提高电力系统运行的紧急的经济性，为用户提供充足的廉价的电能。为此，可以采取的措施有：安装大容量的发电机组，充分发挥水电在系统中的作用，尽量降低发电厂的煤耗率，合理分派各发电厂的负荷，减少厂用率和电网损耗。1.1.1 降低成本节能降耗本质上主要包括节约能源、降低消耗两大方面。煤、石油、天然气都属于自然资源,随着自然能源的减少,其资源成本将不断增加,采取节能降耗措施能减少企业的资金投入。1.1.2 保护环境火电厂的发展造成工业“三废”的大量排放,使空气增加了很多有害物质,粉尘和二氧化硫等都是对人体有害的物质,大气污染问题也会更加严重,节能措施可避免这些问题。1.1.3 技术革新实现能源节约、减小过多消耗不仅仅是要靠火电企业在运行中进行调整,更主要的是依赖于科学技术的进步,以科技手段处理能源消耗问题才是根本的措施。火电厂不断研究新技术来应对节能的同时,促进现场总线技术的优化。1.1.4 持续发展火电厂节能降耗措施的开展,能够正确处理好经济发展与自然环境、能源之间的矛盾,处理好彼此之间的发展关系,构建人与自然和谐相处的理想局面,为经济可持续发展打下基础。第 2 章 节能减排的管理措施调查显示,我国 50MW 以上机组锅炉风机运行效率低于 70%的占一半以上,低于50%的占 1/5 左右。火电厂是能源消耗巨大的企业,它要为经济社会发展创造出更多的经济利益,也要注重环境保护问题。火电厂管理阶层需从多个方面完善自身的管理措施以达到节能减排的效果。2.1 提升规范化管理水平促进管理工作的规范化需要从流程、制度两大方面开展工作。流程主要是针对员工的工作进行安排规划,建立一条合适的操作流程,其作用主要是为了降低企业的生产风险。而制度则是针对企业出现的问题制定有效的管理计划,优化内部的管理效率,实现工业现代化生产模式。通过针对性的管理促进企业生产效率的提高。2.2 小指标竞赛实现节能减排火电厂需要采取相应的措施来提高机组的效率,可以结合实际情况采取小指标的竞赛,其指标设计到的内容包括:主再热汽温、真空、厂用电率、机组负荷、启停磨次数、燃油量、脱硫率等多个方面。在竞赛过程中可以保证机组的运行达到最佳状态,保证本机组的各项指标接近于先进机组的指标。2.3 技术改造降低设备用电科学技术是第一生产力,火电厂同样需要结合先进的技术,经过对设备的技术改造来降低设备用电。例如:中水泥浆方面,通过技术改造实现中水泥浆供脱硫系统的循环利用,既防止了污染,也减少了脱硫石灰石的消耗量。凝泵变频方面,其输出性能优越、运用便捷,在低负荷和频繁启停时进行变频技术改造能实现节电、电机保护的作用。2.4 从系统方面的优化和改进2.4.1 大容量机组的开、闭式循环冷却水系统的优化。开、闭式循环冷却水系统为主厂房大部分的辅机提供冷却水,该系统与整个热力系统安全、稳定、经济运行密切相关。大容量机组辅机冷却水一般根据水质情况和辅机对冷却水的要求不同采取两种方案:一种是开式循环冷却水系统。开式水系统是否需要设置升压泵取决于开式水系统的阻力与凝汽器阻力的差值。通过对华能谏壁、华润南京及大唐马鞍山等电厂的调研,在电厂的实际运行中开式泵基本没有投入运行,依靠循环水自身的压头便可克服系统阻力。因此,开式循环冷却水系统通过合理布置设备取消升压泵是可行的。这样可以合理简化系统、减少设备、节省电厂初投资,同时也能有效降低检修运行费用。另一种方案是闭式循环冷却水系统,闭式水系统的回水温度较高,为了利用其余热,某 1000MW 机组在闭式水回水母管上引出一根管道,作为冬季水源热泵空调系统的热源,经热交换冷却后回到闭式水回水系统。这样,既节约了能源,又充分利用了余热,同时又降低了闭式水的回水温度,继而可减少开式循环冷却水量,也就降低了开式循环冷却水泵及循环水泵的功耗,节能效果明显。2.4.2 汽轮机真空系统的优化。汽轮机凝汽器的真空度高低是影响机组效率的一个重要因素。根据经验数据,300MW 机组汽轮机排汽压力比正常值上升 1%。则机组热耗率的相对变化率将增大 1%以上,由此可见,提高机组真空对提高机组效率是至关重要的。提高凝汽器真空度除采取加强循环水冷却塔的运行维护、合理进行循环水泵的调度、提高汽轮机真空系统的严密性等措施外,很重要的一点就是尽量降低真空泵工作液的温度。某电厂原真空泵冷却水采用循环水,夏季高温时,入口循环水水温在 33左右,这么高的循环水温导致真空泵工作液温度高达 38,真空泵的效率下降很多,导致凝汽器真空较低。当真空泵的冷却水改造成空调水后,降低了真空泵的工作液温度,机组的真空提高了约 0.8KPa,热经济性大大提高,节能效果非常显著。2.4.3 锅炉烟气的余热回收。某电厂采用东方锅炉厂自主开发的 300MW 循环流化床锅炉,机组排烟温度长期在 150以上,为回收锅炉烟气余热,机组增设了低温省煤器,自 6 号低加入口的主凝结水管路引一路凝结水接至低温省煤器,经换热后回至 5 号低加入口主凝结水管路,从而可使 THA 负荷工况的热耗约降低了 44KJ/KWh,供电标煤耗降低了 1.8g/KWh,按机组年利用小时数为 5500h 计算,每年节约燃煤约 3000 吨。对于增设低温省煤器而增加的初投资仅需两年多一点的时间即可以回收,节约了能耗,给电厂带来了良好的经济收益。2.4.4 循环水处理系统的节水优化。通过调查研究和专题论证，参考国外污水回用处理经验，以及水处理方案、设备优化和水处理系统动态模拟试验数据优选，最后确定采用石灰处理系统。所以确定循环补充水处理方案为杀菌、石灰、凝聚、澄清、加酸、过滤系统，其具体流程为：城市污水 污水池(或滏阳河水) 升压泵 加次氯酸钠杀菌 机械加速泥渣悬浮澄清池（池内加高纯度石灰乳、聚合铁和助凝剂） 加酸 变孔隙滤池 清水池 循环水补充水泵 循环水补水池 循环水系统 。循环冷却水处理采用加酸、加水质稳定剂和加杀菌剂处理，循环冷却水浓缩倍率22.5。2.4.5 对锅炉制粉系统进行改造。锅炉制粉系统的单耗和效率直接影响到机组的厂用电率和供电煤耗，所以通过改造制粉系统，降低制粉单耗，提高效率，将会有效地降低煤耗。以湖北省汉新电厂为例，2005 年，他们完成了对 3#、4#炉磨煤机密封系统的改造、制粉系统的料位监控系统安装、调试与系统优化运行从而提高了制粉出力，单耗下降了3.11kwh/t，供电煤耗下降 3.43g/kwh。这是一个值得推广的范例。2.4.6 电厂循环冷却水的余热利用发电厂中目前常用的有纯凝发电机组、抽汽式、抽凝式热电机组。在纯凝汽式火力发电厂的燃料燃烧总发热量中只有 35%左右转变为电能，60%以上的热能主要通过锅炉烟囱和汽轮机凝汽器的循环冷却水散失到环境中，而循环冷却水携带走的废热量又占其中绝大部分。目前热电厂普遍采用抽凝式机组，并逐步向大容量高参数发展，以提高运行经济性。这种机组即使在冬季最大供热工况下，也必须有一部分热量由循环水（一般通过冷却塔）排放到环境，这部分热量主要包括：排入凝汽器的蒸汽释放的凝结热，低压加热器的疏水冷却释放的热量，凝结水过冷热，机组的疏水系统及轴封系统排到凝汽器的热量，冷油器、空冷器等释放的热量等等。抽凝机组在最大抽气工况下之所以仍有排入凝汽器的蒸汽，是因为保证低压缸的冷却必须要有一定的蒸汽量通过低压缸，以便带走因鼓风摩擦损失所产生的热量。大容量高参数供热机组在额定供热工况下，通过凝汽器由循环冷却水带走的热量一般占输送总能量的 15%以上，有的甚至高达 25%以上。造成了能量的极大浪费。因此电厂循环水的余热利用技术就是要把这部分能量利用起来进行供热。但是，正常情况下电厂循环水的温度比较低（一般冬季 2035），达不到直接供热的要求，要用其供热，必须想办法适当提高其温度。能源是国民经济的重要物质基础，当前我国能源增长速度远远不能满足经济发展和现代化建设的需要。因此节能是关系经济社会技术可持续发展的重要战略，是市场经济发展的重大任务。本文以期为企业的节能工作实现跨跃式发展提供理论参考和技术支持。希望被国内同类型电厂所借鉴，节约更多能源。第 3 章 汽轮机的经济运行方式与循环水泵流量控制3.1 汽轮机的最有利真空.目前汽轮机的真空度主要是靠调节冷却水流量来控制的。由汽轮机的运行原理可以知道，运行中的凝汽器压力主要取决于蒸汽负荷、冷却水入口温度和冷却水水量。冷却水温一般取决于自然条件，于是在蒸汽负荷一定的情况下就只有靠增加冷却水的流量来提高凝汽器的真空度，但是当冷却水水量增加使真空度提高的同时，循环泵的投资及运行电耗将大幅增加。为了提高机组运行的经济性，由于真空度提高汽轮机功率的增量N1 应大于为增加循环水量水泵所多消耗的功率N2。显然，汽轮机的最有利真空 Peco(又称为经济真空)，应位于净增功率N=N1-N2 的最大值处3，此时汽轮机工作在经济运行方式3。如图 1 所示，Dw 为冷却水流量，p 为汽轮机的凝汽器真空，N 为功率差值，N 在冷却水水量比较小的时候随冷却水量的增大而增加，到点 a 达到最大，如果再进一步增大冷却水水流量，N 反而开始减小，直至为零。但当到达 c 点时，汽轮机末级喷嘴的膨胀能力已达到极限，汽轮机功率不会再增加，故 c 点所对应的真空称为极限真空4。从图中可以看出，由 a 点引等水量线与凝汽器压力线相交的 b 点所对应的真空值 peco 就是最有利真空，a 点所对应的冷却水水量 Deco 就是最佳冷却水水量。因此，我们应经过计算分析确定出对汽轮机的最有利真空，并以此为依据来控制冷却水的流量，使汽轮机的排气压力尽量维持最有利真空位置，以保证机组在经济运行方式下工作。3.2 汽轮机最有利真空的计算由上述分析可以看出，改变循环水流量可以提高机组运行的经济性。但必须计算改变循环水量后的经济效益N，确定在既定冷却水温度和蒸汽负荷的前提下汽轮机的最有利真空位置。在本文提出的控制方案中，利用工控机(IPC)调用各种参数数据，可以实时在线计算出汽轮机的最有利真空位置。为了便于在工程中应用，本文根据工程实际经验3，采用以下计算原则。根据循环水量增加以前的测试数据，计算出凝汽器的传热系数 和冷却水速修正系数 1。根据循环水量增加以后的测试数据，计算出增加循环水量后的水速修正系数2。由公式:(1)求出增加循环水量后的传热系数 k2。假设一个排汽压力 Pn，计算出传热等效平均温差tm2。由公式:(2)式中 A 为凝冷器换热面积， r2 为凝汽器潜热。可以计算出循环水流量增加后汽轮机排汽量 Dn2。如果 Dn2 的值满足下式:(式中 Dn1 为循环水量增加前汽轮机的排汽量)则认为 Pn 就是增加循环水量后的排汽压力。如果不满足上式，应重新设定排汽压力值进行计算，直至满足为止。根据排汽压力 Pn，计算出相对真空和提高的真空度。根据提高的真空度与标准煤耗的关系以及增加循环水流量后的电能耗费，就可以计算出循环水流量增加所带来的经济效益N。按照以上步骤重复计算不同流量下增加的经济效益N，由图 1 可以确定最有利真空的位置 peco。由以上计算分析的原则，控制系统可以通过上位机(IPC)实时计算最有利真空的数值，由此作为依据(PID 调节器的设定值)，来调节循环水泵的运行台数和运行转速，控制循环水流量使汽轮机的真空度维持在最有利真空位置，保证机组的经济运行。3.3 循环水流量的调速控制方式原理图 2 所示曲线为转速 n 一定时水泵的扬程流量(H-Q)特性曲线和管阻特性曲线。 由图可知，当改变水泵的转速时，其 Q-H 特性曲线随着转速的改变在图中是平行上下移动的(如从 nA 降到 nA时的虚线曲线所示)。水泵的管阻特性曲线可用公式(4)表示:(4)式中 Sf 为管网阻力系数，HST 为水泵进口到冷凝器的汽包的位差和压力差之和，它是个定值。SfQ2 为总的水阻力损失，它与流量的平方成正比。管阻特性曲线与 HQ 曲线的交点即为水泵运行的工况点5。当汽轮机的蒸汽负荷改变时，循环水泵的流量要随之变动(假设流量从 QA 降为 QB)。有两种方法可以改