（动力工程及工程热物理专业论文）中孚电力300mw机组节能降耗研究.pdf

摘要 摘要 目前，能源匮乏与环境问题己成制约为社会发展的关键问题，所以节约能源、 降低成本、增加经济效益、提高能源利用率，对企业和社会具有积极意义。 本文在节能降耗、提高能源利用率的大趋势下，对中孚电力公司三台3 0 0 m w 燃煤机组的实际运行情况进行研究。根据理论基础，定性分析影响锅炉热效率、汽 轮机效率、热力系统能耗的设备因素和运行因素。在热力试验的基础上，建立锅炉 热效率、试验热耗、试验发电煤耗、试验供电煤耗等的计算模型，同时依据机组的 实验数据，评估其能耗水平。通过机组的节能降耗诊断方法，以机组设计参数或试 验参数为基准值，深入分析机组实际运行的能耗水平。对排烟热损失、机械不完全 燃烧热损失等对锅炉效率的影响，汽轮机缸效率、汽轮机背压等对汽机效率影响， 减温水量、系统工质泄露量、加热器端差、给水温度等对机组能耗影响进行定量分 析；同时分析研究辅机设备运行状况对厂用电率影响，以及机组运行参数等对能耗 影响。 依据影响机组能耗的因素的定量分析结果，提出了锅炉的空气预热器、省煤器、 炉膛围然带、制粉系统等的优化改造方案；采用了新型汽封和配汽方式优化等以提 高汽轮机效率；采用了高低压旁路、轴封供汽、疏水控制、排污控制、加热器紧急 排水、给水泵最小流量控制等优化改造控制并减少工质损失；对给水泵驱动方式、 循环水控制方式、锅炉辅机调节方式等进行了优化改造并减少了厂用电率，提高了 机组经济性，达到了节能降耗的目的。 关键词：节能降耗；燃煤机组；能耗水平；改造方案 a b s t r a c t a b s t r a c t c u 玎l m t l y e n e 唱ys h o r t a g e sa n de n v i r o n m e n t a li s s u e sh a v eb e c o m et h ek e yt os o c i a l d e v e i o p m e n t e n e 唱yc o n s e a t i o n ，r e d u c i n gc o s t s ，i n c r e a s i n ge c o n o m i ce 简c i e n c y ，a n d i m p r o v i n ge n e 唱ye 伍c i e n c y ，h a v eap o s i t i v es i 伊i f i c a n c eo n b u s i n e s sa n ds o c i e t y u n d e rt h et r e n di ns a v i n ge n e r g ya n di m p r o v i n ge n e 唱ye 伍c i e n c y ，i nt h i sp a p e r ，i t c o n d u c t e das t u d yo nt h ea c t u a lo p e r a t i o no f 缸e e3o o w mc o a l f i r e du n i t si nz h o n g 向 p o w e rc o m p a n y a c c o r d i n gt o t 1 1 et l l e o r e t i c a lb a s i s ，i tm a d et h eq u a j l t i t a t i v ea n a l y s i s a b o u tt h ee q u i p m e n ta n do p e r a t i n gf a c t o r sa f f e c t i n go nt h eb o i l e rt h e m a le f f i c i e n c y ， t u r b i n ee 衔c i e n c ya j l dh e a te n e r g yc o n s u m p t i o n b a s e do nt h et h e 咖a l t e s t ，i ta j l a l y s e d a n de s t a b l i s h e dc a l c u l a t i o nm o d e l so f b o i l e rt h e 册a le 衔c i e n c 弘t e s t j n gh e a tc o n s u m p t i o n ， t e s t i n gc o a lc o n s u m p t i o nf o rp o w e rg e n e r a t i o na n dt e s t i n gc o a lc o n s u m p t i o nf o rp o w e r s u p p l y ；a n da s s e s st h ee n e 唱yc o n s u m p t i o nl e v e la c c o r d i n g t ot h eu n i t se x p e r i m e n t a ld a t a b a s e do nt h ee n e 唱ys a v i n gd i a 朗o s t i cm e t h o d ，u s i n gt h eu n i td e s i g np a r a m e t e r so r t e s t i n gp a r a m e t e r s a sb e n c l l i i l a r kv a l u e ，i tc o n d u c t e dt h ei n d e p t ha n a l y s i sa b o u tt h e e n e r g yc o n s u m p t i o n1 e v e lo fu n i t a c t u a lo p e r a t i o n i n n u e n c i n gf a c t o r s o nt h eb o i l e r e 伍c i e n c yw e r em a d et h eq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s ，a sw a s t e h e a tl o s sa n dm e c h a n i c a l i n c o m p l e t ec o m b u s t i o nh e a t1 0 s se t c i i l n u e n c i n gf a c t o r so nt h es t e 锄t u r b i n ee 衢c i e n c y w e r em a d et h eq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s ，a st u r b i n ec y l i n d e re f f i c i e n c ya n dm eb a c kp r e s s u r e e t c i n n u e n c i n gf a c t o r so nm eu n i te n e 唱yc o n s u m p t i o nw e r em a d et h eq u a n t i t a t i v e a n a l y s i s ，a sa t t e m p e r a t i n gw a t e r ，啪o u n to fs y s t e mr e 衔g e r a n tl e a k ，t e 肌i n a lt e m p e r a t u r e d i f f e r e n c eo fh e a t e ra n df e e d - w a t e rt e m p e r a t u r ee t c i tq u a n t i f i c a t i o n l l ya n a l y s e dt h e a 仃e c t i o no fa u x i l i a r ye q u i p m e n to p e r a t i n gc o n d i t i 伽s0 nt h ep o w e rc o n s u m p t i o nr a t e ， a n dt h ea f i e c t i o no f u n i to p e r a t j n gp a r 锄e t e r so nt 1 1 ee n e r g yc o n s u m p t i o n a c c o r d i n gt o t h eq u a n t i t a t i v ea 1 1 a l y s i sr e s u l t so fu n i te n e 唱yc o n s u m p t i o n ，w e p r e s e n t e das e r i e so fo p t i m i z e dr e h a l b i l i t a t i o np r o g r a m so fa i rp r e h e a t e r ，e c o n o m i z e r ， 如m a c ec o m b u s t i o nz o n ea n dm i l l i n gs y s t 锄w es u p p o s ea d o p t i n gn e wv a p o rs e a la n d s t e a md i s t r i b u t i o no p t i m i z a t i o nm e t h o d st oi m p r o v et h et u r b i n ee 伍c i e n c y w ep r o c e e d t h eo p t i m i z e dr e h a b i l i t a t i o ns u c ha st h eh i g ha n dl o wp r e s s u r eb y p a s s ，s e a lf o rt h es t e a m ， t h eh y d r o p h o b i cc o n t r 0 1 ，s e w a g ec o n h _ o l ，t h eh e a t e re m e 唱e n c yd r a i na n dc h ef e e dp u m p m i n i l n u mf l o wc o n t r o lt o r e g u l a t ea n dr e d u c er e 衔g e r a n tl o s s e s w eo p t i m i z e dt h e m o d i f i c a t i o no ft h ef e e dp u m pd r i v e ， c i r c u l a t i n g w a t e rc o n t r o l ，b o i l e r a u x i l i a r y a d j u s t m e n tm e t h o d st or e d u c ep o w e rc o n s u m p t i o nr a t ea n di m p r o v eu 1 1 i te c o l l o i n i c s k e y w o r d s ：e n e r g yc o n s u m p t i o n ； c o a l f i r e du n i t s ； e n e r g yc o n s u m p t i o n l e v e l ， t r a n s f o n t l a t i o ns c h e m e 华北电力大学硕二卜学位论文 第1 章绪论 1 1 课题研究背景及意义 能源匮乏与环境承载能力弱是我国经济发展面临的最大难题。随着我国工业 化、城市化的快速发展，能源供需矛盾和环境问题显得尤为突出。因此，节能降 耗既是我国经济社会发展的一项长远战略方针，也是当前的迫切任务。我国明确提 出“十二五”期间单位国内生产总值能源消耗要比“十一五”期间降低1 6 的目标， 将节能降耗目标与经济增长目标放在同等重要的位置【2 1 。 据统计，到2 0 1 0 年我国电力总装机容量已达8 7 4 亿k w ，其中，火电约占7 4 6 。按照我国电力工业发展总目标：2 0 2 0 年我国发电装机容量将达到1 6 亿k w ， 其中火电机组将占6 0 以上。因此，火电机组仍将是我国电力行业的主力机组 3 1 。 在电力企业的努力下，“十一五”期间，我国发电机组平均供电煤耗下降 3 0 9 ( k w h ) ，平均每年下降6 ( k w h ) ；预计到2 0 2 0 年将达到3 2 0 9 ( k w h ) 的世 界水平。目前，我国3 0 0 m w 机组供电煤耗依然比设计值高2 0 9 ( k w h ) 。2 0 1 0 年 中电联公布2 0 0 9 年3 6 3 台3 0 0 m w 机组能效水平指标，其中供电煤耗和厂用电率如 表1 1 和1 2 所示，统计机组的供电煤耗和国际水平有较大的差距【4 】o 表1 1 统计机组供电煤耗 表1 2 统计机组厂用电 当今世界能源同益紧张，发电企业的节能降耗研究是一个重要的研究领域。 提高燃煤机组的效率、降低机组煤耗是燃煤发电企业迫在眉睫的问题，更是当 华北电力大学硕士学位论文 前我国发电企业结构调整的重要任务。节能增效、降低发电成本是节能降耗研 究的重要课题，目前机组节能降耗途径有两方面：机组的优化运行和节能改造。 1 2 课题研究现状 1 2 1 国外研究状况 火力机组节能降耗研究的思路是运行优化和节能改造，国内外的高校和科研院 所对其进行了大量的研究探索，积累了丰富且宝贵的经验。美国的e p r i ( 电力研究 院) 、国内西安热工研究院等科研院所采用最优化理论，根据实际运行机组的主、辅 机能耗水平，进行了全面试验和优化调整，根据试验结果进行综合分析，建立了一 套优化运行的操作程序，使机组在负荷范围内保持最佳的运行方式和最合理的参数 匹配【5 - 10 1 。 随着理论研究的突破和计算机技术的广泛应用，对优化和节能进行了更深入的 研究。目前，国外发电企业也在积极推行业主主导的发电厂设计模式，充分发挥生 产、建设和科研机构的综合优势，通过对系统及设备运行优化设计，实现发电企业 节能降耗的总目标。如西欧德国n i e d e r a u s s e l l l 电厂k 号1 0 0 0 m w 褐煤机组，通过 采取各种优化与节能改造措施，使机组净效率由3 5 5 提高到4 5 2 ，提高了9 7 。其中，通过提高机组蒸汽参数使机组效率提高了1 6 ，应用高效汽轮发电机 组使效率提高了2 3 ，依靠减少辅机耗功使机组效率提高了1 5 ，通过系统优化 使机组效率提高了1 6 ，通过机组冷端改造，提高冷端效率使机组效率提高1 4 ， 通过废热回收利用使效率提高了1 3 。因此，加强火电厂的设备运行优化管理和 能耗改造，可以有效的发挥火电厂的节能潜力，突出火电机组优势，提高火电企业 的竞争力【l l 】。 1 2 2 国内研究现状 随着现役机组的逐渐老化和电力需求的增长，机组的节能降耗研究势在必行。 一方面，对于即将达到使用年限的机组，必需通过节能降耗来增加机组的服役期， 另一方面，发电企业希望通过对发电设备的节能降耗改造来降低发电成本，提高竞 争力。在这种环境下，国内诸多专家及电厂技术人员积极推进节能降耗的研究工作， 经过大量的实践探讨和技术改造，获得了丰硕成果【l 小1 6 j 。 国电谏壁发电厂四台国产3 0 0 m w 机组的汽轮机通流部分节能改造、1 0 0 0 t h u p 华北电力大学硕： ：学位论文 型直流炉改为1 0 3 6 t l l 控制循环汽包炉、发电机增容改造、热控系统加装d c s 系统 等，改造后机组出力增加3 0 m w ，汽轮机高、中、低压缸效率分别大于8 9 、9 4 和8 7 5 ，机组供电煤耗降低3 5 9 ( k w h ) ，断油低负荷达5 0 b m c r ，具备d c s 、 a g c 和一次调频功能，提高了机组运行安全性，同时适应了电网对电厂调峰、调频、 a g c 性能的要求【1 7 之。 邹县3 0 0 m w 汽轮机通流部分改造，同时对配套的发电机进行了增容改造，改 造后汽轮机额定出力增加了3 0 m w ，具备了电网调峰能力，获得较高的经济性【2 1 | 。 莱城两台国产引进型3 0 0 m w 机组，在主厂房布置、设备及材料选择和控制自 动化水平等方面进行了优化设计，使工程造价降低了4 9 3 8 万元【2 2 i 。 云南宣威六期两台3 0 0 m w 机组控制系统采用一体化技术，实现e c s 与机、炉 d c s 的融合，使炉、机、电的控制系统实现了统一，提高了发电厂控制系统的自动 化水平，提高了机组运行的安全性和可靠性【2 3 。2 4 1 。 哈尔滨热电扩建两台3 0 0 m w 机组，采用定性和定量分析方法，对给水泵配置 方案进行优化。既满足了机组的安全和经济要求，又实现低工程造价的目标【2 5 。2 6 1 。 除三大主机以外，还有针对火电厂辅助设备和系统的优化，如送、引风机、磨 煤机、给煤机、给水泵、循环水泵等，还有风烟系统、制粉系统、回热系统、真空 系统等。辅助系统是火力发电厂的重要组成部分，该系统庞大复杂，其运行状况对 机组的热经济性具有重要影响。目前对辅机的节能研究主要是降低厂用电率，如采 用变速电机、电驱动改为汽驱动和选用匹配的先进设备，如将送、引风机的运行方 式改为变频或液偶调速，以及用水环式真空泵替代射水抽气器改造为水环式真空泵 竺【2 7 3l 】 寸。 中电投姚孟电厂四台3 0 0 m w 机组的脱硫采用石灰一石膏湿法，经过优化，使 脱硫效率达到9 5 以上，实现了外购石灰石粉制浆方式，取消g g h 和废水处理等， 解决了场地布置的难题，减少了脱硫的初投资和维护管理量，使设备初投资费减少 了5 6 9 2 万元，每年的运行维护费用减少约8 9 0 万元【3 2 】。 太原第一热电运用自寻优一模糊控制方法，针对两台3 0 0 m w 电机组的8 台钢 球磨煤系统存在稳定性差、煤粉的均匀性差的问题，甚至发生断煤、超压、超温或 堵煤等事故进行优化处理，并结合w d p f i i 控制系统详细设计了可行性优化实施方 安【3 3 】 7 ko 珠江电厂针对循环水泵供水不足、叶片强度不够等问题，对循环水泵进行了增 容节能改造。在不改变原水泵配套电机、泵壳和管道等的条件下，将叶片安装角加 大+ 3 0 ，且对叶片型面进行了修f ；将原组合式叶轮结构改为整体铸造结构，并优 化叶轮加工工艺。试验证明，改造后的循环水泵具有较高的经济性和安全性【3 4 35 1 。 沙角a 电厂5 号机组3 0 0 m w 燃煤机组采用烟气脱硫装置对氧化风系统及脱水 华北电力大学硕士学位论文 系统进行了优化。东方汽轮机厂第八代3 0 0 m w 汽轮机在改进国外技术的基础上， 采用当代先进的通流部分设计技术，提高了原机组的经济性和安全性【3 6 ”j 。 国内外节能改造的经验表明，经过节能改造的机组与同一级别的新机组的可靠 性和经济性相近【3 8 4 3 】。所以对现役的机组进行节能改造，是缓解当前电力供应紧张 的重要途径之一。 1 3 课题研究内容及意义 随着我国工业化、城市化的快速发展，能源供需矛盾尤为突出，节能降耗称为 当前经济发展中的迫切任务。本文根据中孚电力公司三台3 0 0 m w 燃煤机组自投产 以来的运行状况，结合火电机组能耗指标的计算模型，依据能耗诊断原则，分析机 组能耗偏高的原因，并提出完善的设备优化方案。具体研究内容为： ( 1 ) 汇总中孚电力三台3 0 0 m w 机组的资料，定性分析煤种、煤粉细度、过量空 气系数、排烟温度、灰渣可燃物、空气预热器漏风率等对锅炉效率的影响；定性分 析蒸汽参数、减温水量、冷端参数、汽轮机结构、机组出力系数等对汽轮机效率的 影响；定性分析给水温度、加热器状况、系统泄漏和补水、厂用电率等对热力系统 能耗的影响。 ( 2 ) 根据影响机组能耗的因素，分析锅炉效率、汽机效率对机组能耗的影响的计 算模型。其中，锅炉效率的影响因素有：排烟热损失、化学不完全燃烧热损失、固 体不完全燃烧热损失、散热损失、灰渣物理显然损失等；影响汽机效率的因素有： 高中低压缸效率、试验热耗等，并对试验热耗进行修正；分析影响机组供电煤耗的 因素：管道效率、厂用电率等。 ( 3 ) 详细阐述了机组节能降耗诊断的方法，以机组设计参数或试验参数为基准 值，与机组实际运行的能耗指标进行分析比较。定量分析排烟热损失、机械不完全 燃烧热损失等对锅炉效率的影响；定量分析汽轮机缸效率、汽轮机背压等对汽机效 率影响；定量分析减温水量、系统工质泄漏量、加热器端差、给水温度等机组能耗 影响；分析辅机设备运行状况对厂用电率影响；分析机组运行参数等对能耗影响。 ( 4 ) 针对影响机组能耗因素，提出对锅炉的空气预热器、省煤器、炉膛围然带、 制粉系统等的优化改造方案；对汽轮机内缸效率低优化的改造有：采用新型汽封和 配汽方式优化等；对热力系统的优化有：高低压旁路、轴封供汽、疏水控制、排污 控制、加热器紧急排水、给水泵最小流量控制等优化改造；对辅机优化有：给水泵 驱动方式、循环水控制方式、锅炉辅机调节方式等优化改造。 4 华北电力大学硕：t 学位论文 第2 章机组概况和能耗分析 中孚电力三台3 0 0 m w 燃煤机组，配备三台d g 1 0 2 5 1 7 4 i i1 4 型亚临界自然 循环汽包锅炉。1 、2 号机组配备n 3 0 0 1 6 7 5 3 7 5 3 7 8 型汽轮机；3 号机组配备 c 3 0 0 2 6 4 16 7 1 o 5 3 7 5 3 7 抽汽凝汽式汽轮机。 2 1 锅炉型式及参数 2 1 1 锅炉型式 中孚电力3 0 0 m w 机组锅炉为d g 1 0 2 5 1 7 4 i i1 4 型亚临界、一次中间再热、 自然循环、双拱形单炉膛、燃煤汽包炉；采用平衡通风、“w ”型火焰、固态排渣、 四室五电静电除尘、全钢架悬吊、“n ”型布置燃煤汽包锅炉。 炉膛采用双拱形单炉膛，燃烧器布置在下炉膛前后拱上，燃烧器采用美国福斯 特惠勒公司设计制造的3 0 0 m w 等级的“w ”型火焰双旋筒燃烧器，尾部采用双烟 道结构，再热汽温调节采用挡板调节。锅炉的结构如图2 1 所示。 图2 1d g 一1 0 2 5 1 7 4 i i1 4 型锅炉结构简图 2 1 2 锅炉主要热力参数 d g 1 0 2 5 1 7 4 i i1 4 型自然循环汽包锅炉主要技术参数如表2 1 所示。 表2 1d g 一1 0 2 5 1 7 4 一i i1 4 型锅炉主要参数 项目 单位1 西永隶兰赢 主蒸汽流量 t l l 1 0 2 58 。7 。7 1 主蒸汽压力 m p a1 7 3 5 1 7 1 8 主蒸汽温度 5 4 0 5 4 0 再热蒸汽流量 t 1 18 5 8 2 7 3 4 5 再热器进口压力 m p a 3 93 3 8 再热器进口温度 3 2 9 3 1 4 再热器出口压力 m p a3 7 3 3 2 0 再热器出口温度 5 4 0 5 4 0 给水温度 2 7 9 9 2 7 0 0 排烟温度 1 2 3 1 2 3 炉膛容积热负荷 k j m 3 3 5 7 2 1 0 3 下炉膛断面热负荷k j m 2 1 5 3 1 3 1 0 6 锅炉保证效率 9 1 1 3 9 1 2 空预器出口温度二粪瓮鎏 ；： 2 1 3 锅炉燃用煤种 d g 1 0 2 5 1 7 4 i i1 4 型锅炉设计燃种为巩义市大屿沟矿的无烟煤，校核煤种为巩 义市铁生沟矿的无烟煤和登封市告城矿贫煤，煤种参数如表2 2 所示。 嚣再蕊鬲f 两两世釉t榕枋雠种t t 项目 符号单位d 蔷篱凳螽礞弓葛翥翁爵面粟主弱笔筮 收到基碳c 。， 5 7 8 2 4 6 8 0 ) 4 1 ) 流动温度 里 羔 ! ! ! ! 三! ! ! ! 望墨旦一 _ _ _ _ _ _ 一 2 1 4 锅炉主要辅机型式及参数 每台锅炉配置三台b b d 4 0 6 2 型双进双出钢球磨煤机，制粉系统采用为正压直 吹式简化设计，钢球磨煤机的主要参数如表2 - 3 所示。 6 华北电力大学硕一卜学位论文 表2 3 双进双出钢球磨煤机参数 每台锅炉配置两台引风机、两台送风机和两台一次风机；引风机采用静叶可调 式轴流风机，送风机采用动叶可调式轴流风机，一次风机采用高效离心风机，其型 号及数据如表2 4 所示。 表2 _ 4d g 一1 0 2 5 1 7 4 i i1 4 型锅炉配置风机型号及参数 2 2 汽轮机设备及热力系统 中孚电力机组中，1 、2 号汽轮机为东方汽轮机生产的n 3 0 0 1 6 7 5 3 7 5 3 7 8 型 汽轮机，汽轮机纵剖面结构如图2 2 所示；3 号汽轮机为东方汽轮机厂生产的 c 3 0 0 2 6 4 16 7 1 o 5 3 7 5 3 7 型抽汽凝汽式汽轮机。 图2 2n 3 0 0 1 6 7 5 3 7 5 3 7 8 型汽轮机纵剖面图 其中，1 、2 号汽轮机采用高中压合缸，低压采用双缸双排汽结构；3 号汽轮机 采用高中压合缸，低压缸采用东方汽轮机厂的6 0 0 m w 级低压缸结构。三台机组发 电机配东方电机厂生产的q f s n 型氢冷发电机，静态励磁。轴系由高中转子、低压 华北电力大学硕士学位论文 转子和发电机转子组成，各转子均为双支撑结构。三台机组均采用先进的回热系统： 一次再热、八级回热抽汽系统，如图2 3 所示。其中，1 、2 号汽轮机第四级抽汽用 于加热除氧器，同时还具有供6 0 t h 厂用汽的能力，汽轮机五级抽汽除供回热抽汽 外还具有供4 0 讹厂用汽的能力。3 号汽轮机额定抽汽量为2 0 0 t 1 1 。1 、2 号汽轮机采 用三台5 0 b m c r 电动调速给水泵，采用两运一备；3 号汽轮机采用一台1 0 0 b m c r 汽动给水泵和一台5 0 b m c r 电动调速给水泵，采用一运一备。 m t 、i i 、。旨i im ：，i ，“讳一。 、。l p i 。矗一。i 而。? 。；。i i 一。i ，；r _ 一一一一。 图2 3n 3 0 0 1 6 7 5 3 7 5 3 7 8 型机组热力系统示意图 2 3 影响火电厂能耗因素 影响火力发电厂能耗因素主要分为：( 1 ) 锅炉影响能耗因素；( 2 ) 汽轮机影响能耗 的因素；( 3 ) 热力系统影响能耗因素。 2 3 1 锅炉影响能耗因素 锅炉侧影响机组能耗因素有：煤种、煤粉细度、过量空气系数、排烟温度、灰 渣可燃物含量、空气预热器漏风率等。 2 3 1 1 煤种因素 一般同型号的锅炉，当燃用不同煤种时，锅炉效率差别较大。不同电厂，由于 所处的地理位置不同，燃用煤种也不同。即使同一电厂，不同时期燃用煤种也不同。 燃煤挥发分大部分是可燃气体，燃料进入炉膛后加热，挥发分析出、着火燃烧， 释放的热量加热煤粉气流，最后达到焦炭的着火温度，使煤粉燃烧。挥发分对煤的 燃烧很重要，挥发分含量高，挥发分燃烧产生的热量就高，容易达到焦炭的着火温 华北电力火学坝二卜学位论文 度，着火速度快，使焦碳提前着火，煤粉易燃尽，燃烧热损失较小，燃烧稳定m j 。 飞灰含碳量是指飞灰中碳的质量占飞狄质量的百分比。飞灰含碳量除与燃料性 质有关外，很大程度上决定于运行人员的操作水平，与过量空气系数、炉膛温度、 燃料与空气的混合情况有关。挥发分每减少1 ，飞狄可燃物增加0 1 1 3 。飞狄含 碳量每降低1 ，锅炉效率约提高0 3 。 2 3 1 2 煤粉细度因素 煤粉细度是指煤粉中一定粒级范围内颗粒所占的质量分数，是评价煤粉质量的 指标之一。电厂常用3 0 号和7 0 号两种筛子，即常用r 2 0 0 和尺9 0 表示煤粉细度。对 于尺9 0 相同的煤粉，r 2 0 0 大者，含大颗粒煤粉的比例较大，也就是说这种煤粉不均 匀，反之则表示煤粉比较均匀。由r 2 0 0 和尺9 0 计算煤粉的均匀性指数，z ，即 ，2 ：2 8 8 1 2 三二! 竖坠( 2 - 1 ) 。2 一l g r o 炉内的燃烧状况和运行状况与煤粉细度和均匀性有关。煤粉均匀性指数与制粉 设备，特别是与粗、细粉分离器的运行优劣有关，若采用动静式旋转分离器，则玎将 达1 3 1 5 。较细的煤粉所需的燃尽时问短，不仅提高了燃烧效率，又降低飞灰可 燃物的含量，还可降低水冷壁的结渣，最终炉膛出口烟温下降【4 4 1 。煤粉细度降低， 磨煤及制粉电耗将随着增加，但研究表明，降低煤粉细度和设法增加其均匀指数是 十分可取的。对燃用一定煤种的最佳煤粉细度，需要通过优化试验确定 4 4 5 1 。 2 3 1 3 过量空气系数 在一定的负荷范围内，当燃料量不变而炉膛出口过量空气系数增加时，如图2 4 所示，气体不完全燃烧热损失9 3 和固体不完全燃烧热损失9 4 降低，而排烟温度升 高和烟气量的增加，排烟热损失9 2 增加。同时，过量空气系数的提高使送、引风机 的电耗增加。锅炉在低于最佳过量空气系数下运行时不仅9 3 、9 4 大幅增加，而且导 致炉内受热面结渣和腐蚀，影响锅炉运行的安全性【4 4 1 。故最佳过量空气系数应通过 锅炉燃烧优化调整试验获得。 口i 图2 - 4 最佳过量空气系数 9 华北电力大学硕士学位论文 2 3 1 4 排烟温度 排烟温度是指锅炉最末级受热面出口处的平均烟气温度。排烟温度与锅炉负 荷、炉膛出口过量空气系数、给水温度及炉内各级受热面的清洁程度等因素有关。 当锅炉负荷增加时，沿烟气流程各级烟温升高，最终排烟温度升高；当锅炉燃 料量不变，炉膛过量空气系数增加，炉膛出口烟温降低，而其后各级受热面出口烟 温升高，排烟温度升高；当锅炉燃料量不变，给水温度降低时，省煤器出口烟温降 低，排烟温度下降，但此时蒸发量下降，为保持蒸发量不变就必须增加燃料量，所 以当保持蒸发量不变而给水温度降低时，排烟温度大体上为原来数值。炉膛内受热 面及其后各级受热面的清洁程度对排烟温度的影响是显而易见的，为保持锅炉运行 的经济性，炉膛及对流受热面的吹灰是不可缺少的【州。 制粉系统的漏风使通过空预器的风量减少，炉膛的漏风不仅减少了通过空预器 的风量，且使炉膛内的温度降低，辐射吸热量减少，出口烟温升高；尾部烟道的漏 风使受热面的传热温压降低，也会引起排烟损失升高。此外，煤种多变，煤质下降， 都会使锅炉运行的排烟温度升高【4 。 2 3 1 5 灰渣可燃物 灰渣包括炉底排出的大渣和尾部烟道各处收集的沉降灰和飞灰。一般地，固态 排渣锅炉的炉底大渣可燃物含量较高，省煤器和空气预热器下灰斗的沉降颗粒较飞 灰粗而可燃物含量也较高。液态排渣锅炉的粒化渣可燃物含量常常为零，飞灰颗粒 较固态排渣锅炉的飞灰颗粒细，可燃物含量低。 影响灰渣可燃物含量的因素主要有煤质特性、煤粉细度和运行配风方式。燃煤 挥发分降低、灰分增加和发热量下降都使灰渣可燃物含量增加；煤粉细度增加和均 匀性指数下降引起灰渣可燃物含量增加；运行中配风方式对灰渣可燃物含量的影响 也是显著的，炉膛出口过量空气系数下降或炉内缺风都会使灰渣可燃物含量增加。 2 3 1 6 空气预热器漏风 电站锅炉的空气预热器主要是钢管式和回转式空气预热器，大型电站锅炉几乎 全部采用回转式空气预热器。空气预热器的漏风率有两种表示方法，即漏风系数和 漏风率。两者的定义及其计算公式如下： 漏风系数院是空气预热器出口烟气的过剩空气系数反”与入口过剩空气系数a 之差，即 口= 口”口 ( 2 2 ) 漏风率三为漏入空气预热器烟气侧的空气量占该烟道的烟气的质量分数( 以 1 0 华北电力大学坝一i ：学位论文 表示) 。按a s m e p t c 4 3 空气预热器试验规程测算漏风率经验公式，漏风率与 漏风系数关系式为： ：竺9 0 ( 2 3 ) 口 一般情况下，空气预热器漏风率每上升1 发电煤耗增加0 15 ( k w h ) 【4 1 。 2 3 2 汽轮机影响能耗因素 汽轮机是将蒸汽的热能转换为机械能的设备，影响其效率高低的因素有：蒸汽 参数、减温水量、冷端参数、汽轮机结构、机组出力系数等。 2 3 2 1 蒸汽参数 蒸汽参数对机组能耗的影响分为主蒸汽参数和再热蒸汽参数对能耗的影响。 ( 1 ) 主蒸汽参数 主蒸汽温度幻与主蒸汽压力p o 是火电厂基本循环的初始参数，是影响循环经济 性的主要参数。如图2 5 所示，以朗肯循环为例来分析蒸汽参数对热经济性的影响。 根据工程热力学，汽轮机理想循环热效率叩，为： 7 1 仇= 1 _ 詈 ( 2 4 ) 0 式中：乃一放热过程热力学温度，k ；露一吸热过程平均热力学温度，k 。 当再热参数和排汽压力p 。不变，主汽温度小主汽压力p o 越高，露就越高，循 环热效率，7 ，越大。 7 n co s 图2 5 汽轮机朗肯循环t - s 图 当主汽压p o 一定时，幻增大，蒸汽的比容增加，汽轮机高压缸内的漏汽损失减 少，机组高压缸的相对内效率，7 d f 增加，末级排汽干度提高，减少了低压缸湿汽损 失。但是实际的循环效率刁f = 叩f ，7 。f ，7 f 总是增加的。 相对内效率，7 。f 受主汽压p o 的影响与主汽温幻的影响是相反的。当幻不变时， p o 增加，蒸汽的比容将减小，汽轮机内的漏汽损失将增加，印。，减小，当再热蒸汽参 华北电力大学硕二匕学位论文 数和排汽参数不变时，p o 增大还使得排汽湿度增大，造成排汽湿汽损失增大，也使 得呀。f 减小。但是，p o 增大引起的呀f 增大幅度超过，7 。f 降低的幅度，即综合效果为叼。 是提高的【4 7 4 8 1 。 ( 2 ) 再热蒸汽参数 再热汽温b 与再热器压损幔，直接影响进入中压缸的蒸汽温度和压力。再热汽 温的控制主要依靠挡板改变烟气量或调节燃烧器角度，辅助调节依靠喷水减温。 实际的循环效率叩f 受再热汽温。的影响与主汽温度乇影响类似。o 越高，机组 循环热效率，7 ，将增加。当中压缸进汽压力和机组排汽压力p c 不变时，o 升高，蒸汽 的比容增大，排汽湿度将减小，漏汽损失和排汽湿汽损失将减小，呀d ，增大，机组出 力增加。 再热器压损必，影响蒸汽进入中压缸的压力，必，增加，中低压缸的理想比焓 降五，减小，汽轮机的比内功_ d z ，幽，因此将减小。由循环热效率计算式 ，7 f - w 口q o ，则，7 j 降低。同时r ，增加，将导致蒸汽比容增大和排汽湿度减小，最终 使中低压缸的相对内效率叩0 f 增大。但叩f 降低幅度大于枷增加幅度，所以必，增大， 机组出力是降低的【4 7 。4 8 1 。 2 3 2 2 减温水量 i 箧 l !二 华北电力大学硕一卜学位论文 不过与相同流量的再热减温水相比，其影响要小得多4 7 4 引。 2 3 2 3 冷端参数 火电机组的冷端参数主要是汽轮机的排汽压力p 。，直接影响低压缸末级的做功 能力和末级蒸汽的流量，因此，冷端参数珧是影响机组热经济性的主要指标。机组 负荷、冷却水进口温度、环境温度、冷却水量和凝汽器的结构及性能都影响机组排 汽压力p 。 凝汽器换热如图2 7 所示，冷却水的入口温度“i 由环境温度决定，机组负荷决 定蒸汽排汽流量d 。，冷却水的温升“由1 虹蒸汽的放热量决定，凝汽器换热端差 衍由凝汽器换热器的清洁度、抽吸不凝结气体能力、系统的严密性等决定。 图2 7 蒸汽和水的温度沿凝汽器冷却表面的分布 彳c - 一凝汽器总传热面积：彳。一空气冷却区面积 在见、“1 一定的条件下，增大蒸汽量g w 使汽轮机输出功率增加蛾，同时， 输送冷却水的循环水泵耗功也随之增加r 。，当输出净功率最大时，即 蛾，区产( 只一b 。) ，所对应的真空即凝汽器的最佳真空【4 9 1 。 3 0 0 m w 级机组凝汽器压力每升高1 k p a ，机组热耗约增加o 8 ，发电煤耗约升 高2 2 ( k w h ) ，功率约减少2 2 m w 【4 1 。 2 3 2 4 汽轮机结构 汽轮机的内效率由高、中、低压缸的缸效率衡量。缸效率由汽轮机设计和制造 水平决定，在运行中通流部分的清洁度、级问漏汽大小等都影响汽轮机内效率。其 中，影响高压缸效率包含主汽门和调节汽门的节流损失。汽轮机有两种配汽方式： ( 1 ) 喷嘴配汽，( 2 ) 节流配汽；两种运行方式：( 1 ) 定压运行，( 2 ) 滑压运行。定压运行 时理想循环效率较高，但进汽流量由调门的开启顺序来控制，因此，在一定负荷范 围内总存在调门的节流损失，特别是低负荷工况下，调节汽门开启较少，部分进汽 损失和节流损失较大，甚至超过定压运行参数带来的经济性；滑压运行时，开启全 部或部分调门，通过锅炉出口压力调节汽轮机的进汽量，这是低压力的朗肯循环， 效率较低，但没有调门节流损失，高压缸效率高。因此，在特定负荷下，需要优化 华北电力大学硕士学位论文 运行方式【4 9 】。 2 3 2 5 出力系数 机组出力系数对机组热经济性有较大影响，当机组在设计工况下运行时，热经 济性最佳。2 0 0 8 年度，全国火电3 0 0 m w 级机组平均出力系数低于7 0 。因此，必 须考虑出力系数对机组经济性的影响。 从理论上分析，不同负荷下的汽轮机热耗率可以从制造厂提供的热平衡图上计 算获得，锅炉效率也可以从不同工况的设计值计算，在此基础能够计算不同负荷下 的发电煤耗。但是，设计数据和理论计算的结果与机组实际的运行状况相差甚远， 所以，在实际分析中，应以现场试验数据为基础，拟合出力系数对发电厂煤耗和厂 用电的修正曲线，据此修正出力系数的影响【4 j 。 2 3 3 热力系统影响能耗因素 热力系统影响能耗的因素有：给水温度、加热器端差、系统泄漏、厂用电率等。 2 3 3 1 给水温度 提高蒸汽动力循环热效率的根本途径是提高给水的平均温度。 回热循环是利用在汽轮机中做功的蒸汽，通过回热加热器加热给水，提高给水 温度，同时减少凝汽器中冷源损失，提高循环效率。给水温度的变化同时影响到 锅炉效率，7 6 和汽轮机实际循环效率叩f 。提高，省煤器吸热量减少，则给水在锅炉 中的吸热温差减小，锅炉效率枷降低；但咖提高减少了蒸汽在锅炉中吸热的冷源 损失，循环效率提高。因此，存在最佳给水温度f 篙4 引。 按给水焓增的平均分配法，最佳给水温度f ；f ：为【4 副： r ；f ：= 字 ( 2 - 5 ) 式中：f 芫一最佳给水温度，；如。一主蒸汽温度，；乇一凝结水温度，。 2 3 3 2 加热器端差 大型机组热力系统加热器包括：过热蒸汽凝结段、蒸汽凝结段和疏水冷却段三 部分，疏水多采用逐级自流方式。加热器压力对应的饱和温度与加热器出口水的温 差称为上端差1 9 ，疏水与加热器入口水的温度差称作下端差臼。上端差是由于给水 加热不足所致，必然引起前一级加热器的抽汽量增加，高品位的抽汽增加降低了热 1 4 华北电力大学硕：上学位论文 力系统的经济性。下端差的存在一方面增加了本级加热器抽汽量，使经济性降低； 另一方面疏水量的增加减少了后一级加热器的抽汽量，使经济性增加，但其总的影 响使经济性降低。随着运行时间的增加，回热加热器会发生结垢与泄漏等现象，致 使加热器换热能力降低，端差增加，机组循环热经济性变差【4 4 8 1 。 2 3 3 3 系统泄漏 热力系统中，汽水系统的工质损失有：阀门泄漏、管道泄漏、疏水损失等。热 力系统中的汽水损失量与锅炉蒸发量的比率，称为汽水损失率。 为保证机组的汽、水品质，保证锅炉和汽轮机的清洁性，需要将盐份浓度较高 的给水由汽包排出，再由凝汽器补充盐份浓度较低的除盐水。汽轮机的低压汽封和 射汽抽气器等都消耗蒸汽，某些厂的生活用汽直接由抽汽引出，且没有回收利用。 对机组而言，都影响热力系统的经济性 4 8 】。 对于热力系统而言，蒸汽每损失1 ，煤耗将增加1 ，对于国产3 0 0 m w 机组， 系统泄漏造成的煤耗增加约3 8 ( k w h ) 。 2 3 3 4 厂用电率 厂用电量是指发电厂辅机为主机服务而消耗的电量，单位为k w h 。厂用电率 是厂用电量与机组发电量的比，厂用电主要消耗在给水泵、循环水泵、送引风机、 磨煤机等辅机上。厂用电率随负荷的变化而变化，且与其特性曲线、煤粉细度、运 行方式有关。 统计表明，负荷越低，厂用电越高。大型机组负荷率每变化1 ，厂用电量变 化o 0 2 8 1 。厂用电率虽然不影响发电煤耗，但直接影响供电煤耗的高低，厂用电 率越小，供电煤耗越小。厂用电率每降低1 ，供电煤耗将降低3 5 4 0 ( k w h ) 【4 1 。 2 4 本章小结 本章介绍了中孚电力的三台3 0 0 m w 机组的概况，并详细介绍了3 0 0 m w 机组 的锅炉、辅机、汽机、热力系统结构。定性分析影响机组能耗的因素：锅炉侧因素、 汽机侧因素、热力系统因素。 定性分析煤种、煤粉细度、过量空气系数、排烟温度、狄渣可燃物含量、空气 热器漏风率等对锅炉效率的影响。定性分析蒸汽参数、减温水量、冷端参数、汽轮 机结构、机组出力系数等对汽机效率的影响。定性分析给水温度、加热器端差、系 统泄漏、厂用电率等对机组能耗的影响。 华北电力大学硕士学位论文 3 1 锅炉热效率 第3 章机组能耗的定量分析 3 1 1 锅炉热效率计算模型 评价锅炉热经济性的指标主要有锅炉热效率、锅炉热损失、锅炉热负荷、锅炉 排污率等指标。锅炉性能计算依据国标g b l 0 1 8 4 电站锅炉性能试验规程，根据 入炉煤的工业分析，采用反平衡法对锅炉热效率进行计算： 7 7 ：1 0 0 一至上_ 1 2 l ；盟1 0 0 ：l o o 一( g ：+ g ，+ g 。+ g ，+ g