关于火力发电厂节能措施及优化的专题调研报告.doc

能动学院学生社会实践活动团队调研报告报告名称：关于火力发电厂节能措施及优化的专题调研报告团队名称：山东大学“能源之星”赴陕西专题调研实践团专题调研课题名称：火力发电厂节能措施及优化调研山东大学二一 三 年 五 月关于火力发电厂节能措施及优化的专题调研报告能源与动力工程学院 张劲草摘要：节能减排是发电企业增加经济效益的重要手段，也是一种社会责任。本文作为暑期实践调研报告，将概括地描述山东大学“能源之星”赴陕西火力发电厂节能措施及优化调研团的社会实践经历和本次调研活动的意义，同时通过调研团队在调研过程中取得的资料展示各个火力发电厂具有代表性的环保节能措施，最后通过对资料的分析提出节能优化的建议。关键词：火力发电厂；节能；环保；优化节能减排对于降低生产成本，缓解燃料供应紧张，减少碳排放，促进国民经济的持续科学发展有着十分重要的意义。而供电煤耗直接反应了发电厂的节能水平。如何通过合理的措施降低供电煤耗，是目前各大发电企业在提高能源利用效率、追求利益最大化上所共同面临的课题。“十二五”计划鼓励建设高效燃气-蒸汽联合循环电站，加强示范整体煤气化联合循环技术(IGCC)和以煤气化为龙头的多联产技术。发展热电联产，加快智能电网建设。加快现役机组和电网技术改造，降低厂用电率和输配电线损。“十二五”时期如未能采取更加有效的应对措施，我国面临的资源环境约束将日益强化。从国内看，随着工业化、城镇化进程加快和消费结构升级，我国能源需求呈刚性增长，受国内资源保障能力和环境容量制约，我国经济社会发展面临的资源环境瓶颈约束更加突出，节能减排工作难度不断加大。从国际看，围绕能源安全和气候变化的博弈更加激烈。一方面，贸易保护主义抬头，部分发达国家凭借技术优势开征碳税并计划实施碳关税，绿色贸易壁垒日益突出。另一方面，全球范围内绿色经济、低碳技术正在兴起，不少发达国家大幅增加投入，支持节能环保、新能源和低碳技术等领域创新发展，抢占未来发展制高点的竞争日趋激烈。 科学发展观深入人心，全民节能环保意识不断提高，各方面对节能减排的重视程度明显增强，产业结构调整力度不断加大，科技创新能力不断提升，节能减排激励约束机制不断完善，这些都为“十二五”推进节能减排创造了有利条件。要充分认识节能减排的极端重要性和紧迫性，增强忧患意识和危机意识，抓住机遇，虽然我国节能减排面临巨大挑战，但也面临难得的历史机遇。大力推进节能减排，促进经济社会发展与资源环境相协调，切实增强可持续发展能力。随着联合国气候变化大会在哥本哈根的召开,低碳经济已经成为当前世界各国发展的共识,如何节能减排,降低单位GDP的能耗已成为衡量一个国家可持续发展的重要指标中国政府更是高调宣布到2020年,中国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%一45%根据5国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知6要求,火力发电企业供电煤耗降低5.1%,因此控制火电厂发电成本,发展节能减排技术,提高机组的优化运行水平具有重要的意义。欧盟根据lPCC(政府间气候变化专门委员会)所作的研究报告提出:如果要实现全球控制温室气体浓度控制温度上升不超过2e的目标,那么到2020年,发达国家二氧化碳的总排放量应该比1990年降低25%一40%,发展中国家应该比基准排放降低15%一30%,而中国政府更是高调宣布到2020年,中国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%一45%，这一目标远远高于美国宣布的减排17%。欧盟提出的最高减排30%的目标，我国减排目标在40%一45%,意味着要尽量减低单位GDP的能耗,这要靠促进我国的产业升级来实现,2020年要达到这一减排目标,我国非化石能源占一次能源消费的比重要达到15%左右.电力行业是节能减排的重点行业之一，作为能耗与排污的重点领域，其在节能减排上的成效直接关系到国家节能减排目标的实现。目前我国发电厂主要以火力发电为主，不仅消耗大量的煤炭资源，还给环境造成较大的污染，其现有的脱硫措施、废气利用、余热供暖等措施也取得了一定的成效，但是也存在着脱硫副产品综合利用率低，脱硫设备故障较多；脱硝系统中氨分布不均匀、喷水孔腐蚀、喷射器喷嘴结垢、喷射器蒸汽雾化不佳；烟气连续监测系统(CEMS)中个别机组数据(如烟气流速、烟尘浓度、NOX 浓度等)设备故障、测量不准或没有折算等问题。对这些问题的研究就处在迫在眉睫的地步，而且现有以煤耗为准的节能减排标准也不完善，缺乏客观的理论指导。2013年五月到八月，由山东大学能源与动力工程学院的六名同学组成的“能源之星”赴陕西节能优化调研团队奔赴陕西进行实地参观考察，经过与指导老师的密切讨论，最终确定了调研路线和方法，踏上征程。8月25日，能源与动力工程学院“能源之星”社会实践团队来到陕西三秦能源群生电厂开展实践活动，拉开能源专题调研实践活动的序幕。上午，“能源之星”社会实践团队团队成员一行三人到达陕西三秦能源群生电厂，进行参观实习活动。队长张劲草邀请到电厂工作人员张师傅作为指导，带领队员参观电厂各个工作车间。首先，张师傅带领队员们参观了工厂设备，为队员们讲解发电厂的发电原理及流程图。队员们结合学过的相关知识，大致了解了发电厂的工作流程。接下来，队员们参观了发电厂中十分重要的设备汽轮机。车间的张师傅向队员们讲解了汽轮机的工作原理。队员们又参观了辅助设备车间，如静电除尘控制室、锅炉，以及电厂周围的环境。队员们认真观察，仔细研究，积极提问。张师傅则耐心地回答了他们的问题。 9月4日，山东大学能源与动力工程学院“能源之星”社会实践团队开展实践活动，来到陕西华电蒲城发电有限责任公司进行专题调研。上午9时，团队成员一行四人到达陕西华电蒲城发电有限责任公司，刚刚进入电厂大门，队员们就远远地看到了矗立着的烟囱和冷却塔。进入厂区后，队员们观察到厂区的环境绿化非常好，干净整洁，安全标语时刻提醒着工人们注意生产安全。进入车间，在李师傅的带领下，队员们参观了一、二号机组，随后进入五、六号机组主控室。在主控室，熟悉操作流程、学识渊博的杜师傅为队员们讲解了五/六号66万千瓦机组的基本信息和工作过程，带领队员们了解了各种设备的工作原理和过程。队员们认真观察，同时将学习到的细节一一记录下来。 杜师傅带领队员们乘坐电梯参观了电除尘设备、脱硝设备和脱硫设备。值得一提的是蒲城电厂5、6号机组采用了更加节水环保的风冷设备，解决了西北地区水资源缺乏的问题。参观结束后，杜师傅和队员们一起探讨了蒲电设备的优势、存在的问题以及提高设备的工作效率的措施。队员们认真聆听杜师傅的意见，同时提出自己的想法和疑问。杜师傅尽自己所能为同学们解答疑惑，并希望队员们在今后学习知识时能更加扎实，学会联系实际，队员们一一记下。“能源之星”社会实践团队在今天的电厂参观实习活动中，通过实际观察电厂设备，了解了电厂运行的流程和原理。同时，队员们都表示进入车间才真正体会到电厂工人们的辛苦，并下定决心努力学习，为提高能源利用效率，提高电厂发电技术做出自己的贡献。相信队员们会将学习到的知识和技能运用到今后的生活和学习中，取得更大的进步。通过本次的调研，我们了解到了两所火力发电厂各自采用的节能环保措施，并且分析比较了两所电厂节能措施的优势所在。与此同时，“能源之星”实践团还探讨了其中一所火力发电厂存在的问题和改进措施。接下来将用甲、乙代替两所火力发电厂。甲火电厂采用了循环流化床燃烧技术。循环流化床燃烧（CFBC）技术系指小颗粒的煤与空气在炉膛内处于沸腾状态下，即高速气流与所携带的稠密悬浮煤颗粒充分接触燃烧的技术。循环流化床锅炉脱硫是一种炉内燃烧脱硫工艺，以石灰石为脱硫吸收剂，燃煤和石灰石自锅炉燃烧室下部送入，一次风从布风板下部送入，二次风从燃烧室中部送入。石灰石受热分解为氧化钙和二氧化碳。气流使燃煤、石灰颗粒在燃烧室内强烈扰动形成流化床，燃煤烟气中的SO2与氧化钙接触发生化学反应被脱除。为了提高吸收剂的利用率，将未反应的氧化钙、脱硫产物及飞灰送回燃烧室参与循环利用。钙硫比达到225左右时，脱硫率可达90%以上。循环流化床的一次风是经空气预热器加热过的热空气，主要作用是流化炉内物料，同时提供炉膛下部密相区燃料燃烧所需要的氧量。一次风由一次风机供给，经布风板下一次风室通过布风板和风帽进入炉膛。循环流化床的二次风除了补充炉内燃料燃烧所需要的氧气并加强物料的掺混外，还能适当调整炉内温度场的分布，起到防止局部烟气温度过高、降低NOX排放量的作用，二次风一般由二次风机供给，有的锅炉一、二次风机共用。1流化床燃烧方式的特点是：1清洁燃烧，脱硫率可达80%95%，NOx排放可减少50%；2燃料适应性强，特别适合中、低硫煤；3燃烧效率高，可达95%99%；4负荷适应性好。负荷调节范围30%100%。相较之下，乙公司规模更大，一期为引进罗马尼亚两台33万千瓦燃煤直流炉汽轮发电机组，于1998年10月建成投产，2009年完成现代化改造，两台机组分别增容至36万千瓦；二期为两台33万千瓦国产引进型燃煤发电机组，于2003年建成投产；三期总装机容量为132万千瓦，为两台国产66万千瓦超临界空冷机组，总投资42亿元，于2008年底建成投产。三期采用超临界机组，火电厂超超临界机组和超临界机组指的是锅炉内工质的压力。锅炉内的工质都是水，水的临界压力是：22.115MP,临界温度是374.15 ；在这个压力和温度时，水和蒸汽的密度是相同的，就叫水的临界点，炉内工质压力低于这个压力就叫亚临界锅炉，大于这个压力就是超临界锅炉，炉内蒸汽温度不低于593或蒸汽压力不低于31 MPa被称为超超临界。在工程上也常常将25MPa以上的称为超超临界。超临界火电技术由于参数本身的特点决定了超临界锅炉只能采用直流锅炉，在超临界锅炉内随着压力的提高，水的饱和温度也随之提高，汽化潜热减少，水和汽的密度差也随之减少。当压力提高到临界压力（22.12Mpa）时，汽化潜热为0，汽和水的密度差也等于零，水在该压力下加热到临界温度（374.15）时即全部汽化成蒸汽。超临界压力临界压力时情况相同，当水被加热到相应压力下的相变点（临界温度）时即全部汽化。因此超临界压力下水变成蒸汽不再存在汽水两相区，由此可知，超临界压力直流锅炉由水变成过热蒸汽经历了两个阶段即加热和过热，而工质状态由水逐渐变成过热蒸汽。因此超临界直流锅炉没有汽包，启停速度快，与一般亚临界汽包炉相比，超临界直流锅炉启动到满负荷运行，变负荷速度可提高1倍左右，变压运行的超临界直流锅炉在亚临界压力范围内超临界压力范围内工作时，都存在工质的热膨胀现象，并且在亚临界压力范围内可能出现膜态沸腾；在超临界压力范围内可能出现类膜态沸腾。超临界直流锅炉要求的汽水品质高，要求凝结水进行100%除盐处理。由于超临界直流锅炉水冷壁的流动阻力全部依靠给水泵克服，所需的压头高，既提高了制造成本又增加了运行耗电量且直流锅炉普遍存在着流动不稳定性、热偏差和脉动水动力问题。另外，为了达到较高的质量流速，必须采用小管径水冷壁，较相同容量的自然循环锅炉超临界直流锅炉本体金属耗量最少，锅炉重量轻，但由于蒸汽参数高，要求的金属等级高，其成本高于自然循环锅炉。超临界机组具有无可比拟经济性，单台机组发电热效率最高可达50%，每kW/h煤耗最低仅有255g（丹麦BWE公司），较亚临界压力机组（每kW?h煤耗最低约有327g左右）煤耗低；同时采用低氧化氮技术，在燃烧过程中减少65%的氮氧化合物及其它有害物质的形成，且脱硫率可超98%，可实现节能降耗、环保的目的。值得一提的是乙电厂5、6号机组采用了更加节水环保的风冷设备。在电厂工作人员的讲解和帮助下，我们知道机组在节能降耗方面存在一些问题(1)660MW 负荷效率试验时入炉煤样的煤质分析结果与设计煤种相近,收到基低位发热量与设计煤种相近,灰分比设计值偏低,水分比设计值偏高,干燥无灰基挥发分比设计煤种偏低;530MW负荷效率试验时的入炉煤样的煤质分析结果与设计煤种相近,低位发热量比设计值略低,灰分比设计值低,水分比设计值偏高,干燥无灰基挥发分比设计煤种偏低;400MW 负荷效率试验时入炉煤样的煤质分析结果比设计煤种偏好,收到基低位发热量偏高,全水分偏大,灰分偏低,干燥无灰基挥发分略低。(2)660MW 工况下修正后的锅炉效率为87.068%,低于设计值93.60%;530MW 工况下修正后的锅炉效率为90.268%,低于设计值93.82%;400MW 工况下修正后的锅炉效率为91.017%,低于设计值93.65%。锅炉整体效率偏低。(3)660MW 工况下修正后的锅炉效率为87.068%,低于设计值93.60%。满负荷下锅炉效率低的主要原因是:固体未完全燃烧热损失大,满负荷工况下飞灰大渣含碳量分别为16.23%和12.52%,造成固体未完全燃烧热损失为5.732%,高于设计值0.68%。排烟热损失大,满资料一：煤质对比分析表负荷工况下修正后排烟温度为136.28比设计值126.00高10.28,空预器漏风大造成空预器出口氧量5.03%比设计值3.67%高,造成烟气量较大,导致排烟热损失较大。存在较大可燃气体未完全燃烧热损失,可燃气体未完全燃烧热损失为0.891%,其中一氧化碳含量为2199ppm,A、B 侧DCS 显示炉膛氧量分别为1.87%和4.08%,实测空预器入口氧量分别为2.20%和2.59%,A、B 侧燃尽风门开度均100%(4)660MW 工况下,A 侧和B 侧漏风率分别为13.68%和16.14%;530MW工况下,A 侧和B 侧漏风率分别为12.81%和15.12%,400MW 工况下,A 侧和B 侧漏风率分别为10.19%和14.54%,空预器漏风率较大。(5)660MW 工况下修正后排烟温度(环境温度修正)为136.28,比设计值126高出10.28;530MW 工况下修正后排烟温度为131.60;400MW 工况下修正后排烟温度为124.80。(6)酸露点(设计煤种)计算为89.39。(7)630MW 工况下空预器A 烟气侧阻力为2271Pa,空预器B 烟气侧阻力为2394Pa;530MW 工况下空预器A 烟气侧阻力为1540Pa,空预器B 烟气侧阻力平均为1760Pa;400MW 工况下空预器A 烟气侧阻力平均为1190Pa,空预器B 烟气侧阻力平均为1240Pa。试验期间无法带负荷至660MW,在660MW 时空预器阻力将更大。空预器设计阻力为1059Pa,空预器阻力较设计值偏大较多。(8)660MW 工况下空预器A 侧和B 侧烟气侧效率分别为0.6074 和0.5868;工况下空预器A 侧和B 侧烟气侧效率分别为0.6244 和0.5960;400MW工况下空预器A 侧和B 侧烟气侧效率分别为0.0.6594 和0.6263;各个负荷工况下烟气侧效率均低于设计值0.6726。空预器换热效率低。(9 )根据最新发布的国家标准GB 13223-2011火电厂大气污染物排放标准规定,现有火力发电锅炉氮氧化物排放需控制在100mg/Nm以内,目前NOx排放浓度偏高。(10)各个负荷工况下,燃尽风门开度一致时,A/B 侧炉膛整体温度存在不同程度的偏差,B 侧炉膛温度高。630MW 负荷工况下,A/B 侧燃尽风门开度分别为100/50 时,炉膛上部整体的左右侧烟温接近。530MW 负荷工况下,A/B 侧燃尽风门开度分别为100/50 时,屏过入口烟温平均A 侧1034比B 侧1241低207。400MW 负荷工况下,A/B 侧燃尽风门开度一致时,屏过出口汽温偏差过大且管壁温差达100以上,超出减温水对汽温的调节能力。现通常采用调整燃尽风风门开度来调整炉膛燃烧偏差,然而两侧燃尽风门开度不一致容易造成开度较小侧燃烧缺风,造成燃烧不充分。(11)炉顶大包泄露问题的分析,见图6-1。炉顶大包存在