火力发电厂能耗现状及节能潜力分析

1、邵阳学院毕业设计（论文）摘要不可再生能源的枯竭与日益恶化的环境问题是我国乃至全世界的最大的难题。随着我国的经济快速发展，为了实现工业化与城镇化这个目标，能源供需矛盾与环境问题更加的突出。因此，节能降耗不仅是我国经济发展与社会发展的重要长远战略方针，也是目前迫不及待的任务。我国已经明确经济稳定增长与节能降耗处于同等的重要位置。火力发电是我国电力主要供电方式，既是我国的二次能源行业，也是一次能源的能耗大户，我国电力行业的能源能耗现状与发展状况对于我国的能源战略方针有着深远的影响。因此，根据我国目前的电力行业能耗现状与发展水平，以及一次能源结构特点及其利用效率现状，本文客观地分析火力发电厂的能耗现状

2、，从电力行业能耗设备结构、企业技术管理水平提出相应的节能措施，以期待对火力发电厂节能降耗提供参考。关键词：火力发电；能耗现状；锅炉受热面；辅机设备；节能降耗 ABSTRACTNon-renewable energy depletion and the deteriorating environmental problems is the biggest problem of our country and the world.With Chinas rapid economic development, in order to realize the industrialization and

3、 urbanization, the contradiction between supply and demand of energy and environment problem is more prominent.Saving energy and reducing consumption, therefore, the economic development and social development of our country is not only an important long-term strategy, and now cant wait.Our country

4、has clear economic stable growth and energy consumption in the equally important position.Thermal power is Chinas main power supply, both the secondary energy industry in our country, is also a high energy consumption of energy, the energy consumption of electric power industry in our country presen

5、t situation and the development situation for Chinas energy strategy has a profound impact.Thus, according to Chinas current energy consumption present situation and the development level of the electric power industry, as well as the primary energy structure characteristics and the utilization effi

6、ciency of the status quo, this article system objectively analyze the present situation of energy consumption of coal-fired power plants from power industry equipment energy consumption structure, enterprise technology management level of the corresponding energy saving measures are put forward, and

7、 technical guidance for saving energy and reducing consumption in thermal power plants.Key words: Thermal power;Status quo of energy consumption;Boiler heating surface.Auxiliary equipment;Saving energy and reducing consumption目 录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 课题研究背景与意义11.2 本文研究内容22 锅炉受热面介绍与改造32.1 省煤器的节能技术32.

8、2 空气预热器的节能改造技术62.3 过热器和再热器的简介92.4 水冷壁结构与作用102.5 本章小结133 汽轮机的改进143.1 汽轮机分类与构成143.2 汽轮机运行节能降耗的可行性144 电厂辅助机的节能技术改造154.1 电厂辅助机的能耗现状154.2 给水泵的简介与改造技术154.3 风机的节能技术改造195 总结25参考文献26致谢281 绪论1.1 课题研究背景与意义1.1.1 课题研究背景在21世纪的时代，节能降耗是世界各国的重要主题。根据中国发改委员会能源研究所对我国当前社会经济发展及能源环境研究的结果，2020年我国对一次能源的需求将在31亿40亿标准煤，而我国一次能源

9、供应能力约为24.02亿t标准煤。2009年中国全年煤炭累计进口高达10343万t，是历史性的第一次由煤炭净出出口国家变成了煤炭净口国，到2020年中国煤炭需求量将有23.5%依赖进口。使得我国经济稳定快速发展面临的能源约束矛盾更加突出。我国不仅是能源短缺非常严重，而且一次能源消费数量极大，节能降耗刻不容缓。能源制约我国经济的进一步发展，阻碍着我们建设全面具有中国特色社会主义的全面小康社会。解决能源问题的根本在于以科学发展观为指导，坚持开放和节约并举、节约放在首位的战略方针，大力推进节能降耗，提高能源利用率。如何完成“十二五”目标，实现节能减排的目标，作为能源消费大户，发电企业需要加强节能基础

10、管理和节能技术监督工作，采取各项指标控制技术和节能应用技术。1.1.2 课题研究意义近几年来，截止2014年底，我国的发电装机容量136019万千瓦，同比增长了8.7%，其中火电新增4729万千瓦，我国的煤炭产量大幅度的增长，能源的消耗日益严重。火电厂是我国电能产生的重要基地，火电厂是以煤为燃料，将煤中的化学能转化成热能加热给水，产生高压高温的蒸汽经过汽轮机后转化成动能，最终由发电机将动能转化成电能，输送给电网。在能量的转化中，能源的损耗不可避免的。而我国发电机组的能源利用率低，是我国面临的巨大难题。因此，提高一次能源的利用率，特别是燃煤发电率，对节约资源、改善环境、促进我国的经济发展有着重要

11、的意义。同时，在2015年电改竞价的制度下，提高能源的利用率，节能降耗，有利于提高火力发电厂的竞争能力，提高经济效益。1.2 本文研究内容本文通过对锅炉受热面（省煤器、空气预热器、过热器、再热器、水冷壁）、汽轮机以及主要辅机进行能耗分析，进行节能降耗改造。2 锅炉受热面介绍与改造2.1 省煤器的节能技术2.1.1 省煤器的简介省煤器利用锅炉尾部烟气的热量加热锅炉给水，因此，省煤器布置在锅炉尾部烟道内，属于尾部受热面。省煤器由一些并列的水平蛇形管道和进口、出口联箱组成。省煤器的主要作用有以下几点：（1） 进入汽包的给水温度提高后，减少给水管道与汽包壁之间的温度差，从而使汽包壁热应力下降，有利于延

12、长汽包的使用寿命。（2） 给水在进入蒸发受热面之前，先在省煤器中进行加热，减少了水在受热面中的吸收量，相当于省煤器取代了部分蒸发受热面。而省煤器受热面要比蒸发受热面的造价低廉得多，因此，可以降低投资。（3） 吸收高温烟气余热加热锅炉给水，降低排烟温度，提高锅炉热效率节省了燃料。省煤器按结构形式分为光管式、膜片管式、螺旋肋片管、鳍片式四种。当前我国火电厂大多采用光管受热面，可为了减轻飞灰磨损、强化烟气侧换热和使省煤器结构更加紧凑，逐渐采用肋片管和膜片管式受热面的省煤器。2.1.2 省煤器改造的必要性随着机组的参数不断提高与燃用低劣质的煤，火电厂锅炉省煤器采用光管错列布置形式已经不能满足要求了。烟

13、气流经受热面时呈现S形流程，会使烟气中含有大量的灰粒分离出来撞向管壁表面，导致严重磨损和堵灰，给电厂安全和经济运行造成极大的隐患。因此必须对老式省煤器进行改造，通过增加省煤器的传热面积，以降低排烟热损失，并解决省煤器局部严重磨损问题。以下是省煤器节能改造的案例：（1） 省煤器改造前的状况上海某电厂9号炉改造前，省煤器采用蛇形管324.5mm错列布置，=100mm,=50mm，蛇形管分上、下两组布置，每组各332排。由于煤种含灰量较高，且管径细，错列布置，烟气分布不均及局部形成烟气走廊等原因，加速了省煤器局部磨损。由于检修空间有限，部分弯头无法检修，在省煤器泄露时只能以封堵管排来解决。由于设备上

14、的原因和锅炉多年运行后漏风增大等情况，排烟温度比设计值高，因此将光管省煤器改造成螺旋肋片管省煤器。（2） 省煤器改造方案螺旋肋片省煤器可以让省煤器受热面得到扩展，因此在不增加空间位置，就可以保证吸热量增加，并且能有效地降低排烟温度。同时，螺旋肋片省煤器还能改善气流对省煤器冲刷情况，减轻烟速不均现象，避免局部磨损严重，明显地减轻省煤器管的磨损。省煤器管径放大，由324.5mm改为425mm，肋片厚度为1.5mm，高度为18mm，螺距为12mm，错列布置改为顺列布置，=108mm，=100mm，横向155排，单级布置。为了防止管束弯头的磨损，采用烟道隔板将管束两端的弯头部分隔于烟道之外，烟道部分为

15、全部带螺旋肋片的直管束。省煤器进口集箱标高适当下移至23mm标高处，在管束下部预设较高的检修空间，以便管排可放下到空间内进行管子更换或检修工作。由于顺列布置相邻两管排间净空较大，更有利于单排管的检修。锅炉光管省煤器与螺旋肋片省煤器结构数据比较见表2.1。表2.1 锅炉光管省煤器与螺旋肋片省煤器结构数据比较项目光管省煤器螺旋肋片省煤器布置形式错列顺列管径规格（mm）324.5425横向节距（mm）100108排数332155管子根数664310纵向节距（mm）50100传热面积（）533514800总重量（t）181223（3） 改造后效果省煤器改造后，取得了以下的效果：（1） 在保证锅炉热力参

16、数衔接的基础上通过合理地选取横向截距和纵向，可以降低烟气速度，因而减轻了省煤器的磨损，提高省煤器使用寿命。（2） 在相同受热面的条件下，省煤器的总高度大约降低40%，省煤器在烟道内的体积大大减少，扩大了检修空间，便于省煤器的检修。（3） 选用螺旋肋片省煤器扩展换热面积，强化了传热，一般在相同长度内，螺旋肋片省煤器的受热面积是光管的2-3倍，不但节省钢材，而且降低了排烟温度。（4） 可以避免气流斜向冲刷管束，同时由于管子和肋片的绕流作用，改变了烟尘的速度场、粒度场、浓度场，从而大大降低省煤器的磨损速度。（5） 锅炉出力、排烟温度等各项指标均达到设计要求，改造前后省煤器主要性能比较见表2.2。表2

17、.2 改造后省煤器主要性能比较名称改造前改造后主蒸汽流量（t/h）9941025主蒸汽温度（）541544主蒸汽压力（Pa）16.316.7给水温度（）262263省煤器出口水温（）311317进风温度（）2020排烟温度（）177129.96锅炉效率（%）90.1892.922.2 空气预热器的节能改造技术2.2.1 空气预热器简介空气预热器是利用锅炉排烟的热量加热空气的热交换设备，它装在锅炉尾部的垂直烟道中。主要作用有以下几点：（1） 采用空气预热器后，由于进入空气预热器的空气温度仅为30左右，比省煤器的进口水温要低得多，利用排烟热量加热冷空气，可以进一步降低排烟温度，减少排烟热损失，提高

18、锅炉效率。（2） 燃烧采用热空气可以提高炉内温度，有利于燃料的迅速着火，改善燃料过程，增加燃烧的稳定性，减少燃烧的不完全燃烧热损失，进一步提高锅炉效率。空气温度每升高100，可以使理论燃烧温度上升3540。热空气温度越高，对燃烧越有利，但是高到一定温度后，对改善燃烧的效果则不显著。（3） 由于炉膛温度提高，所以强化了炉内的辐射传热，在一定的蒸发量下，炉内水冷壁可以布置得少一些，可以节约金属，降低造价。（4） 排烟温度降低，改善了引风机的工作条件，同时也降低了引风机的电耗。2.2.2 空气余热器的种类与原理目前，电厂常用的空气预热器按传热方式分为管式空气预热器、回转式空气预热器和热管式空气预热器

19、。随着机组的容量不断增大，大型发电厂普遍采用回转式空气预热器。（1） 管式空气预热器的结构与原理：管式空气预热器由相互平行的薄壁钢管、管板、导流板等部件组成。立管式空气预热器的烟气由上向下从管内流过，空气在管外横向流过，烟气热量通过管壁传给空气，其换热方式是一般的传热式。管式预热器结构简单，密封简单，漏风小，工作可靠，制造、安装、维修方便，但是体积大，布置不灵活。（2） 热管式空气预热器的结构与原理：电厂中的热管一端的流体从热管热侧的热烟气流中吸收热量而汽化，蒸发的蒸汽沿着斜管向另一端流动，把热量传递到热管的冷端，遇冷而凝结，并流回到热管的热端。结构简单，体积小，烟气流动阻力小，但热管容易失效

20、，容易积灰堵灰，制造成本高。（3） 回转式空气预热器的结构与原理：电动机通过减速传动装置带动空气预热器转子低速转动，转子中布置很多传热元件。外壳的扇形顶板和底板把转子流通截面分隔两部分，这两部分各与外壳上部及下部的空气通道和烟气通道相通，使转子的一边从下而上通过空气，而另一边则逆向由上而下流过烟气。外形尺寸小，布置方便，结构紧凑，质量轻，节省金属，但增加了转动机构，结构复杂，因而运行维修工作量加大。随着锅炉的参数的提高与容量的增大，我国目前大型锅炉大多采用结构紧凑的回转式空气预热器。2.2.3 回转式空气预热器的节能改造技术目前，漏风是回转式空气预热器要突破的难题。回转式空气预热器的漏风主要有

21、径向漏风、轴向漏风、环向漏风。空气通过空气预热器漏入烟气侧后，造成送风机、一次风机、引风机的电耗增加。空气预热器的漏风也会使得锅炉排烟中的过量空气系数增大，使排烟损失增加，锅炉热效率降低，造成严重的低温腐蚀，严重的情况，会造成叶轮积灰，威胁机组的安全运行。为了降低漏风率，必须进行密封系统改造。表2.3是密封改造技术方案。表2.3 三种密封方式改造方案的比较项目柔性接触性密封技术双密封技术漏风自动控制装置漏风率9%以下10%以下10%以上工作量/施工期组件工厂化生产， 工作量小，20天现场对全部蓄热元件进行改造，工作量大，4050天改造工作量小，20天改造后负面影响增加52Pa的烟气阻力易积灰，

22、换热面积减少1.5%易发生传动、测量故障维护工作量大修期间进行调整不需调整，大修更换密封片定期维护及检修传动装置抗磨抗腐蚀性采用自润滑合金材料，抗磨抗腐蚀好采用考登钢，抗磨抗腐蚀性较好抗磨抗腐蚀较差，易卡涩由对比分析可知，结合目前电厂的状况，主张采用柔性接触式密封或双密封技术进行改造。2.2.4 柔性接触式密封装置的应用（1） 改造前设备现状某发电公司1号机时德国西子技术生产的350MW汽轮机发电组，锅炉为美国FW公司生产的亚临界、中间再热、自然循环、固态排渣、双拱单炉膛，每台炉配合两台ABB2-29.0-VI-SM三分仓回转式预热器，空气预热器主要技术参数见表2.4。该公司1号炉与2001年

23、投入商业运行，在经过长期运行后，漏风率超过设计值，为15%左右，为此进行柔性密封接触式装置的改造。表2.4 原空气预热器主要技术参数序号项目单位参数1锅炉负荷t/h11882空气预热器型号-3空气预热器驱动方式-围带4转子隔仓数格365转子转速r/min0.966换热元件厚度/高度mm（热端）0.45/1069mm（冷端）0.756/5597转子直径、径向隔板高度mm10311/2908（2） 改造的方案1 调整冷、热端扇形板到合理位置，并按新的设计方案进行扇形板静密封的维修及部分更换工作，将扇形板调节在某一合理。2 热端径向、冷端径向固定密封片修复，并按厂家设计要求调整。3 柔性接触式密封系

24、统安装在转子隔板板上，在热态运行中柔性接触式密封滑块高出扇形板1015mm。4 将轴向原固定式密封片拆除，更换为考登钢、厚度为2mm的密封片。（3） 改造后的效果密封改造前，1号锅炉空气预热器的平均漏风率为15.5%左右，进行柔性接触式密封改造后，空气预热器的漏风率平均为8.1%（见表2.5），降低了7.4个百分点。表2.5 1号炉改造后空气预热器漏风率测试结果序号项目单位改造前参数改造后参数1试验负荷MW3203202炉膛负压Pa-50-303预热器入口氧量（左/右）%2.59/2.651.75/2.334预热器出口氧量（左/右）%5.25/5.363.29/3.835预热器漏风率（左/右）

25、%15.06/16.08.25/8.04一般情况下，空气预热器漏风率下降1个百分点，可提高锅炉效率0.04个百分点，发电煤耗降低0.15g/kwh。从测试结果可知，改造后空气预热器的漏风率为7.4个、标准煤单价为800元/t、机组年利用小时6000h计算，则锅炉效率提高0.3个百分点，可减少煤耗=0.15107.4350106000800=1864800（元)空气预热器采用柔性接触式密封技术改造后，运行稳定，密封效果好，漏风率大幅下降，具有很好的节能效果，经济效益明显。2.3 过热器和再热器的简介过热器与再热器的结构基本相同，再热器的本质是中压过热器。两者是锅炉用于提高蒸汽温度的部件，目的是提

26、高蒸汽的焓值，以提高电厂循环效率。过热器作用是将饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽。随着蒸汽压力的提高，要求相应蒸汽温度，要不然在汽轮机尾部的蒸汽湿度会过高，影响汽轮机的安全运行。但是，过热汽温受到金属材料的限制，当前，绝大部分的电厂锅炉的过热汽温维持在540-555，为了避免汽轮机尾部叶片蒸汽湿度太大，因而采用中间再热系统。再热器的作用是将汽轮机高压缸的排汽加热到过热蒸汽温度相等或相近的再热温度，然后在送到中压缸及低压缸中膨胀做功，以提高汽轮机尾部叶片蒸汽的干度。目前我国大容量机组大都采用一次再热系统。2.3.1 过热器及再热器的结构型式按照不同传热方式，过热器和再热器分为对流、辐射和半幅

27、射。大型电厂中通常采用这三种形式的串级布置系统。（1） 对流式过（再）热器对流过（再）热器布置在水平烟道或尾部竖井中，主要吸收烟气的对流放热量，是由蛇形管道组成，进出口分别用联箱连接。（2） 辐射和半幅射过（再）热器辐射过（再）热器主要吸收炉膛辐射热，有屏式和墙式两种。屏式过（再）热器一般布置在炉膛上部，横向节距较大，主要作用是降低炉膛出口烟温，减少烟气扰动和旋转，改善过热蒸汽或再热蒸汽的汽温特性。墙式过（再）热器紧贴炉墙或水冷壁布置。2.3.2 过（再）热器的热偏差预防措施热偏差是单列管子的焓增与并联管子焓增不一致的现象。减小热偏差的措施：（1） 减少每一级过（再）热器焓增，中间进行均匀混合

28、，使出口汽温的偏差减少。（2） 连接管与过（再）热器的进出口联箱之间采用多管引入和多管引出的连接方式。（3） 及时吹灰，防止因结渣和积灰而引起的受热不均现象发生。2.4 水冷壁结构与作用2.4.1 水冷壁的作用（1) 在炉膛内敷设一定面积的水冷壁，大量吸收高温烟气的热量，可以使炉墙附近和炉墙出口处的烟温降低到灰的软化温度ST以下，防止了炉墙和受热面结渣，提高锅炉运行的安全和可靠性；（2) 炉膛中的高温火焰对水冷壁进行辐射传热，使水冷壁内的工质吸收热量后由水逐步变成汽水混合物；（3) 敷设水冷壁后，炉墙的内温度可以大大降低，保护了炉墙，简化炉墙结构，为采用轻型炉墙提供良好的条件。2.4.2 水冷

29、壁结构现代锅炉的水冷壁主要是光管式、膜式和销钉式三种类型。一般布置在炉膛四周，紧贴炉墙形成炉膛周围，接受炉内火焰和高温烟气的辐射热。（1） 光管式水冷壁光管式水冷壁由普通无缝钢管连续排列并按照炉膛形状弯制，它在炉墙的布置与结构如下图2.1。图2.1 水冷壁结构（a） 光管水冷壁；（b）焊接鳍片管的膜式水冷壁；（c）轧制鳍片管的膜片水冷壁；（d）带销钉的水冷壁；（e）带销钉的膜式水冷壁1-管子；2-耐火材料；3-绝热材料；4-炉皮；5-扁钢；6-轧制鳍片管；7-销钉；8-耐火填料；9-铬矿砂材料（2） 销钉式水冷壁销钉式水冷壁是再光管水冷壁的外侧焊接上许多圆柱形的销钉，长度20-25mm、直径为

30、6-12mm，并且在有销钉的水冷壁上敷盖一层铬矿砂耐火材料，形成卫燃带，如图2.1中的（d）、（e）所示。其中，卫燃带的作用是在燃烧无烟煤、贫煤等着火点困难的煤时候，减少着火区域水冷壁吸收热量，提高着火区域炉内温度，稳定着火和燃烧。（3） 膜式水冷壁膜式水冷壁由鳍片管焊接而成。膜式水冷壁有以下优缺点：1 膜式水冷壁使炉膛具有良好的气密性，适用于正压或负压的炉膛，对于负压炉膛能减少漏风，降低锅炉的排烟热损失。2 在相同的炉墙面积下，膜式水冷壁的辐射传热面积大，节约钢材。3 制造、检修工作量大而且工艺要求高。4 设计膜式水冷壁时必须有足够的膨胀延伸自由，必须保证入孔、检查孔等处的密封性。2.4.2

31、 水冷壁常见问题及防止措施现代大型锅炉的蒸发受热面主要是水冷壁，水冷壁布置在炉膛周围，经常出现以下问题：（1） 固态排渣煤粉炉的结渣燃烧过程中形成的熔融灰渣在凝固之前接触到受热面，就会凝结在上面，并累积成硬结且难清除的灰渣层，形成结渣。主要有以下的危害：1 受热面结渣，传热热阻增加，传热减少，工质吸收热量减少，锅炉排烟温度升高，排烟热损失增加，锅炉效率下降。2 受热面结渣，送、引风机负荷加大，厂用电增加。3 炉膛受热面结渣后，受热不均，容易引起水冷壁的爆管。防止结渣的措施：1 防止炉内生成较多的还原性气体。2 加强运行监视，及时吹灰除渣。3 防止火焰中心偏移，控制水冷壁附近的温度。（2） 水冷

32、壁的高温腐蚀水冷壁发生高温腐蚀的主要因素是水冷壁附近的延期成分和管壁温度。一方面，燃烧器附近火焰温度可高达1400-1600，煤中矿物成分发出的腐蚀性气体多，如果水冷壁周围的烟气处于还原性气氛，煤灰的熔点降低，灰分沉积加速。另一面，燃烧器区域附近水冷壁管的热流密度大，温度梯度大，管壁温度常常在400-500。减轻水冷壁高温腐蚀的措施：（1） 改进燃烧。控制煤粉适当细度，防止煤粉国粗；组织合理炉内空气动力工况，防止火焰中心贴壁冲墙；（2） 避免出现管壁局部温度过高。（3） 保持管壁附近氧化性气氛。（4） 采用耐腐蚀材料。2.5 本章小结通过了解锅炉受热面工作原理，分析受热面的存在的能耗问题，结合

33、节能改造技术，对锅炉受热面进行进一步的完善，对于提高全厂经济效率有着重要的作用。3 汽轮机的改进3.1 汽轮机分类与构成汽轮机是将蒸汽的热能转换成机械能的一种旋转式原动机。其工作原理是：具有一定压力、温度的蒸汽进入汽轮机，流过固定不动的喷嘴内膨胀，蒸汽的压力和温度不断的降低，获得较高的速度，使蒸汽的热能转化成动能。高速流动的蒸汽流以一定的方向进入装在叶轮上的动叶通道中，因为气流速度的大小与方向的改变，气流给动叶一定的作用力，动叶带动汽轮机转子按照一定的速度均匀转动而产生轴功率。按照新蒸汽压力分类：高压汽轮机、超高压汽轮机、亚临界汽轮机、超临界汽轮机。汽轮机本体由几个部分组成：（1） 汽轮机转动

34、部分（2） 汽轮机静止部分（3） 汽轮机调节系统（4） 汽轮机保护系统（5） 汽轮机供油系统（6） 其他辅助设备3.2 汽轮机运行节能降耗的可行性随着机组的容量不断的提高，在汽轮机安全可靠的运行的基础上，需要在节能技术上不断的创新。以下是可行的节能措施：（1） 控制汽轮机给水温度（2） 提高汽轮机真空度（3） 维持汽轮机凝汽器的最佳真空度（4） 在汽轮机启、停机和变负荷运行时选择最佳的冲转参数4 电厂辅助机的节能技术改造4.1 电厂辅助机的能耗现状电厂辅助机的最大能耗的设备是泵与风机。根据全国第三次的工业普查公布的统计数字显示，我国风机水泵压缩机机械总装机容量为1.6亿kw,其中风机约为700

35、0万，水泵约为1500万kw。根据中国工业部门能效效研究报告分析，泵类消耗电量占全国用电量的20.87%，风机占10.43%。根据国家发改委节能中长期专业规划，我国中小型电动机平均效率87%，风机、水泵平均设计效率为75%，均比国际先进水平低5个百分点，系统运行效率低近20个百分点。如果系统运行效率提高5%，那么全国仅风机、水泵负载就可以节省440亿kwh的电量。电力系统大多推广大型高效率的水泵和风机，但设计出力值往往是实际出力的120%130%。而在火电厂的设计规范中，电厂的风机与水泵的出力必须在最大流量和阻力的基础上再增加5%10%的余量，让电厂主要铺助机容量远远大于实际的要求。调查表明，

36、50%的风机运行效率低于70%，12%的风机运行效率低于50%。提高风机、水泵低负荷的运行效率，主要途径是采用适当的调速技术。4.2 给水泵的简介与改造技术4.2.1 给水泵的简介给水泵就是供给锅炉给水的泵。给水泵的任务是把除氧器贮水箱内具有一定温度、除过氧的给水，提高压力后输送给锅炉，以满足锅炉用水的需要。由于给水的温度高，在给水泵的入口处水容易发生汽化，会形成汽蚀而引起出水中断。故而将给水泵布置在除氧器水箱以下，以增加给水泵入口的静压力，避免汽化现象的发生，保证给水泵的正常工作。为了缩短给水泵进水管道的长度，既要尽量使除氧器靠近给水泵，又要防止积水泵引起的入口发生汽化，因此，大型机组给水泵

37、系统均设置了前置泵，以主给水泵入口提供较高的入口压力，保证主给水泵运行。给水泵的驱动方式主要有电动机给水泵和汽动给水泵。电动给水泵具有投资小、设备布置简单、占用场地少的优点，但耗用电能较多，厂用电率提高，减少了上网电量，影响了电厂的经济性；汽动给水泵可以增加供电量、便于调节和运行经济。目前，200400MW之间的火电机组的给水泵大都采用了汽动给水泵组，提高厂的经济性。4.2.2 200MW机组以汽动给水泵代替电动给水泵（1） 改造前的状况华能北京热电有限责任公司3机组（机组为俄罗斯乌拉尔汽轮机制造厂生产，额定采暖供热负荷1172GJ/h），配套3台50%容量的电动调速给水泵。机组正常运行时，2

38、台电动给水泵运行，另1台备用。电动给水泵设计配套功率为10200kw(25100kw)；实际运行时，在额定供热工况下，电动给水泵消耗电功率约为7228kw(见表4.1)。为了充分利用初级能源，挖掘锅炉潜力和抽汽余量，提高机组的供电能力，将电动给水泵改造成汽动给水泵。表4.1 2台电动给水泵并联运行时流量的耗功设计数据项目单位额定纯凝工况额定供热工况最大纯凝工况给水泵运行2台电泵2台电泵2台电泵汽轮机电功率MW185.0185.0220.0给水流量t/h649.47784.95778.98主蒸汽压力MPa12.8012.8012.80主蒸汽温度555.0555.0555.0汽轮机热耗率KJ/kw

39、h8853.134125.818824.60给水泵电机总功率Kw5806.687227.837165.22给水泵单耗kWh/t8.949.219.20给水泵耗电率%3.143.913.26（2） 改造方案该电厂将3号电动给水泵组改为1台100%容量的汽动给水泵组，原1、2号电动给水泵备用，备用容量100%。汽动给水泵容量选择原则是能满足锅炉最大蒸发量830t/h的1.05倍即可。根据分析，主给水泵额定容量为880t/h，额定轴功率5950kw，扬程20MPa水柱，效率83%。驱动给水泵的给水泵汽轮机选用纯凝汽式汽轮机，工作汽源选用汽轮机三段抽汽，该段抽汽为高压排汽，在高压缸排汽管上取汽。额定纯

40、凝工况抽泣压力为1.32MPa，抽汽流量41.3t/h。汽轮机的新蒸汽作为备用汽源。在汽轮机机组额定纯凝、额定供热和最大纯凝工况下，给水泵汽轮机进汽流量分别为20.16t/h、24.30t/h、24.66t/h。（3） 改造后的效果对三段抽汽量增加后的汽轮机变工况性能进行计算。变工况计算的前提：汽轮机主蒸汽压力、主蒸汽温服、供热抽汽参数、抽汽压力等保持不变，只是增加三段抽汽量导致新蒸汽流量增加后的各段抽汽微小变化和机组热耗率变化，计算结果见表4.2。 电动给水泵改为汽动给水泵后，相同工况下的热耗率、发电煤耗率均有有上升，但厂用电率下降约3个百分点。在额定纯凝、最大纯凝工况下，综合供电煤耗率下降

41、4g/kWh左右，额定供热工况下，综合供电煤耗率反而上升1g/kWh左右。28表4.2 电动给水泵改为汽动给水泵后变工况计算结果和机组的经济指标变化情况项目单位额定纯凝工况额定纯凝工况额定供热工况额定供热工况最大纯凝工况最大纯凝工况给水泵配套方式电动给水泵汽动给水泵电动给水泵汽动给水泵电动给水泵汽动给水泵汽轮机电功率MW183.9183.9184.1184.1217.1217.1给水泵汽轮机进汽流量t/h020.16024.30024.66主蒸汽流量增加t/h013.71014.92017.13最终给水温度226.3226.3236.9236.9236.7236.7最终给水流量t/h649.5

42、663.2785.0799.9779.0796.1三段抽汽压力MPa1.321.351.571.601.561.59三段抽汽温度272.2272.2283.5283.6284.4284.4三段抽汽流量t/h41.3042.1753.1154.1250.2151.31供热抽汽流量t/h00287.72287.7200汽轮机热耗率Kj/kWh8853.139040.944252.814325.098824.609018.59锅炉效率%94.094.094.094.094.094.0管道效率%99.099.099.099.099.099.0发电煤耗g/kwh325.02331.88151.47158

43、.78323.97331.10综合厂用电率%9.486.469.215.449.486.31锅炉吸收量kw4860984963605761295870825719625845364.3 风机的节能技术改造4.3.1 风机的种类风机是用于输送气体的机械，从能量观点看，它是把原动机的及机械能转变成气体能量的一种机械，应用很广泛。火电厂通常用的是叶片式风机，叶轮是主要工作部件，叶轮式风机分为三大类：离心式风机利用叶轮高速旋转，其上的叶片对气体沿着它的运动方向做功，从而使气体的压力能和动能均有所增加。气体离开叶轮后，循着导叶蜗壳的引导留至出口。叶轮不断旋转，使气体在出口处具有较高的能量得以连续不断地向

44、前流去，达到输送气体的目的；轴流式风机流体工质沿轴向进入叶轮，然后近似地在圆筒内沿着轴线的方向流动，同时借助叶轮上叶片上产生的升力来输送，同时提高其能量，有单级、多级之分；混流式风机流体进入叶轮后，流体方向处于离心式和轴流式之间，近似地沿着锥面流动。4.3.2 风机的控制风量的方式风机的节能主要通过控制风量与配套的电动机的调速来实现的。各种风量控制方式与电动机综合效率见表4.3。根据下表可知，在大型机组的中，变频调速可以大大的提高风机的效率。表4.3 各种风量控制方式与电动机综合效率风机风量（%）控制方法调出口挡板调进口挡板转子电阻串级调速变频调速电磁调速液力耦合器变极调速效率（%）效率（%）

45、效率（%）功率因数效率（%）功率因数效率（%）功率因数效率（%）功率因数效率（%）功率因数效率（%）10093.594.392.60.75900.75930.90800.90920.8686.29070.486.884.493-8051.570.675.393-7036.170.66690.3-6024.133.855.486.4-5014.920.843.10.35800.8583.30.65500.65450.6784.3408.311.430.471.1-303.85.21854-4.3.3 高压变频器在离心式风机的节能应用 发展高压变频器的必要性火电厂动力锅炉的输出功率随

46、着电功率输出的大小而改变。锅炉的煤粉输入量与送风机的送风量有一定的比例关系。引风机与送风机按一定比例联合调节，可以实现锅炉的稳定燃烧。在稳定情况下，送风机与引风机可达到动态平衡。但电网负荷随时都可以在改变，随着发电机输出功率的降低，锅炉出力也要相应的调整，锅炉的引风量、送风量相应减少。目前，电厂普遍采用常规的控制方法将风机的挡板关小一些，以达到减少引、送风量的目的。但是，这种调节方法的缺点：第一，调节动作较迟缓，难以达到最佳调节；第二，挡板调节虽能达到调节引、送风量，但会产生节流损耗，随着挡板开度的减小，风机的节流损耗加剧；第三，异步电动机在启动时启动电流一般达到电动机额定电流的6-8倍，对电

47、网冲击很大，并影响风机电动机的使用寿命；第四，由于转速较高，对电动机所驱动的机械设备存在较大的磨损。由于变频调速在频率范围，动态响应、低频转速、转差补偿、功率因数、工作效率等方面是以往的交流调速方式或挡板调节方式所无法比拟的，因此，开展变频调速节能势在必行。 变频调速的原理通过改变电源频率f改变电动机的同步转速，。改变电源频率可以平滑地调节异步电动机的转速。变频调速时，电动机气隙的磁通不变，即电压的变化必须与频率变化成正比例。忽略定子漏抗压降时，定子电压降等于定子电动势，即。可见，若要不变，则变频调速时应使电压与频率成正比变化，即=常数。变频装置必须子改变输出频率的同时改变输出电

48、压的幅值，才能满足对异步电动机变频调速的基本要求，这样的装置统称为变压变频装置。变频调速过程中没有附加损耗，调速效率高。 离心风机的变频节能改造（1） 改造方案上海某电厂机组1号炉风烟系统共有2套引、送风机，引风机的参数为：型号Y4-73-12，流量480000，压力4511Pa，转速960r/min；所配电动机型号Y1000-6,1000kW，6000V，117A,960r/min。送风机参数为：型号G4-73-11，流量262000，压力5266Pa，转速985r/min；所配电动机型号JS-157-8,320kW，6000V，39.4A，739r/min。在1号炉风烟系统的

49、送风机和引风机上采用了德国西门子变频器，进行调速节能改造。仅将甲侧的送风机和引风机改造成变频调速控制，乙侧的送风机、引风机采用原有的挡板节流方式。2台变频器均采用高-低-高接线方式，6kV电源接至降压变压器的高压侧，降压变压器的低压侧接至变频器的输入端，经变频器变频后接至升压变频器的低压侧，升压变频器的高压侧接至电动机，送风机和引风机的电气接线完全一样。引风机变频器参数：型号6SC2421-2BD00-Z，容量1000kA，两路并联23AC输入电压400V，两路并联输入电流2580A，输入频率50HZ,输出频率0-50HZ，输出电压0-500V。送风机变频器参数：型号6SC2415-1AB00

50、-Z，容量510kVA，输入电压400V，输入电流740A,输入频率50HZ，输出频率0-50Hz,输出电压0-400V。（2） 改造后的效果1号机组甲侧送风机、引风机进行变频调速改造后，将原有的风门挡板开至最大，应用负压闭环控制，通过调节甲侧送风机、引风机的转速来直接调节风量，实现锅炉负压自动调节控制，从而保持在最佳燃烧工况下节能降耗。当给煤量信号发生变化时，煤量变化的耦合信号输入到送风机调节器，送风控制系统在自动调节的过程中，也引起风负压调节器的协调动作，以维持适当煤风比例和适当的炉膛负压。在正常请况下，采用变频运行，当处于变频运行状态时，甲侧送、引风机电动机直接启动触点都不动作，乙侧送、

51、引风机电动机执行变频控制动作顺序。表4.4是该电厂第四季度和改造前第四季度的发电量和风机耗电量的比较结果。从表中看出，变频前后乙侧送、引风机耗用厂电率基本不变，而甲侧送、引风机厂用电率则从1.1875%降到0.1925%。表4.4 1号机组甲侧风机变频前后发电机和风机耗电量统计时间与项目发电量（万kwh）风机月耗电量甲侧引风机甲侧送风机乙侧引风机乙侧送风机频改造前 1998.102768.8727496858992285876603841998.114553.2842418892400442872945601998.124212.164305248858444222489760第四季度合计11

52、534.3111296802399761170972244704风机厂用电率（%）-1.18751.2274 变频改造后1999.105173.2867608292565285161027201999.113430.244896018048361080695041999.125196.647689624912527616103872第四季度合计13800.16193464722161417212276096风机厂用电率（%）-0.19251.22705 总结本文通过深入对火力发电厂各设备的能耗现状分析，搜集大量火电节能降耗的技术经验，学习其中的工作原理，提出了锅炉受热面节能技术策略以及高压变频

53、器在泵与风机的应用的相关问题。通过对光管式的省煤器改造、回转式空气预热器的柔性接触性密封改造、高压变频器替换挡板式调节，确认了节能技术的可靠性与经济性。节能降耗的方案符合我国当前的发展要求，在电改制度与能源发展规划要求下，提高了火电厂的竞争力。参考文献1李青，高山.火电厂节能减排手册节能技术部分M.北京：中国电力出版社，2013.102张平.2014年发电设备行业年度报告.DB/OL.3叶江明.电厂锅炉原理及设备M.北京：中国电力出版社，2010.014李琳，王金枝.火电厂锅炉省煤器的节能改造M.中国电力，2009，（42）：58-60.5杨光蒸.空气预热器和省煤器M.北京：中国电力出版社，1956.06.6交通大学西安部分动力机械系M.陕西：中国机械出版社，1959.07.7杜中平，杨森.空气预热器柔性接触式密封改造J.华电技术，2009，（07）.8黄树红.汽轮机原理M.北京：中国电力出版社，2008.9徐立韡.300MW级锅炉再热汽温低及再热器增容改造的研究D.华北电力大学，2012.10陈新风，朱峰.空气预热器密封间隙监控系统的技术改造