630MW超临界高参数机组的节能降耗综合优化

630MW超临界高参数机组的节能降耗综合优化

刘燕伟

大唐三门峡发电有限责任公司 472100

摘要：近年来，我国整体用电量增长速度较快，发电机组的装机容量不断加大，随着设备的技改和人员技术水的提升，节能减排也取得了阶段性的进展。发电厂630MW机组是近期投产的国产高参数超临界火力发电机组，该工程在节能降耗方面的综合优化设计和总结，对单机容量630MW及以上规模的大型机组的节能减排具有一定意义。

关键词：630MW超临界；高参数机组；节能降耗；综合优化

随着我国电力体制改革的深入，电力企业逐步由生产型向经营型发生转变。提高效益，降低成本将是其长期的发展目标。近些年虽然新能源、核能和水电的市场份额有所上升，但依然无法动摇火力发电的主导地位。随着节能减排进程的加速，关于我国超临界高参数机组耗能问题被提上日程。由于经济的发展，每年需要的电能源越来越大，2019年，全社会用电量72255亿千瓦时，同比增长4.5%。2019年，全国电源新增生产能力（正式投产）10173万千瓦，其中，水电417万千瓦，火电4092万千瓦。预计2020年电力消费将达到7.56～7.63万亿千瓦时，增速区间为4.5%～5.5%。不断增加发电机组装机容量的同时，如何保证超临界高参数机组高效节能的运行，是本次研究的重点内容。本文主要对630MW超临界高参数机组运行现状进行分析，并提出优化策略，对其实施综合优化。

一、630MW超临界高参数机组耗能影响因素分析

630MW超临界高参数机组运行时，影响机组耗能的主要因素是：1）锅炉储水罐调节阀；2）给水控制系统；3）锅炉给水前置泵；4）直流锅炉烟气；5）空预器堵塞；6）自动控制系统。

1.锅炉储水罐调节阀耗能

调节阀是机组阀门之一，其工作条件较为恶劣，特别容易出现故障，而该类阀门在实际工作中会因汽化对阀门本身及其他系统造成损害。超临界机组中锅炉储水罐调节阀因为工作环境差，常因高压临界流流场特性变化而造成耗能，所以必须对其进行优化改进。

2.给水控制系统耗能

给水控制系统是直流锅炉最重要的部分，其能否正常稳定运行，关系到整个耗能的大小，因此必须进一步改良给水控制系统，有效减少耗能。由于超临界直流炉是没有汽包的，所以要想减少耗能，必须从最关键的煤水比下手，进行有效控制，具体主要从以下方面着手：1）给水流量方面；2）炉膛焓方面；3）给水泵控制回路方面。

3.锅炉给水前置泵耗能

锅炉给水前置泵耗能主要体现在以下几个方面：（1）冷却腔的两侧开面容易泄漏，而且一旦泄漏非常严重，不但机组安全受到威胁，影响运行效率，而且造成能源损失。（2）处于低负荷状态时，转子抖动窜轴的振动幅度大，造成能源耗损。（3）经济性差问题。经济性差是指可用的汽蚀余量过大造成的损失，既不安全又花费较大，所以必须加以改进。

4.直流锅炉烟气耗能

直流锅炉的烟气排放使得锅炉热能量耗损严重，一般占到总燃料燃热量的最高达8%，因此必须采取必要措施降低排烟损失，提高能量利用率。

5.空预器堵塞

空预器堵塞是各大电厂的普遍问题。空预器堵塞会引起换热效率的下降，进而引起排烟温度高、排烟损失增大的问题。另外，空预器堵塞后也会造成风机出力增大，厂用电率增加等问题，堵塞严重会引起风机喘振，甚至跳机的风险。

6.自动控制系统耗能

经济发展已经耗费大量能源，所以国家提倡节能降耗，火力发电厂作为国家主要供电与能源耗损单位，如何提升其能源有效利用率已成为电厂工作的重点内容之一。目前，造成能源耗损的主要因素是锅炉及其它发电设备，事实上还包括热控自动控制系统。人们往往忽略自动控制系统的耗能问题。必须采取措施有效降低自动控制系统的能源损耗，从而提高安全运行质量，降低能源损耗。

二、630MW超临界高参数机组优化策略

1.锅炉储水罐调节阀优化

通过加装匀流板的方式降低介质速度，使得管道的流场趋于均匀化，从而有效降低流场最大速度，含汽总量也最大化降低，最终达到将储水罐调节阀中的流场趋于均匀化的目的，有效降低汽化，缓解阀门及其他系统的损坏，实现节能降耗。对储水罐加装匀流板的作用已被相关学者通过实验所证实，所以是具有可实施性的。

2.给水控制系统优化

给水控制系统优化需从以下几个方面入手：

2.1优化给水流量：采取设计补偿回路的方式，帮助调整动态过程中给水流量与煤量的配比，使其维持在合理范围之内。补偿量需事先做好计算，首先对锅炉蒸汽热输出流量与给煤热输入量进行对比，得到的差值就是要补偿的热量，补偿方式采用热量积分器给予。比如，当煤的发热值很高时，积分器就要减少煤的供给。其次，为了更好地控制燃料供给，需要增设燃料指令的前馈信号，尽最大努力解决给水控制跟不上燃料变化的问题，提高给水调节对燃料供给的响应。最后，为了确保汽动给水泵无论是采取手动方式还是自动方式，都不受外界干扰，实现无扰切换，需要对主蒸汽流量的设计值增加一个偏置接口，这样无论什么状态，操作人员都可以通过对偏置值的修改来调整主蒸汽流量的设定值。

2.2为了更好地处理紧急事故，特别是因高加发生故障引起的水温变化，对此增设省煤器出口设计焓值与实际焓值差值，通过这两个值的差值计算出正确的焓值修正量，它能够通过水温的变化情况来更改炉膛焓的需求值，从而有效控制给水量，确保机组稳定运行，降低能耗。

2.3因为机组需要变负荷工作，所以一些参数就会发生动态变化，所以必须有一个能够随时计算参数变化值的控制环节存在，所以建议实施变参数PID控制，该参数是通过比例与积分时间的函数折算获得的。

3.锅炉给水前置泵优化

解决冷却腔两侧中开面泄漏问题的办法：

3.1建议通过增大横截面，对原橡胶密封圈重新设计，转变为依据特定形状而成的异型氟橡胶圈。

3.2处理原泵体、泵盖中开面部分，实施车削加工处理办法；

3.3保证低负荷安全稳定性运行措施：

3.3.1削减扬程；

3.3.2实施磨削以减小叶片出口角，使得叶片区域均布对称性；将叶片出口端磨削成薄片以提高叶轮出口流动的稳定性。

3.3.3另外，建议调整弥补叶轮车削后泵的工作效率效率，改造叶轮、蜗壳的通流部分。

4.直流锅炉烟气优化

优化直流锅炉烟气的办法：首先考虑到锅炉使用的燃煤为低热值煤，具有低硫分、低灰分、高水分与高挥发分的特点，所以建议除尘器前的烟气温度设置为110℃，并且将前置式烟气的换热器布置于预热器的入口烟道处，总体来看，就是在脱硝烟道的出口下方区域范围内。并建议在磨煤机热一次风基础上，再增加一个蒸汽换热器，以便有效解决磨煤机运行时燃煤潮湿未完全干燥的问题。

5.空预器堵塞治理

为解决空预器堵塞的问题，除了常规的增加空预器吹灰手段外，还可采用以下几个手段：一是空预器的在线水冲洗，采用高压水源，在运行中对空预器进行水冲洗；二是技术改造，增加防堵风机；三是进行脱硝系统的喷氨优化，目前空预器堵塞的重要原因为亚硫酸盐的生成，尤其在脱硝系统投入后，各大电厂的空预器堵塞现象明显加重。进行喷氨优化，降低氨逃逸，对空预器堵塞有很明显的效果。

6.自动控制系统优化

优化自动控制系统：

6.1首先实施统一化管理，将自动化系统纳入到DCS，建立集控室、自动化系统、电子设备统一控制体系，从而减少能耗。

6.2加强在线监测力度也非常重要，建议增加对保护出口线圈的监测。目前由于火电机组的出口线圈维修仍完全依赖检修人员，而且需要定期检查，才能保证其安全运行，但是不利于长期的安全与稳定，所以建议加强机柜口出线圈的监测，并对其增设自动报警装置，保证系统稳定运行。

6.3规范传感器冗余配置。目前由于大型机组的控制回路数量庞大，涉及到的逻辑计算较多，需要用到的传感器也比较多，这样就造成了冗余配置情况出现，所以必须制定一个统一的规范作为参照。通过以上方式减少对设备资源的投资消耗，同时也能减少维修人员的工作量，增强机组运行速率，提高安全性。

6.4实施煤质的在线检测。我国目前的煤炭资源非常紧张，而锅炉入炉煤与设计煤种的实际偏差非常大，煤质的变化很容易造成给水系统、汽温调节系统出现问题。即使有协调控制系统、煤质校正单元，但是煤质改变较大时仍会出现不易修整的问题。建议首先通过对煤质进行分析，特别是对其各种成分变化的分析，加之对发热量变化的分析，可有效控制煤质变化所带来的煤水比干扰，提高机组优质调节速率。

结束语

目前，关于630MW超临界高参数机组的能耗问题一直是被重点关注的对象，因为其结构较为复杂，涉及到了自身能量消耗的问题，除此还包括锅炉储水罐、给水控制系统、锅炉给水前置泵、直流锅炉烟气、空预器、自动控制系统等都存在耗能情况，如何进行综合优化，还需要今后的进一步研究，对于本文所提建议的普遍适用性，仍需在实践中验证。

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