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大型燃煤火電機組節(jié)能評價與系統(tǒng)優(yōu)化

文檔作者：王寧玲，楊志平，武宇文檔來源：華北電力大學(xué)電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與控制教育部重點實驗室		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年02月25日
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第37卷第3期
2010年5月
華北電力大學(xué)學(xué)報
Journal of North China Electric Power University
V01．37．No．3
May．2O10
大型燃煤火電機組節(jié)能評價與系統(tǒng)優(yōu)化
王寧玲，楊志平，武 宇
(華北電力大學(xué)電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與控制教育部重點實驗室，北京102206)
摘要：加強大型燃煤發(fā)電機組的能效分析與節(jié)能管理，有效降低已投運機組的能耗水平，在當前仍然是重要
和緊迫的任務(wù)?；谙到y(tǒng)節(jié)能評價技術(shù)與耗差分析方法，選取兩臺當前火電主力600 MW 等級機組，按照科
學(xué)的節(jié)能評估方法學(xué)，通過對系統(tǒng)、設(shè)備運行經(jīng)濟性水平開展系統(tǒng)性評估，準確掌握當前能耗水平偏差，科
學(xué)識別和分析節(jié)能潛力，有針對性地提出系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)改造、檢修優(yōu)化措施，取得了良好的節(jié)能降耗
效果
關(guān)鍵詞：大型燃煤火電機組；能耗；節(jié)能評價；系統(tǒng)優(yōu)化
中圖分類號：TK01 文獻標識碼：A 文章編號：1007—2691(2010)03～0055—04
Energy-saving evaluation and system optim ization
for large coal-fired power units
W ANG Ning—ling， YANG Zhi—ping， W U Yu
(Key Labolatory of Condition Monitoring and Control for Power Plant Equipment of Ministry of
Education，North China Electrie Power University，Beijing 102206，China)
Abstract： It is important and urgent for large coal—fired power units to improve the energy —efectiveness analysis and
energy—saving management SO as to rednee the energy consumption level for the units ill operation．Taking two 600MW
coal—fired power units for instance，the energy—saving evaluation technology and energy —loss analy
．
sis meth1)d nas inh'o—
duced to evaluate tile economic performance of systems and equipment．a(chǎn)nalyze the eunent deviation of energ) c0n—
sumption and determine the erlerg) saving potential of power units．Based on this，several optimized solutions were per—
formed on energy—saving retrofit and maintenance optimization，which made favorable energy conservation and consHnlp—
tion reduction．
Key words： large coal—fired thernlal power units；energy consumption；ellergy—saving evaluation；system optimization
0 引 言
“十一五” 以來，我國火力發(fā)電節(jié)能降耗工
作取得重大進展，全國平均供電煤耗已由2006年
的366 g／(kW ·h)下降到2008年的349 g／(kW ·
h)，年均下降7～10 g／(kW ·h)。但需要清醒認
識的是，近年來全國供電煤耗快速下降主要得益
于火電裝機結(jié)構(gòu)性調(diào)整，在役機組供電煤耗并無
明顯改善，其中600 MW亞臨界機組2008年供電
煤耗較2006年增長2 g／(kW ·h)¨ 。加強發(fā)電企
業(yè)，特別是火力發(fā)電企業(yè)的能效分析與節(jié)能管理，
收稿日期：2009—11一l0
有效降低已投運機組的能耗水平，在當前仍然是
重要和緊迫的任務(wù)。
本文基于系統(tǒng)節(jié)能評價技術(shù)與耗差分析分析
方法，選取兩臺當前火電主力600 MW 等級機組
開展了節(jié)能分析研究，取得了良好的節(jié)能降耗
效果。
1 火電機組節(jié)能評價技術(shù)
火電機組節(jié)能評價技術(shù)，就是按照科學(xué)的節(jié)
能評估方法學(xué)，通過對系統(tǒng)、設(shè)備運行經(jīng)濟性水
平開展系統(tǒng)性的定期和專項評估，準確掌握當前
能耗水平，識別和科學(xué)預(yù)測節(jié)能潛力；提出系統(tǒng)
的節(jié)能技術(shù)改造、檢修優(yōu)化措施，最終實現(xiàn)火電
華北電力大學(xué)學(xué)報 2010矩
機組的性能優(yōu)化。
在凝汽式機組中，供電煤耗可較全面地反映
機組經(jīng)濟性，因此選擇供電煤耗作為機組經(jīng)濟性
評價準則 。
而根據(jù)影響供電煤耗的主要因素分析，可設(shè)
定評估范圍包括機組主要運行參數(shù)，汽輪機熱耗、
汽輪機缸效率、汽輪機抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)、鍋爐效率、
三大風(fēng)機運行狀況、磨煤機、煙風(fēng)系統(tǒng)、煙塵排
放、燃煤品質(zhì)、主要輔機電耗、主要設(shè)備與主再
熱蒸汽管道的保溫狀況。
1．1 火電機組節(jié)能分析方法
火電機組節(jié)能潛力分析常采用耗差分析法。
耗差分析方法可以從數(shù)學(xué)分析的角度推導(dǎo)，假定
某負荷下的供電煤耗為Y，該負荷下影響機組經(jīng)
濟性的各個參數(shù)或因素分別為 、 、? 、?
(包括非運行因素如煤質(zhì)、進風(fēng)溫度、循環(huán)水溫度
和運行因素如氧量、主蒸汽壓力等)，則可以把供
電煤耗表示成多元函數(shù)，即
Y： 1， 2，? ? ) (1)
假定各個參數(shù)之間相互獨立，線性無關(guān)，且
函數(shù)連續(xù)可導(dǎo)，則煤耗率的全增量可表示為
Ay=Yl—Y0=fl ll， 2l，? n? 1)一 (2)
f ( l0， 2o，? ， o，? ， o)
或者
Ay=著血。+ ·+ ·+蕞
(3)
式中： Xi 0分別為第i項因素或參數(shù)的運行值
和基準值；
為函數(shù)l廠沿 方向的偏導(dǎo)數(shù)；
似l
為第i項因素或參數(shù)的增量，第i項因素
或參數(shù)Ax = 一 0。
可見在各個參數(shù)不相關(guān)的情況下，各參數(shù)單
獨變化所造成的煤耗偏差等于煤耗率總偏差。實
際運行證明，這種假設(shè)是滿足工程計算需要的。
在實際應(yīng)用中，只需確定不同負荷下各參數(shù)運行
的基準值和相應(yīng)的基準煤耗，即：
Y0=fl lo， 20，?， 0，? 0) (4)
當參數(shù)發(fā)生變化時，變化后的煤耗可表示為：
Yl=Yo+Ay
1．2 機組節(jié)能評價分析結(jié)果
本文采用耗差分析方法，在鍋爐燃燒及制粉
系統(tǒng)、汽輪機及熱力系統(tǒng)、輔機系統(tǒng)3個層面上
進行系統(tǒng)分析和節(jié)能潛力診斷，確定各因素對機
組供電煤耗的影響。爐側(cè)參數(shù)主要采用公式法進
行分析，主蒸汽和排汽參數(shù)主要根據(jù)汽輪機廠家
提供的熱耗修正曲線進行分析，對于影響熱力系
統(tǒng)的各種因素根據(jù)等效熱降法進行計算，缸效率
的影響主要采用小偏差分析法。不同負荷時，機
組主要參數(shù)變化及各典型工況對供電煤耗的影響
如表1所示。
表1 機組主要參數(shù)變化及各典型工況對供電煤
耗的影響情況
Tab．1 Effects of main parameters and typical
conditions on coal consumption
． ． ? ． 供電煤耗增加量／g·(kW ·h)
工況及參數(shù)— —
，變化 眥
2 600 MW 機組節(jié)能優(yōu)化措施與實施
本文以2臺600 MW 火電機組為例，如圖1
第3期 王寧玲，等：大型燃煤火電機組節(jié)能評價與系統(tǒng)優(yōu)化 57
所示。重點開展了燃燒優(yōu)化、汽輪機滑壓優(yōu)化、
順序閥控制優(yōu)化、通流部分間隙調(diào)整和汽封改造
等綜合優(yōu)化措施的研究與實施。
2．1 案例機組概況
圖1 600 MW 火電機組熱力系統(tǒng)示意圖
Fig．1 Schematic diagram of 600 MW thermal
power system
案例機組1：鍋爐為600 MW亞臨界中間一次
再熱、強制循環(huán)、平衡通風(fēng)、單爐膛、懸吊式、
四角切圓燃燒、固態(tài)排渣、緊身封閉、全鋼構(gòu)架
兀型燃煤汽包爐，型號為SG一2023／17．5一M914，
設(shè)計煤種為神華萬里川I煙煤，鍋爐設(shè)計效率為
92．7l％。汽輪機為亞臨界、一次中間再熱、單
軸、三缸四排汽、冷凝式汽輪機，型號為N600—
16．67／538／538，設(shè)計熱耗為7 748 kJ／(kW ·h)。
機組設(shè)計供電煤耗為330 (kW ·h)，2007年機
組實際供電煤耗為338 g／(kW ·h)。
案例機組2：鍋爐為600 MW超臨界一次中問
再熱變壓運行螺旋管圈直流爐，采用四角切圓燃
燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)兀
型露天布置，型號為SG一2 023／17．5一M914，鍋
爐設(shè)計效率為93％ 。汽輪機為亞臨界、一次中間
再熱、單軸、四缸四排汽、冷凝式汽輪機，型號為
N600～24．2／566／566，設(shè)計熱耗為7 747 kJ／(kW·h)。
機組設(shè)計供電煤耗為287 g／(kW ·h)，2007年機
組實際供電煤耗為355 g／(kW ·h)。
2．2 鍋爐燃燒及制粉系統(tǒng)優(yōu)化
影響鍋爐效率的因素有排煙溫度、飛灰可燃
物、爐膛出口煙氣含氧量、空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率、
爐底灰渣可燃物、鍋爐保溫等。鍋爐燃燒調(diào)整應(yīng)
考慮鍋爐飛灰和爐渣含碳量等因素進行綜合優(yōu)化。
案例機組1的煤質(zhì)較穩(wěn)定，運行效率較高，
可通過調(diào)整鍋爐最佳氧量進一步提高鍋爐效率。
分別在 0 MW，480 MW，360 MW負荷下進行試
驗，保持其他參數(shù)不變，調(diào)整送風(fēng)機擋板開度，
改變一、二次風(fēng)量和不同負荷下的鍋爐氧量，確
定氧量變化對鍋爐燃燒效率、蒸汽溫度及其他運
行參數(shù)的影響，得到鍋爐最佳氧量曲線。試驗結(jié)
果表明，通過鍋爐氧量調(diào)整優(yōu)化，可降低供電煤
耗約1．5 g／(kW ·h)。
案例機組2燃用的煤種特性嚴重偏離設(shè)計值，
燃燒劣化，再熱蒸汽溫度偏低約20～30?！?，運行
經(jīng)濟性、安全性較差。燃燒優(yōu)化調(diào)整前，經(jīng)常由
于鍋爐積灰嚴重而發(fā)生垮灰滅火。該機組燃燒調(diào)
整為性能優(yōu)化的重點，技術(shù)難度較大。通過不斷
地摸索和試驗研究，實施了多方面的優(yōu)化措施，
較好地完成了優(yōu)化調(diào)整工作，提高了鍋爐效率，
降低了煤耗。
(1)鍋爐左右側(cè)煙氣溫度偏差調(diào)整。調(diào)整試
驗前，右側(cè)主汽溫度高于左側(cè)，需投入較多減溫
水。試驗調(diào)整表明，鍋爐分離燃盡風(fēng)(SOFA)水
平擺角為5。左右偏差較小，實際運行中可增加偏
置風(fēng)或減弱反切SOFA來調(diào)整煙氣的左右偏差。
(2)再熱蒸汽溫度調(diào)整。圖2所示為450 MW
負荷下，燃燒器擺角以70％ ，80％ ，90％ ，100％
擺動時對過熱汽溫和再熱汽溫的影響。當煤種、
工況不變時，改變?nèi)紵鲾[角， 同時對飛灰進行
取樣分析。經(jīng)分析看到，隨燃燒器擺角增大，飛
灰可燃物也相應(yīng)增加，當燃燒器擺角從90％ 變化
‘ 到100％ 時，飛灰可燃物可達12．06％ 。建議將燃
燒器擺角控制在80％ 以下運行，盡量利用二次風(fēng)
量的匹配來調(diào)整爐內(nèi)燃燒，增加再熱汽溫。
窳
廷
世
70 80 90 99
噴燃器角度／(。)
一過熱汽溫一再熱汽溫一飛灰含碳量
l4
一
10 面
s 幕
4
’
2
0
圖2 噴燃器角度與再熱汽溫曲線
Fig．2 Relationship between the burner angle and
reheating steam temperature
2．3 汽輪機及熱力系統(tǒng)優(yōu)化
影響汽輪機熱耗的主要因素有主蒸汽、再熱
蒸汽、回?zé)?、排汽參?shù)，系統(tǒng)外漏、內(nèi)漏和汽封
間隙等。在2臺案例機組上實施的具體優(yōu)化措施
58 華北電力大學(xué)學(xué)報 2010矩
包括：(1)進行主汽壓力(定滑壓運行)優(yōu)化試
驗，確定不同負荷時最佳主汽壓力；(2)盡可能
使汽輪機汽封安裝間隙保持設(shè)計值，或采用布萊
登汽封和蜂窩汽封進行汽封改造；(3)將汽輪機
的單閥運行方式切換為順序閥方式，從而降低節(jié)
流損失，提高汽輪機效率；(4)減少汽輪機內(nèi)蒸
汽泄漏，有效提高運行經(jīng)濟性，這種改造成本遠
低于通流部分改造。
案例機組2于2008年1O月10日實施順序
閥切換工作，負荷為400 MW，切換后，主汽流
量由1 202 t／h下降為1 176 t／h，降低約2．2％ ，
機組供電煤耗降低約5．0 g／(kW ·h)，同比降低
1．5 g／(kW ·h)，節(jié)能效果顯著。
表2所示為對機組進行間隙調(diào)整和布萊登汽
封改造后，利用耗差分析確定的不同工況下汽輪
機熱耗和煤耗變化情況。
大修后熱負荷試驗數(shù)據(jù)和計算結(jié)果表明，在
360～600 MW 日常調(diào)峰負荷范圍內(nèi)，機組的發(fā)電
熱耗平均降低231 kJ／(kW ·h)，達3％ 左右，發(fā)
電煤耗平均降低8．6 g／(kW ·h)，o滿負荷下，大
修后熱耗降低334 kJ／(kW ·h)，降低4．0％ ，發(fā)
電煤耗平均降低12．5 g／(kW ·h)，降低4％ 。
表2 間隙調(diào)整和汽封改造前后汽輪機熱耗與煤耗變化情況
Tab．2 Heat and coal consumption of steam turbine
before and afIer th retrofit
負荷／MW 600 540 480 420 360 平均
大修前8 464．8 8 506．9 8 690．0 8 800．0 8 950．0 8 682．3
熱耗率／kJ·
大修后8 319．8 8 355．8 8 580．0 8 645．0 8 675．0 8 515．1
(kW ·h)
降低145．0 151．0 110．0 155．0 275．0 167．2
大修前315．2 316．8 322．6 328．1 333．3 323．2
煤耗率／g· 大修
后309．8 311．2 319．7 322．2 321．8 316．9
(kW ·h)
降低 5．4 5．6 2．9 5．8 11．6 6．3
2．4 輔機系統(tǒng)優(yōu)化
在2臺案例機組輔機系統(tǒng)方面實施的節(jié)能優(yōu)
化措施主要包括：(1)循環(huán)水泵優(yōu)化運行。通過
循環(huán)水泵的啟停實現(xiàn)冷端系統(tǒng)運行優(yōu)化，當汽輪
機的做功增加量大于啟動循環(huán)水泵的耗功量時，
啟動循環(huán)水泵；否則停運循環(huán)水泵。(2)調(diào)整給
水泵小汽輪機的軸封間隙，治理系統(tǒng)泄露，減少
高品位工質(zhì)損失，降低能耗，提高機組效率。
(3)高能耗輔機的變頻改造。通過變頻控制，降
低設(shè)備能耗，降低廠用電率。
對比凝結(jié)水泵分別運行在工頻和變頻工況下
30 d的節(jié)能效果，結(jié)果顯示，凝結(jié)水泵改為變頻
運行后的用電量僅為改造前工頻運行時的
34．26％，影響供電煤耗1 g／(kW ·h)左右，節(jié)
能效果顯著，投入生產(chǎn)1個月就已實現(xiàn)節(jié)能效益
30多萬元
3 結(jié) 論
本文基于系統(tǒng)節(jié)能評價技術(shù)與耗差分析分析
方法系統(tǒng)研究了600 MW級火電機組的節(jié)能潛力，
通過對所選典型機組實施綜合優(yōu)化措施，取得良
好的節(jié)能降耗效果。其中案例機組1的供電煤耗
由2007年的338 g／(kW ·h)下降為2008年的
329 g／(kW ·h)，下降9 g／(kW ·h)；案例機組2
的燃燒穩(wěn)定性大大改善，供電煤耗由2007年的
355 g／(kW ·h)下降為326～330 g／(kW ·h)左
右，節(jié)能效果顯著。
參考文獻：
[1]中國電力行業(yè)年度發(fā)展報告2008[R]．北京：中國
電力企業(yè)聯(lián)合會，2008．
[2]楊勇平，楊昆．火電機組節(jié)能潛力診斷理論與應(yīng)用
[J]．中國電機工程學(xué)報，1998，18(2)：131—134．
[3]中國華電集團動力技術(shù)研究中心，華北電力大學(xué)．
6OO MW機組節(jié)能降耗的對策研究報告[R]．2008．
作者簡介：王寧玲(1975一)，女，講師，從事能源，發(fā)電領(lǐng)
域節(jié)能減排政策及關(guān)鍵技術(shù)研究。

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