发电厂技改工程热机专业的优化设计及关键技术分析

刘骞,徐慎之,朱静,王磊

(1.中机国能电力工程有限公司,上海 200061;2.中国海诚工程科技股份有限公司,上海 200031)

发电厂技改工程热机专业的优化设计及关键技术分析

刘骞1,徐慎之2,朱静1,王磊1

(1.中机国能电力工程有限公司,上海 200061;2.中国海诚工程科技股份有限公司,上海 200031)

科技的发展带动了热力发电厂的技术革新,对火电厂热机设计的技术要求也越来越多.为提高发电厂的工作效率,同时也为了获得更有效的环保节能效果,电力企业也加强了对发电厂技改工程热机专业设计的改进工作,使相关设计具有更强的科学性和合理性.本文就发电厂技改工程热机专业的优化设计提出了一些看法,并对相关技术进行了分析.

火电厂;电站热机设计;优化;技术分析

科学合理的工程热机专业优化设计可以有效预防发电厂技术事故的发生,提高能量动力效率,减少财力物力的浪费,在发电厂技改中一直占有重要地位,由于相关工作涉及到的专业技术支持需求较多,因此已成为发电厂技改的重点研究课题.

1 发电厂热机的工作原理

本文不考虑燃气轮机发电机组,常规火力发电厂基本的生产过程是燃料在锅炉中燃烧加热水转化成水蒸汽,蒸汽压力推动汽轮机旋转,然后汽轮机带动发电机转动,将机械能转变成电能.而如何将燃料充分燃烧释放的能量尽可能多的通过做功获得最大的机械能,是发电厂热机优化设计及技术应用的重点.另外,在加强热机性能的同时,还需要减少对环境的不良影响.

2 发电厂热机专业设计的内容分析

随着电力能源在人们生产、生活中的应用范围越来越大,发电厂承担起的供电压力也随之增加.我国虽然拥有丰富的水力、风力资源,但目前依然以燃煤火力发电形式为主.因此,加强以燃煤发电的热力系统的研究,基于技术改造的基本理论,提高热力系统的优化设计,使相关技术提升设备的经济运行是具有非常重要的现实意义的.在发电厂热机专业设计中,应从传统的常规热平衡理念出发,通过建立构建热力系统的数学模型获得相关系统的分析方程,就可以理清提高热力系统工作效率的技术要素,同时结合发电厂自身的运行状况和特点,包括原有的系统设备和热机系统、电厂方位布局等因素,在专业设计中予以体现,最终以科学的设计、实用的技术应用降低热机的工作强度、提高工作效率.

3 发电厂热机专业优化设计及关键技术分析

本文以某发电厂的技术改造工程为例,就其在新增2台100MW供热机组工作中,对其热机专业主厂房、热力系统、燃烧制粉系统的优化设计及其关键技术进行了分析.

3.1 厂房优化设计

在发电厂技改中,由于厂房场地的限制,常常需要根据热机优化设计的需求对厂房进行改造.在该发电厂的热机优化改造中,为配合技改工作,对厂房进行了相应的改造工作.主厂房改造后,依次为汽机房、除氧器-煤仓间、锅炉、静电除尘器、引风机室、烟囱.

汽机厂房跨度.一般情况下,100MW的高压机组需要厂房跨度满足27m的要求.该厂原有的机组为200MW,这种机组需要厂房跨度满足30～33m的要求.由于其回热系统所需的设备较多,并增加了大管径低压供热管道和安全阀排汽管道,因此,原有的厂房跨度设计定为30m.为适应新的机组,该发电厂将厂房跨度由原来的30m改为27m,一方面节省了厂房体积(约为10853m³),使得成本节省148.9万元;另一方面由于厂房跨度的缩小,使得管道安装的费用节省了约50万元,同时在一定程度上缓解了厂区占工紧张的问题.

汽机厂房高度.该厂原汽机厂房设计高度为24.1m,目的是为了满足高加设备的高度要求以及维修问题.但结合以往的经验发现,高加设备的使用率并不高,而且采用20T的小钩及卷扬机配合使用,也能达到维修起吊的要求.因此,将汽机房高度降为22.245m,使厂房在不影响正常使用的前提下,体积减少了7331m³,节省成本达179.5万元.

3.2 热力系统的优化设计

回热系统.根据原设计中存在的投资高、耗能高、对启停调峰适应性差等问题,该厂采用了两级高加、一级除氧、四级低加、两级蒸汽冷却器、一级疏水冷却器共同组成的quot;2高4低1除氧quot;系统对回热系统进行优化.该系统的纯凝工部分热耗为8223kJ/(kW.h),不仅能够减少能耗,在后期的使用过程中证实了该设计能使每年在热耗方面节省约19.38万元的运营费用,同时也表现出了更好的适应启停调峰的能力.

加热器疏水系统.针对加热器疏水系统的设计,一般采用的液位调节器都是浮球式或电动式两种控制系统.这两种控制系统都存在一定的缺陷,如易磨损腐蚀,而液位调节器又是较常使用的设备,频繁的操作动作会使调节器出现液位失控、卡涩等故障,对于发电厂的正常生产会造成一定的负面影响.针对以上问题,在设计时该厂放弃了传统的液位调节器,而采用了汽液两相流自调节水位控制器,这种控制器在牡丹江第二发电厂疏水系统中的应用取得了不错的应用效果,在该厂后期的系统应用中,汽液两相流自调节水位控制器也表现出了较强的性能,不仅有效地解决了上述问题,同时也起到了较好的节能作用.

加热器空气系统.常规的设计对于加热器空气系统都会采用以一根母管将加热系统的空气管路进行合并,再接入凝汽器.这种设计在实际使用中已暴露出很多问题,比如由于不同压力使得高加排挤低加抽汽、降低加热器的换热效果等.该厂结合以往的经验,在进行这一部分的设计时,采用了将高、低加系统空气管路进行分开设计、单独接进凝汽器的处理方法,有效避免了常规设计的缺陷.

汽封系统.国产机组的汽封系统普遍存在汽封抽汽口与汽封冷却器之间的压差过小的问题,这使得在抽汽管处于高流速的状态下,常常会加大流动的阻力,使抽汽口无法形成负压,造成汽封漏汽,通过挡油环进行轴承箱,使得油质受到严重影响,机组的安全性也难以保障.该厂在设计汽封系统时,通过加大汽管径,使抽汽管内的流速得到了有效降低,减少了流动阻力,更保证了汽封的密封效果.

3.3 燃烧制粉系统优化设计

低负荷稳燃.该厂在设计燃烧制粉系统时,在锅炉炉膛的两个一次风口采用的是双通道自稳式燃烧器,主要目的是为了满足低负荷稳燃要求.但燃烧器是通过预燃室内偏置射流形成的高温烟气回流区,以保证稳定的煤粉气流所需的高温热源,使煤粉稳定着火.这样不仅可以保证煤质的燃烧稳定性,同时也增加了燃烧制粉系统对不同种类的煤的适应性,大大提高了机组的运行性能.

制粉系统.针对制粉系统的设计优化主要体现在节能设计、采用新型锁气器和防磨措施三个方面.通过在同一台炉的两个细粉分离器之间设置落粉交叉管,不仅使磨煤机的启停次数减少,还可以缩短输粉机的长度,节省设备的投资成本,并取得较好的节能效果.在制粉管道的设计中采用具有更好密闭性、更佳调节性的新型球式锁气器,基本可以杜绝由传统的锥式锁气器造成的漏气问题,可以更好地防止粉尘泄漏,在文明生产、环境保护方面的作用非常明显.而防磨措施主要是为了应对劣质烟煤的灰分对设备的强力磨蚀破坏.这一部分的设计工作主要体现在对制粉管道关键部分如渐缩管、再循环管、回粉管等的部位的改造安装,该厂采用粘贴耐磨陶瓷材料加强管理的防磨性能,使制粉管道的寿命得到到了明显的延长.

送粉管道.该厂在进行送粉管道的设计时,放弃了传统的双托板混合器,采用新型的单托板全负压煤粉混合器.这种混合器可以保证混合器始终处于负压状态,从而消除托粉问题,使给粉的均匀度得到提高,确保系统运行的安全性和稳定性,同时降低系统运行的能耗,提高机组的经济效益.

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