提高火力发电厂能源转换效率的实践举措研究

国能宁阳生物发电有限公司 李 贞

我国能源问题日益突出，根据建设节能型社会需要出发，对提高能源效率提出了更高的要求。煤是一种不可再生资源，从实施和推进可持续发展战略的角度出发，开展火电节能工作势在必行。节约能源对于提高电力系统的经济性具有重要的作用，对于整个国家都具有重要的意义。

1 火力发电厂发展现状

我国电力设备相对落后，其耗电量远高于发达国家。火力发电厂占全国装备能力的大部分，同时消耗了大量的煤炭资源。

设备质量差。很多火力发电厂没有考虑环保性能，选择低成本、质量差的锅炉装备，导致锅炉设备存在动作不稳定、故障率高、更换大等严重问题。还存在燃料燃烧效率低的严重缺陷。锅炉后期零部件数量的增加，造成锅炉的能源浪费[1]。

煤炭质量问题。火力发电厂的锅炉主要是以煤为燃料，采用层状燃烧煤，因此煤炭质量决定着锅炉燃烧效率。在我国供货商提供给电厂的煤炭质量很差，很多是直接供应未经处理的原煤，对部分分段加工，供货商会在销售过程中获得更大利润。把各种等级的原煤混合，作为混合物卖给发电厂。研究表明，入炉煤质量很低，燃烧过程中产生的热量达不到锅炉设计值。分层燃烧时条件很差，锅炉输出效率很低，煤不能完全燃烧，造成了煤炭资源的大量浪费，造成了严重的环境污染。

锅炉运行问题。锅炉运行负荷率低是能耗的主要因素之一，煤质不能满足锅炉运行的要求，造成了选煤厂出口管道堵塞，导致选煤厂出力下降，锅炉甚至发生爆炸，造成锅炉设备受损严重，能源利用效率下降，能耗增加。

锅炉维护水平不足。在锅炉长时间运行时，由于缺乏足够的日常维护造成锅炉内炉渣没有及时清理，表面炉渣持续增加，影响燃油燃烧效率，造成能量的浪费。锅炉因长时间使用和维修工作或安装工艺不当，产生的一系列设备磨损和部件老化问题，运行管理水平较低，无法检测锅炉实际运行情况。有些操作员是凭经验操作，没有专业技术、也没有对锅炉运行做出正确的判断，锅炉运行状态也不是最佳的能源利用状态。

燃料消耗较大。锅炉机组设备运行中，很多电厂没有采用等离子点火技术，因而电厂启动、停机时燃料消耗量也随之增加。如锅炉遇到汽轮机的定速、但电网接线准备不充分，或锅炉达到了脉冲旋转参数而汽轮机无脉冲旋转条件，则燃料废弃率将提高。用来启动300MW机组需17吨燃料。在火力发电厂中，节能对提高经济效益是十分有益的。对燃料进行科学管理可实现节能减排。全面科学合理的燃料采购、质量检验、腔体检验安排，有利于节能[2]。

2 火力发电厂燃煤节能措施

正确制定节能计划。各火力发电厂的情况各不相同，对火力发电厂的节能环境进行分析，必须结合各自的实际情况正确制定有效的节能计划和程序。制订目标节能对策，制定电厂特有的节能方案，达到科学降低能耗、提高经济效益的目的；减少锅炉燃油使用。不用时严格控制锅炉的温度和压力。科学地利用涡轮旁路等方法，在不使用燃料的情况下降低涡轮缸温，缩短了机组冷却时间，降低了燃耗，方便了机组维修工作状态。

优化锅炉传热效果。锅炉的燃烧最终目的是达到传热性能，在锅炉运行过程中，传热的主要部件有过热器、水墙、节能器等。水壁是锅炉传热的重要组成部分，提高锅炉系统输出功率，达到优化传热效果，仅保证其它传热组件正常工作，达到节能的目的；保证锅炉密闭性能。锅炉的运行状态决定了火电的效率，若存在气体泄漏或缺陷，锅炉机组的整体能耗将明显增加[3]。锅炉泄漏是锅炉最常见的一种缺陷，锅炉自身密封不良或损坏会造成空气泄漏。炉漏使炉膛压力急剧升高，锅炉在排气过程中热损失增大、感应牵伸式风机的电量消耗增大、锅炉燃烧能耗增大。为防止锅炉泄漏，应加强对锅炉的检查与维护，确保锅炉始终保持良好的气密性，并定期检查锅炉内外部件，发现潜在的安全隐患，出现锅炉质量问题需及时修理。

提高员工节约能源意识。科学管理燃料，加强员工节油技术培训，落实激励措施，提高员工节油意识，做好节油工作。在锅炉起停或异常运行时要根据实际情况及时开闭冷凝水。在锅炉运行过程中，要仔细检查排污口和排污口，及时发现问题、迅速采取有效措施，减少不必要的损失，实现节能目标；烟道废气废热的合理回收。空气预热器主要用于回收锅炉烟道的余热。加热面位于锅炉的边缘，可回收锅炉运行中产生的烟气余热，提高了锅炉的热能利用率。注意管网的绝缘，热蒸汽管道和其它加热装置能减少暴露在空气中的热量。为确保安全须加强管网的绝缘。选择绝热材料时要注意材料须具有优异的隔热性能和较低的导热性，其机械性能不能在高温环境中受到影响。为防止吸湿管道的腐蚀，需降低其表面附着力。管道选择要注意尽量采用直径最小的管道，可有效缩短运输距离，保持较小的压力损失[4]。

图1 火电厂节能减排综合优化模型

3 提高火力发电厂能源转换效率的实践策略

3.1 高温气热参数

增加蒸气初始温度有利于提高热经济性，初期温度升高与气体的释放有关。蒸气保留能力增加、减少蒸汽量意外泄漏。提高蒸气的初始压力则排气量升高，加重了湿气的损耗和浪费，可维持气体量会积聚，会浪费更多气体。因此，需将蒸煮的时间控制在最低限度，确保蒸气初始压力，能较好地降低损失。改进蒸汽参数已成为国内外主要发动机制造商追求的目标，从亚临界、超临界机组到目前的超超临界机组，国外还在不断地进行技术研究，使蒸汽温度达到650℃[5]。但在蒸汽参数的每一步中，对锅炉和汽轮机的材料质量要求都很高，主机设备的成本也相应增加。

降低汽轮机排汽参数。循环冷却水温度根据电厂的地理位置和气候条件在一定范围内变化，限制了汽轮机排气参数的下降。减少锅炉烟气排放所造成的热损失。采用低温节能器是提高高温烟道煤气利用率的有效途径。排风损失是锅炉运行中最主要的热损失。国内很多电厂锅炉的排烟温度都远超设计值。本发明利用低温节能器吸收排出的热量降低排气量，，节约能源，利用低温节能器吸收排出的热量，降低排出温度，加热回汽轮机。加热器系统是汽轮机热力系统中替代部分低压加热器的重要组成部分，低温节能器节约了部分再生抽汽，当发电能力不变时可节省机组能耗。它是低温节能器的最大特点，有别于普通节能器和回收废热锅炉。

3.2 降低蒸汽的最终参数

降低最终参数对单元的影响。减少参数，热循环效率将继续提高、气态水分增加。发电厂使用了各种各样的水并将会消耗大量的水，造成无法估计的经济损失。为更好地利用地理环境，循环水选择应遵循节约资源、运输距离短等原则。蒸汽参数在火力发电厂运行中又称真空度，是影响燃气轮机机组经济性的重要指标，能很好地反映系统压力的实际值。

3.3 水蒸气再热循环

改进热机制造工艺，扭转复杂度。蒸汽动力循环主要用于火力发电和核能发电，在现实生活中动态循环被用于工作。水蒸气是不燃烧的，只能从空气中吸热，所以需要锅炉设备。可利用太阳能、水能和地热能产生废热等能量。

3.4 使水流量恢复到热循环状态

汽轮机用于蒸汽热循环，蒸气的一部分送至供水加热器的中央。从理论上讲，废气再生系统是热力系统的基本结构。抽气部分高温气体加热锅炉可降低低温耗能，一种特定泵容量的蒸汽在完成工作后不被抽出来进冷凝器时，冷水释放热量。避免高温热量的浪费，采用点式可显著降低能耗。与此同时，热气使水流受热时水温升高，所有工作都会产生热损耗。

温度适宜是受条件和技术资本运用等一系列问题的影响限制，如被加热的水流提高了温度，将导致资源的消耗排放大幅度增加，锅炉效率大幅度降低。连续加热时还会增加锅炉蒸发能力和高压流量，尽管火力发电厂拥有能源，但水恢复得越多消耗的资源也就越多。因此须尽可能降低加热器的性能要求并提高其性能。加热器蒸气饱和温度及炉膛空气温度。表面加热器可用高精度结构设计达到最大化，主部件连接在锅炉和汽轮机内部并与排气管相连，气体和热回收系统、冷凝液系统、除氧系统、水泵联系系统。排出装置常用于排气回收系统，又称除气装置系统。

3.5 复合水热回收循环

蒸汽技术也称为再生循环，通过升华吸收热的过程产生在肯循环的条件下，水蒸气产生的能量以循环水为基础的液化过程，以液化为主，锅炉水温为结露后的饱和温度。电容器内温度很低，所吸收热的平均温度不高，利用排气加热会产生热再循环。

3.6 温差电循环系统

利用火力发电厂的低热量热能发展热电联用，为各种用户提供能源，节省电力产生的能量，减少废物，获得最大经济效益。热电联产在输送电力这段时间内释放的热量会被用来加热，不会造成环境污染，能耗比利用率超过50%，减少能源浪费和损失。热电并网供电系统最大的优势是节省成本。热系统连接方式直接影响到节能器的经济效益、分析计算方法及运行安全可靠。将低温节能器与热系统连接有很多种方案，实际上只有两个连接系统。

低温节能器与热力系统串联。在一个热系统中，叫做并行系统。低温节能器被分成两级，分别位于第六和第七级低压加热器之间。首级设置于空中出口。在预热器和电沉淀器入口之间的烟道内，烟道气体的温度从123℃冷却到105℃左右；二级配置在吸收塔入口，冷却约110℃至95℃左右烟道气体温度。采用串行运行方式，低温节能器单元在VWO状态运行时，由100%低温节能器加热的7号低供水口冷凝水，使冷凝水达到86.5℃。进6号加热炉。烟雾的温度从123度降到95度。安装低温节能器后5号和6号低热萃取蒸汽分别增加了0.394kg/s和0.606kg/s，而降低了5号和6号低热萃取蒸汽的含量。当中压缸入口蒸汽参数不变时，汽轮机输出功率由719.301MW提高到723.271MW，电量可增加3.97MW。

通过回收部分烟气热量，低温节能器节约了煤，其经济优势更加明显。该烟道气热交换器回收的热量约为23.68MJ/s。THA运行条件下汽轮机热消耗由7292kJ/kWh降至7254kJ/kWh，绝对效率提高了机组的0.26%。该厂的发电效率提高了0.24%，减少了1.4g/kWh的标准煤消耗。该单元也能产生3300kW的电力负荷。用电网供电的价格是0.436/千瓦，如每年等值运行5500小时，各单位全年净收益可增加791万元。

使用低温节能器，烟道气系统电阻提高了大约800Pa，耗电增加了900kW/W。因为感应牵伸式风扇入口的烟道气体温度降低，其耗电量将减少约400kW/机组。在脱硫吸收塔的上游设置了低温节能器，降低了进入脱硫吸收塔的烟气温度。在吸收塔的情况下，将烟道气体从入口温度不含GGH为125℃降低到出口温度时，需大量的水蒸发，进口温度越高蒸发越大。结果表明，采用GGH的脱硫系统其耗水量大约是GGH时的四分之三。与GGH相似的低温节能器能降低烟气温度，节省脱硫系统的水分。通过对电厂两台不采用低温节能器(及无GGH)脱硫系统的分析，初步计算表明该装置耗水量约200t/h。采用低温节能器脱硫系统所用水量约为150t/h。节水率约50t/h。以工业用水每吨工业用水0.5元计算脱硫系统用水，如每年等值工作5500小时，年节用水费用为137500元。

综上，通过有效的节能措施，可以减少火电的能耗，满足能源需求，减少环境污染。需要大力改进并不断提高火力发电厂热能量转化效率，合理规划电能，减少能源浪费。