電廠節(jié)能技術(shù)

電廠節(jié)能技術(shù)1熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電技術(shù)熱電分別能量生產(chǎn)簡稱熱電分產(chǎn)，它是指以凝氣式發(fā)電廠對外供電，用工業(yè)鍋爐或采暖鍋爐等生產(chǎn)熱能對熱用戶提供熱的功能方式。又稱單一能量生產(chǎn)，即一種熱力設(shè)備只供應一種能量，電能或熱能。分產(chǎn)發(fā)電時不可避免地要放熱給冷源，這部分地為熱能完全沒有利用。分產(chǎn)供熱的低品位熱能，卻是從高品位熱能大幅度貶值轉(zhuǎn)化而來的，結(jié)果造成能源浪費。熱電聯(lián)合能量生產(chǎn)簡稱熱電聯(lián)產(chǎn)或熱化，它是將燃料的化學能轉(zhuǎn)化為高品位的熱能用以發(fā)電，同時將已在供熱式汽輪機中做功后的低品位熱能用以對外供熱，提高了熱能利用率，使熱電廠的熱經(jīng)濟性大大提高，達到節(jié)能的目的。2熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電技術(shù)熱電聯(lián)產(chǎn)的主要優(yōu)點：節(jié)約能源由于熱電聯(lián)產(chǎn)是采用做了功的蒸汽對外供熱，這部分蒸汽冷源損失完全被利用，它的抽汽供熱量取代了分產(chǎn)供熱的鍋爐，因為熱電聯(lián)產(chǎn)本身不僅可節(jié)約能源，并能燃用小型鍋爐難以燃用的劣質(zhì)煤，從而節(jié)省大量優(yōu)質(zhì)煤讓更需要的行業(yè)使用。提高供熱質(zhì)量，改善勞動條件熱電聯(lián)產(chǎn)是集中供熱。供熱設(shè)備集中、大型化，供熱管網(wǎng)規(guī)模大，供熱設(shè)備容量大，用戶熱負荷的變化對供熱系統(tǒng)的壓力狀況、水力工況的波動影響小，再熱質(zhì)參數(shù)較分散供熱時穩(wěn)定，提高了供熱質(zhì)量，保障了熱產(chǎn)品的質(zhì)量。同時因為供熱設(shè)備大型化，易于實現(xiàn)機械化、自動化，減輕了工人的繁重體力勞動，改善了勞動條件。熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電技術(shù)減輕大氣污染，改善環(huán)境我國城市大氣污染的主要原因是燃煤生成的二氧化硫氣體和煤煙粉塵。眾多分散小型供熱鍋爐房，多集中于熱口稠密區(qū)，其危害嚴重。熱電聯(lián)產(chǎn)以大型的電站鍋爐取代了許多小型供熱鍋爐，大鍋爐的除塵效率高，并配以較高的煙囪，從而大大減輕了對城市的污染，使得生態(tài)環(huán)境大為改善。同時，由于熱電聯(lián)產(chǎn)熱效率高，節(jié)約能源，在對外供應相同電能和熱能時，可以減少燃煤量，從而減少了排放，減輕了大氣污染。4IGCC發(fā)電技術(shù)

IGCC發(fā)電技術(shù)是基于煤的氣化技術(shù)，煤氣的凈化技術(shù)、高性能燃氣輪機技術(shù)和燃氣、蒸汽聯(lián)合循環(huán)及系統(tǒng)整體化技術(shù)等多種高技術(shù)的集成體。IGCC先通過煤氣化器將煤氣化成中、低值合成粗煤氣；然后經(jīng)凈化系統(tǒng)將粗煤氣除塵、脫硫、除雜而凈化成精煤氣；再經(jīng)燃氣輪機燃燒室燃燒產(chǎn)生熱能并轉(zhuǎn)化為有效功輸出；還利用余熱鍋爐回收燃氣輪機排氣產(chǎn)生的過熱蒸汽，以驅(qū)動蒸汽輪機再做功發(fā)電。IGCC發(fā)電技術(shù)IGCC發(fā)電技術(shù)原理圖如下所示：6IGCC發(fā)電技術(shù)

IGCC發(fā)電的主要優(yōu)點：飛塵幾乎為零，脫硫率達98%，脫氮率達90%，CO2由于效率高，其排放量亦減少四分之一，能很好的適應環(huán)境指標日益要提高的要求，是燃煤火電的主要發(fā)展方向之一。高效率，且有繼續(xù)提高效率的最大潛力。IGCC電站的高效率主要來自聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，目前燃用天然氣氣輪機單循環(huán)效率已達39%～40%，而聯(lián)合循環(huán)的效率已達58%，最近可望提高至60%左右。耗水量少。比常規(guī)汽輪機電站少耗水30%～50%，使之更適用于水源緊缺的地區(qū)，特別是煤礦地區(qū)，建立坑口電站。能綜合利用煤炭資源，組成多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。煤種適應性廣與煤化工結(jié)合成多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，能同時生產(chǎn)電、熱、燃料氣和化工產(chǎn)品。如，易與生產(chǎn)甲醇、醋酸、合成氣、尿素等化工過程相結(jié)合，使煤炭得到綜合利用，有利于降低生產(chǎn)成本。7IGCC發(fā)電技術(shù)燃煤后的廢物處理量最少，且可綜合利用。脫硫后生成的元素可以出售，有利于降低發(fā)電成本。灰和微量金屬元素熔融冷卻后形成珠狀渣、固化堿金屬等有害物質(zhì)，不僅大大減緩環(huán)境污染，而且可以用作水泥的熟料。能夠利用多種先進技術(shù)使之不斷完善。隨著煤的氣化技術(shù)，潔凈技術(shù)，燃氣輪機技術(shù)和蒸汽輪機技術(shù)等的發(fā)展，都能為它的發(fā)展提供強有力的技術(shù)支撐。當天然氣和油料枯竭時，是改造燃用這些燃料的燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)的最佳方案，是現(xiàn)有燃煤電廠增容改造的主要途徑之一。IGCC的發(fā)展歷程已由煤的氣化應用向其他劣質(zhì)燃料（燃油廠的重質(zhì)殘油、石油焦和瀝青、生物質(zhì)、垃圾等）擴展，形成發(fā)電/工藝蒸汽/化工產(chǎn)品的多聯(lián)產(chǎn)無污染綠化綜合企業(yè)。8IGCC發(fā)電技術(shù)IGCC技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)過原理概念性開拓驗證階段，并進入商業(yè)示范驗證階段。技術(shù)發(fā)展迅速，系統(tǒng)凈效率已提高到42%～45%，單機功率已達300MW等級，正在由商業(yè)示范走向商業(yè)應用。與此同時，許多學者從不同角度看到，煤氣凈化技術(shù)與高效聯(lián)合循環(huán)，熱力系統(tǒng)相結(jié)合的IGCC潔凈煤發(fā)電技術(shù)還有提高性質(zhì)的巨大潛力和降低造價提高經(jīng)濟效益的有效措施；同時又在研究新循環(huán)、新技術(shù)及突破口。9IGCC發(fā)電技術(shù)

隨著IGCC技術(shù)進一步發(fā)展，其單位造價會大幅度降低。下表列出了幾種不同發(fā)電方案的技術(shù)經(jīng)濟指標。項目PCPFBCIGCC常規(guī)帶FGD電站規(guī)模/MW目前300~1300130080~350200~60020105001000供電效率/%目前36~3834.5~36.536~3940~46201040~5050~54用水量比10010070~8050~70環(huán)保性能（排放量比）SOx1006~125~101~5NOx10018~9017~4817~32粉塵1002~52~42固態(tài)廢料100120~20095~60050~95CO21001079895單位造價（$/KW）116014001300~14001400~1700發(fā)電成本mills/(kW·h)48~5756~6654~6649~6310IGCC發(fā)電技術(shù)

美國能源部預測IGCC發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)水平、經(jīng)濟性和排放值的當前水平及可達到的目標如下表所示：年份供電效率/%投資成本/（$/kW）排放值（1b/106Btu）NOxSOx粉塵20004513500.080.200.0220105211500.070.170.01520206011000.060.150.0111煤粉及鏈條爐改造為CFB鍋爐適應性不強煤粉及鏈條鍋爐負荷適應性差，調(diào)整比較困難，滿足不了熱、電需要。且對煤種的適應性比較差。效率低主要表現(xiàn)為燃燒效率低，熱效率差，熱能利用差。爐渣及飛灰含碳量較高。漏風嚴重，環(huán)境惡劣，灰場占地大。故障多特別是長期運行的老舊煤粉、鏈條鍋爐及許多輔助設(shè)備老化。加上制粉系統(tǒng)、轉(zhuǎn)動部件故障率高，效率低下，水冷壁、省煤器、空氣預熱器、過熱器等經(jīng)常出現(xiàn)問題，常需停爐檢修。并且鍋爐整體漏風嚴重，鍋爐處于正壓運行，又增加了對爐體設(shè)備的損壞，形成惡性循環(huán)，機組不能安全運行。

我國20世紀80年代建設(shè)的中小型熱電廠，多采用鏈條爐或煤粉爐。隨著煤種的變化及設(shè)備的老化，煤粉及鏈鍋爐的許多問題亟待解決，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：12煤粉及鏈條爐改造為CFB鍋爐

煤的循環(huán)流化床燃燒是近十幾年來發(fā)展起來的一種新型燃煤技術(shù)，是對傳統(tǒng)鏈條爐和煤粉爐的一項重大革新。它對各類煤的燃燒適應性好，可以有效燃用褐煤，各類煙煤和無煙煤，也燃用如樹皮、木屑、油頁巖、石煤和石油焦等劣質(zhì)燃料，同一臺鍋爐甚至可以同時燃用多種燃料。煤粉、鏈條鍋爐通常呈∏型布置，為單汽包橫置式自然循環(huán)水管鍋爐。改造時，將原鍋爐爐膛后水冷壁向前移動，同時取消煤粉爐的燃燒器或鏈條爐的轉(zhuǎn)動裝置；在爐膛水冷壁下部設(shè)置流化床燃燒室；布風板設(shè)置有放渣口，用于排出爐內(nèi)的灰渣，維持合理的料層厚度，爐膛出口處設(shè)置一級分離器；分離下的物料落入灰池由返料器送回硫化室再燃；細顆粒物料由煙氣夾帶通過過熱器和上級省煤器，在升級省煤器后設(shè)置二級分離器，將煙氣中較細顆粒分離下來并由返料器送回爐內(nèi)再燃；加裝給煤裝置；為使物料充分流化，更換高壓送風機。13煤粉及鏈條爐改造為CFB鍋爐

鍋爐改造部分僅涉及流化床燃燒系統(tǒng)有關(guān)的部分及部分水冷系統(tǒng)。鋼架、汽包均不需要作改造，整個改造盡量做到較小的改動，較少的投資，最佳的改造效果。改造后的鍋爐與原鍋爐相比增設(shè)了流化燃燒室、分離器、返料器、給煤裝置、更換送風機。鍋爐改造示意圖如下圖所示：14火電廠風機、水泵變頻調(diào)速節(jié)能

我國風機水泵擁有量為3700臺，耗電占全國工業(yè)用電量的40%，占全國總發(fā)電量的30%。在火（熱）電廠里風機水泵耗電量占廠用電的絕大部分，鍋爐給水泵耗電占廠用電的61%左右，鍋爐送、引風機約占22%，水除灰的灰漿泵和熱網(wǎng)循環(huán)泵也占有不小部分。這些風機水泵用電方式陳舊、落后，使廠用電率居高不下，長期徘徊在7%～9%之間。我國現(xiàn)行的設(shè)計規(guī)范規(guī)定過大的流量、壓頭裕度系數(shù)均造成在線運行的風機水泵參數(shù)遠大于所需，對機泵的節(jié)能改造，提高單機效率和采用調(diào)速提高系統(tǒng)運行效率，都可有效地大幅度節(jié)約廠用電，技術(shù)經(jīng)濟效益好，投資回收期短，是當前火（熱）電廠節(jié)能的重要途徑之一。

15火電廠風機、水泵變頻調(diào)速節(jié)能風機和泵運行時的變頻節(jié)能原理：

改變風機和泵轉(zhuǎn)速可以改變風機和泵的性能曲線，在管路曲線保持不變情況下，使工作點改變，這種調(diào)節(jié)方式稱為變速調(diào)節(jié)。當泵和風機的轉(zhuǎn)速升高時，泵和風機的性能曲線上移，工作點上移，流量增加；反之，泵和風機的轉(zhuǎn)速下降時，其性能曲線下降，工作點下移，流量減少，從而實現(xiàn)泵和風機的調(diào)節(jié)。變頻器是通過改變電源頻率來改變電動機轉(zhuǎn)速的?？赏ㄟ^降低轉(zhuǎn)速達到節(jié)能的目的。16火電廠風機、水泵變頻調(diào)速節(jié)能風機變頻調(diào)節(jié)與定速調(diào)節(jié)的能耗對比：

表1風機定速調(diào)節(jié)方案能耗表2風機變頻調(diào)節(jié)方案能耗對2種方案節(jié)能情況及經(jīng)濟性能比較可以看出，采用變頻調(diào)節(jié)在使用壽命期內(nèi)可節(jié)約70～100萬元。另外，風機可節(jié)約82640kW·h，節(jié)電率27.2％，節(jié)能效果明顯。負荷率年運行時間/h功率/kW用電量/kWh電費/萬元100120030.0×2=60.0720004.8290150027.3×2=54.6819005.4980180024.3×2=48.6874805.8670150022.1×2=44.2663004.44負荷率年運行時間/h功率/kW用電量/kWh電費/萬元100120030.0×2=60.0720004.8290150021.9×2=43.8657004.4080180015.4×2=30.8554403.7170150012.7×2=25.4309002.0717火電廠風機、水泵變頻調(diào)速節(jié)能有一臺國產(chǎn)200MW機組配備三臺DG400-180型定速給水泵，當主機負荷為180MW時運行兩臺泵，調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失高達2.2MPa，僅此一項每年浪費電能883.9萬千瓦時。如果改用一臺全容量調(diào)速給水泵則可以節(jié)省大量電能。火電廠風機、水泵變頻調(diào)速節(jié)能主機負荷（MW）給水流量（t/h）主機定壓運行主機滑壓運行節(jié)約功率（kW）相對節(jié)電率（%）節(jié)約功率（kW）相對節(jié)電率（%）20061671014.6195019.6918053577017.15105023.0816047087520.59153036.0014041095023.93175043.21由上表可以看出，當主機采用定壓運行方式時，可平均節(jié)電20%，當主機采用定-滑-定運行方式時刻平均節(jié)電30%。19火電廠風機、水泵變頻調(diào)速節(jié)能泵和風機采用變頻調(diào)節(jié)優(yōu)越性表現(xiàn)在以下幾個方面：系統(tǒng)運行時，泵/風機采用變頻變流量系統(tǒng)方案，節(jié)約能源，切實可行，效果明顯。目前常采用PID控制裝置，但這種PID控制適應能力差，對高頻干擾非常敏感。而且由于溫度是負荷相差較大的系統(tǒng)。上述例子中的風機采用變頻調(diào)節(jié)控制可節(jié)電27.2%，在使用壽命期內(nèi)可節(jié)約70～100萬元，經(jīng)濟效益顯著。采用變頻調(diào)速技術(shù)后，由于電機、風機的轉(zhuǎn)速普遍下降，減少了機械摩擦，延長了設(shè)備的使用壽命，降低了設(shè)備的維修費，同時也降低了風機的噪音。應用變頻調(diào)速后，電機可以軟起動，起動電壓降減小，大幅度減小了對電網(wǎng)的沖擊。20節(jié)油點火技術(shù)

電力行業(yè)是我國五大高耗油行業(yè)之一，火力發(fā)電廠啟、停爐及低負荷穩(wěn)燃所耗用的油量十分巨大。一臺600MW鍋爐調(diào)試用油量定額約為6000～8000L。每次停爐后啟動用油量約為300t，按每年停爐3次計算，啟動耗油約為900t。隨著我國電網(wǎng)容量增加，電網(wǎng)峰谷差不斷擴大，尤其是近年來電網(wǎng)負荷逐步達到平衡，在低谷階段，大容量機組被迫低負荷運行或頻繁啟停調(diào)峰。這大大增加了電站鍋爐點火及穩(wěn)燃用油。為了節(jié)省為了省點火和助燃用油，已經(jīng)提出了多項節(jié)油措施。電站鍋爐常采用的節(jié)油點火技術(shù)主要有以下幾類：等離子點火技術(shù)、中頻加熱點火技術(shù)、高溫空氣點火技術(shù)、小油槍點火技術(shù)以及微油點火技術(shù)。在以上這些技術(shù)中，微油點火和等離子點火技術(shù)目前應用最為廣泛。21節(jié)油點火技術(shù)微油點火原理：

利用高能氣化油槍，使微量的油(30～50kg/h)燃燒，并形成溫度很高的油火焰(1600～1800℃)。該高溫火焰首先使一小部分煤粉溫度迅速升高，著火燃燒。然后已經(jīng)著火燃燒的煤粉與更多煤粉混合并點燃它們，從而實現(xiàn)煤粉的分級燃燒，能量的逐級放大，達到點火并加速煤粉燃燒的目的，大大減少煤粉燃燒所需引燃能量，節(jié)省了大型電站鍋爐點火用油。22節(jié)油點火技術(shù)

微油點火系統(tǒng)主要由微油燃燒油槍、高壓風系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、壁溫監(jiān)測、火檢系統(tǒng)等組成。微油點火裝置圖如下所示：23節(jié)油點火技術(shù)等離子點火原理：

等離子點火裝置利用直流電流在介質(zhì)氣壓大于0.01MPa的條件下通過陰極和陽極接觸引弧，并在強磁場下獲得穩(wěn)定功率的直流空氣等離子體，其溫度可達6000K。流經(jīng)等離子火炬中心區(qū)的煤粉在極短的時間內(nèi)迅速著火燃燒，為其它煤粉的燃燒提供穩(wěn)定的高溫熱源，并最終使煤粉全部點燃形成穩(wěn)定的燃燒火炬，達到鍋爐點火啟動的目的。24節(jié)油點火技術(shù)

等離子點火系統(tǒng)是由等離子燃燒器、等離子點火器、電源控制柜、隔離變壓器、控制系統(tǒng)等組成。等離子點火裝置圖如下所示：25節(jié)油點火技術(shù)

大型電站鍋爐機組采用微油點火技術(shù)和等離子點火技術(shù)所帶來的經(jīng)濟效益相差無幾。但是與微油點火技術(shù)相比較，等離子點火技術(shù)初投資費用較大，較前者的初投資費用2倍還多；同時，等離子點火技術(shù)設(shè)備龐大、技術(shù)復雜、維護工作量大，這些都使得該技術(shù)的可靠性降低，限制了等離子點火技術(shù)的市場推廣和應用。26除氧器余汽回收

鍋爐給水的除氧通常采用熱力除氧方式。在機組運行中,有相當多的蒸汽隨著廢氣排至大氣中,導致能源的浪費和環(huán)境的污染。如果能將這部分具有低位熱能的蒸汽有效回收利用,不僅可以減少對環(huán)境的熱污染還能為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。27除氧器余汽回收

除氧器余熱回收主要有兩種方式:一種是安裝換熱器,利用除氧器乏氣的熱量加熱除鹽水或其他生產(chǎn)生活用水；另一種方式是利用熱泵技術(shù)提升低壓乏氣參數(shù),從而將除氧器的乏氣進行充分回收。目前多數(shù)電廠采用第一種方式對乏氣進行回收，其節(jié)能效果和經(jīng)濟效益如下表所示：項目節(jié)能效果經(jīng)濟效益/（萬元·a-1）節(jié)水17500t/a10.5節(jié)熱51350GJ/a80總計90.528電站鍋爐排煙熱量回收節(jié)能技術(shù)

為了防止鍋爐尾部受熱面發(fā)生酸腐蝕，保證鍋爐連續(xù)安全運行，并且考慮到鍋爐需要低負荷運行、煤種變化和煙氣沖刷死角等因素，鍋爐設(shè)計排煙溫度應高于硫酸蒸汽的露點溫度。我國動力用煤產(chǎn)生的煙氣露點溫度在90～110℃的范圍，所以，火電廠鍋爐設(shè)計排煙溫度在130～150℃。如此便有一部分煤炭燃燒產(chǎn)生的熱量沒能被利用，隨著煙氣被廢棄到大氣環(huán)境中，稱之為廢熱。鍋爐排煙廢熱相當于煤炭帶入鍋爐熱量的8％～12％，是當前火電廠鍋爐熱損失中的最大項。對比起來看，發(fā)電熱力系統(tǒng)有大量的冷水需要加熱升溫。例如，電廠補充水(5～25℃)、凝結(jié)水(32～42℃)、采暖熱電廠回水(35～55℃)、采暖熱電廠補充水(5～8℃)、生產(chǎn)生話熱水的自來水(5～20℃)。如果利用系統(tǒng)中的這些冷水吸收鍋爐排煙熱量，就可以顯著起到節(jié)約能源、減少排放和提高效益的效果。29電站鍋爐排煙熱量回收節(jié)能技術(shù)以下為幾種鍋爐尾部換熱器存在的缺陷：玻璃管空氣預熱器：玻璃受熱面最大的優(yōu)點是不發(fā)生酸腐蝕，可以將鍋爐設(shè)計排煙溫度定在較低的水平，但是玻璃管很容易破碎，因為在煙氣和空氣沖刷吹動的環(huán)境中，玻璃管總是處于振動狀態(tài)，時同一長就破碎了，所以，有的鍋爐采用玻璃管空氣預熱器，運行一段時間后，還是拆除了。冷凝換熱器：在鍋爐尾部煙道增設(shè)鰭片式冷凝換熱器，以水為冷卻介質(zhì)，可以把排煙溫度降低到50～70℃。為了防止排煙凝結(jié)水的酸性腐蝕，使用不銹鋼制作冷凝換熱器的冷凝管，管內(nèi)表面附著有鰭片。在小體積的狀況下獲得較大的傳熱面積，煙氣從管內(nèi)穿過，水在管外側(cè)流動。冷凝換熱器源于韓國的CondensingSteamBoiler，僅適合于燃油或燃氣鍋爐，因為燃料中基本上沒有灰。不能用于燃煤鍋爐，潮