超超臨界百萬火電機組節(jié)能優(yōu)化探討

超超臨界百萬火電機組節(jié)能優(yōu)化探討

Summary：節(jié)能減排是我國當前發(fā)展中所面臨的的重要問題和任務，火力發(fā)電廠作為一次能源消耗大戶，降低能耗于環(huán)境保護和提高發(fā)電效益均具有重要意義。為實現(xiàn)節(jié)能降耗，本文從主機設備選型、輔機配置、系統(tǒng)運行方式等方面提出了適用于超超臨界百萬機組的可行性方案，即采用二次再熱、閉式水余熱利用、單汽泵組配置、十一級回熱抽汽、煙氣余熱深度多級利用，降耗效果顯著。Keys：二次再熱；余熱利用；節(jié)能優(yōu)化1節(jié)能優(yōu)化的意義隨著我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的深度實施，各行各業(yè)都在推行節(jié)能降耗，而節(jié)能降耗對火力發(fā)電廠更是十分重要，我國煤炭總產(chǎn)量的一半以上都是火力發(fā)電廠消耗的，消耗大量煤炭的同時，對生態(tài)環(huán)境也造成了嚴重污染。同時，燃料費用占電廠總成本40%以上，所以，火電廠必須大力推行節(jié)能降耗，采用先進的技術手段來提高效率，降低能耗，提高能源利用率，從而節(jié)約能源，降低污染物排放，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。2當前現(xiàn)狀目前國內(nèi)百萬超超臨界煤電機組滿負荷供電煤耗普遍在280-290g/kwh，最低可以達到270g/kwh左右，熱電轉化率45%左右，但這只是滿負荷發(fā)電時的指標，事實上幾乎所有煤電均需要參與調(diào)峰，夜間只帶40%-50%負荷時的煤耗一般都要在300g/kwh甚至更高。2021年我國煤電度電煤耗為305克，雖然超臨界和超超臨界機組占比已經(jīng)超過50%，但亞臨界機組還有近4億千瓦，這部分機組的滿負荷煤耗明顯高于305克。此外，目前百萬千瓦超超臨界機組能耗已近乎極限，而最有效降低煤耗的方式，是提高溫度和壓力參數(shù)，但所面臨的材料問題暫無較好的解決方案。因此，可從主機設備選型、輔機配置、系統(tǒng)運行方式等方面著手，優(yōu)化配置熱力系統(tǒng)以及它的輔助設備，科學改進操作的方式、方法，降低熱耗，提高煤電轉化率。3節(jié)能降耗措施3.1采用二次再熱二次再熱是指在一次再熱的基礎上，增加了二次中間再熱，鍋爐側增加一級再熱器，汽輪機側增加一個汽缸，即汽輪機超高壓缸排汽經(jīng)過一次中間再熱后進入一級高壓缸，高壓缸排汽經(jīng)過二次中間再熱后進入一級中壓缸，中壓缸排汽進入低壓缸，低壓缸排汽進入凝汽器。國內(nèi)常規(guī)一次再熱百萬機組的發(fā)電效率在45%左右，發(fā)電煤耗在270g/kWh左右，而采用二次再熱百萬機組發(fā)電效率能提高至47.9%以上，發(fā)電煤耗一般不會超過257g/kWh，可以節(jié)約13克∕千瓦時，如果按照年利用5500小時計算，每臺機組可以節(jié)約7.15萬噸標準煤。而東營公司的兩臺機組設計發(fā)電煤耗更是降到了248.68g/kWh，熱電轉化率49.46%，節(jié)能效果更加顯著。3.2閉式水余熱利用常規(guī)的閉式水系統(tǒng)，開式水吸收的熱量直接排入了大海，閉式水余熱利用系統(tǒng)的設計在保留原有兩臺閉式水換熱器的基礎上增設兩臺閉式水余熱利用換熱器，與原有換熱器并聯(lián)設計，新增的閉式水余熱利用換熱器以軸封加熱器出來的凝結水為冷卻介質(zhì)，將閉式水溫度降到38℃以下后再分配到各閉式水系統(tǒng)設備，在各設備的換熱器吸收了熱量后再匯集到熱回水母管回到閉式水泵，構成完整的閉式水循環(huán)。由于閉式水及凝結水的溫度相差不大，考慮到換熱效果，換熱器端差應至少保持3℃，即只有當凝結水溫度小于33℃時，才可以投用閉式余熱利用換熱器，否則會影響用戶的冷卻效果。在凝結水溫大于33℃時，退出閉式水余熱利用換熱器的運行。經(jīng)計算，當海水溫度達到20℃時，凝結水溫約為33℃，當海水溫度低于20℃時，閉式水余熱利用換熱器即可投入運行。閉式冷卻水系統(tǒng)從各冷卻水設備吸收的總熱量約為11.6MW，該熱量通過凝結水加熱器回收后，可使十一號低壓加熱器的凝結水進口溫度增加約5.4℃，可減少11號低壓加熱器抽汽量約3.678kg/s，降低熱耗2kJ/kWh，對應減少標煤耗約0.073g/kWh，降耗效果顯著。3.3配置100％容量汽動給水泵組給水泵運行時所消耗的能量約占整個機組所有附屬設備能量消耗的50%左右，且給水泵的投資所占比重也較大，所以給水泵運行的經(jīng)濟性直接影響火力發(fā)電廠的經(jīng)濟收益。經(jīng)調(diào)研各給水泵制造廠，1×100％汽動給水泵的效率比2×50％汽動給水泵高1.9％左右。百萬機組1×100％容量汽動給水泵組配置的小機是雙分流、節(jié)流調(diào)節(jié)，同時可以采取補汽方式以增加部分負荷時小汽輪機效率，在THA工況下，杭汽1×100％容量的小機內(nèi)效率為85.3％，比2×50％容量小機內(nèi)效率高約1.5％，且負荷越低，兩種配置方式的小機內(nèi)效率相差逐漸增大。兩臺百萬千瓦容量超超臨界機組，在THA工況下運行，1×100％容量汽泵方案較2×50％容量汽泵方案比，綜合熱耗減少14kJ/kWh，標煤耗0.58g/kwh，每年因此減少的煤耗約3190噸，經(jīng)濟效益巨大。3.4十一級抽汽回熱目前國內(nèi)高效超超臨界機組的回熱級數(shù)一般為九級，與一次再熱機組相比，二次再熱機組多采用十級抽汽，即四級高加、一級除氧器和五級低壓加熱器。經(jīng)過計算，在進汽參數(shù)相同的情況下，十級回熱抽汽與九級相比，熱耗可降低18kJ/kWh。目前十級回熱系統(tǒng)的低壓抽汽口的布置如下：八抽在A缸和B缸的葉片第二級后，九抽在A缸的次末級前，十抽在B缸的末級前。如果要再增加一級回熱抽汽，從給水側溫升看，只能加在八抽前，抽汽參數(shù)為0.25MPa(a)，抽汽溫度約為260℃，流量約15kg/s。根據(jù)回熱系統(tǒng)性質(zhì)，回熱級數(shù)越多性能越好，經(jīng)過汽輪機廠估算，在參數(shù)不變的前提下，在十級回熱基礎上再增加一級回熱抽汽能降低熱耗5～6kJ/kWh。本工程機組的額定參數(shù)是31MPa/600℃/620℃/620℃，進一步的提高主蒸汽的初參，可以提高機組經(jīng)濟性，同時也為十一級回熱創(chuàng)造條件。經(jīng)計算，相比十級回熱抽汽，再增加一級，熱耗可再降低5～6kJ/kWh，單臺機年耗煤量可減少990噸，經(jīng)濟效益明顯。3.5煙氣余熱深度多級利用目前國內(nèi)電廠常用的低溫省煤器，基本原理都是通過凝結水吸收鍋爐排煙的部分熱量，凝結水升溫后進入回熱系統(tǒng)，從而減少相應低加抽汽量，減少的這部分抽汽就可以用來做功發(fā)電，增加發(fā)電量。若保證發(fā)電量不變，則實際上是減少了汽輪機進汽量，鍋爐燃煤量相應減少，節(jié)省了燃煤。相對于直接用煙氣余熱加熱凝結水，空預器旁路方案對煙氣余熱利用效率的提高已無異議，根據(jù)國內(nèi)外工程經(jīng)驗及熱力學原理，按照煙氣余熱梯級利用深度即汽機側能量利用品位從低到高以及系統(tǒng)由簡到繁的排序方法，可采用二級低溫省煤器+空預器兩級旁路+高效熱一次風調(diào)溫方案，系統(tǒng)示意圖如下：該方案在能量利用等級上比傳統(tǒng)方式更加精細化，可將煙氣余熱分成五級，前兩級較高品位的熱量去加熱高壓給水，節(jié)省汽輪機高加抽汽；第三級較低品位的熱量去加熱凝結水，節(jié)省汽輪機低加抽汽；第四級和第五級低品位熱量去加熱空預器入口冷風和部分低溫凝結水，補充鍋爐本體通過空預器旁路損失的熱量并保證空預器冷端平均壁溫，防止空預器低溫腐蝕。經(jīng)計算，該方案在保證鍋爐效率不變的情況下，汽輪機熱耗降低74kJ/kWh，發(fā)電標煤耗降低2.7g/kWh，年節(jié)約標煤1.1萬噸，具有極大的經(jīng)濟效益。4結語經(jīng)以上分析，采用蒸汽二次再熱、回收利用閉式水余熱、配置單臺全容量汽泵組、采用十一級回熱抽汽、深度利用煙氣余熱，都可以在一定程度上降低熱耗，降低煤耗，提高熱電轉化率，不僅能節(jié)約發(fā)電成本，提高企業(yè)效益，更是為環(huán)境保護做出巨大貢獻。相信在火電人的共同努力下，一定可以實現(xiàn)降耗減排的最大化拓展，為我國的可持續(xù)發(fā)展作出卓越的