今年，環(huán)保部、發(fā)改委、工信部等多部委及北京、天津、河北等省市共同印發(fā)“史上最嚴(yán)限產(chǎn)令”——《京津冀及周邊地區(qū)2017-2018年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅(jiān)行動(dòng)方案》。方案提出，在2017年1月15日前，京津冀及周邊區(qū)域要提前完成化解過(guò)剩產(chǎn)能任務(wù)，“2+26”城市完成72臺(tái)機(jī)組、398萬(wàn)千瓦的燃煤機(jī)組淘汰，淘汰的燃煤機(jī)組要實(shí)現(xiàn)電力解列或煙道物理割斷。
在國(guó)家推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，防范化解煤電產(chǎn)能過(guò)剩風(fēng)險(xiǎn)，環(huán)保風(fēng)暴不斷升級(jí)的大背景下，通過(guò)采用先進(jìn)成熟的發(fā)電技術(shù)，對(duì)存量燃煤火電機(jī)組實(shí)施綜合節(jié)能技術(shù)升級(jí)改造，對(duì)于提高整個(gè)火電行業(yè)的能效水平具有很大的潛力空間。
2017年，中國(guó)能建山西院開展了燃煤電廠節(jié)能綜合改造方案研究，挖掘存量煤電機(jī)組節(jié)能潛力，科學(xué)做好亞臨界煤電機(jī)組節(jié)能升級(jí)與改造、延壽與退役等工作。
本研究依托山西魯能河曲發(fā)電有限公司一期工程2×600兆瓦燃煤亞臨界、濕冷機(jī)組，針對(duì)現(xiàn)役亞臨界300兆瓦或600兆瓦燃煤機(jī)組鍋爐、汽輪機(jī)及熱力系統(tǒng)的綜合節(jié)能改造開展研究工作，提出了24項(xiàng)成熟的節(jié)能改造技術(shù)方案，以及3項(xiàng)研究推廣的節(jié)能改造技術(shù)方案，并針對(duì)研究目標(biāo)開展了13項(xiàng)具體的節(jié)能改造技術(shù)方案。
3項(xiàng)研究推廣的節(jié)能改造技術(shù)方案
01節(jié)能診斷
可實(shí)現(xiàn)基于數(shù)字化煤廠的燃料的燃料智能管理;鍋爐運(yùn)行優(yōu)化、冷端系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)和診斷;基于數(shù)據(jù)挖掘的火電廠性能診斷專家系統(tǒng)。
02火電廠全廠負(fù)荷優(yōu)化控制
在SIS系統(tǒng)上設(shè)置一個(gè)應(yīng)用服務(wù)器實(shí)施全廠負(fù)荷的分配運(yùn)算，通過(guò)SIS側(cè)全廠負(fù)荷分配功能和DCS側(cè)協(xié)調(diào)控制功能的連接，利用DCS中的CCS控制器實(shí)現(xiàn)全廠負(fù)荷分配的要求，控制機(jī)組的負(fù)荷。
03 電池儲(chǔ)能系統(tǒng)輔助AGC調(diào)頻
電池儲(chǔ)能快速、準(zhǔn)確的功率響應(yīng)能力，使其在調(diào)頻領(lǐng)域的應(yīng)用潛力巨大。研究表明，持續(xù)充/放電時(shí)間為15分鐘的儲(chǔ)能系統(tǒng)，其調(diào)頻效率約為水電機(jī)組的1.4倍，燃?xì)鈾C(jī)組的2.2倍，燃煤機(jī)組的24倍;同時(shí)，少量的儲(chǔ)能可有效提升以火電為主的電力系統(tǒng)AGC調(diào)頻能力。
13項(xiàng)具體的節(jié)能改造技術(shù)方案
1亞臨界機(jī)組節(jié)能升級(jí)改造技術(shù)
汽輪機(jī)通流部分提效改造、亞臨界機(jī)組改造為一次再熱超超臨界機(jī)組、亞臨界機(jī)組改造為二次再熱超超臨界機(jī)組。本研究提出五個(gè)亞臨界機(jī)組節(jié)能升級(jí)改造方案，并深入對(duì)比得出結(jié)論。
2汽輪機(jī)通流技術(shù)改造技術(shù)
優(yōu)化前后的高壓進(jìn)汽室
采用先進(jìn)成熟的氣動(dòng)熱力設(shè)計(jì)技術(shù)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)技術(shù)及先進(jìn)制造技術(shù)，對(duì)早期采用相對(duì)落后技術(shù)設(shè)計(jì)制造的在役汽輪機(jī)的通流部分進(jìn)行改造，以提高汽輪機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、靈活性，并延長(zhǎng)服役壽命。
3汽封改造技術(shù)
汽封性能的優(yōu)劣，不僅影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，而且影響機(jī)組的可靠性。
在各因素中，對(duì)高、中壓缸功率和熱耗率影響最大的是動(dòng)葉頂汽封，占總損失的40%，其次是表面粗糙度，占31%，軸封和隔板汽封影響分別占16%和11%，通流部分損傷占2%。
為減少漏汽損失，提高機(jī)組安全性和經(jīng)濟(jì)性，國(guó)內(nèi)外各機(jī)構(gòu)對(duì)傳統(tǒng)汽封進(jìn)行了各種現(xiàn)代化改造，已陸續(xù)出現(xiàn)了許多新型汽封。研究小組通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)曲徑汽封等6種型式汽封的特點(diǎn)及應(yīng)用效果的對(duì)比研究，確定了目標(biāo)工程最適宜的選擇。
4冷端優(yōu)化技術(shù)
該項(xiàng)技術(shù)是指根據(jù)給定的冷端系統(tǒng)配置條件，找出機(jī)組在不同負(fù)荷和外部條件下，最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行背壓及冷端系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行方式。
冷端優(yōu)化運(yùn)行，屬于電廠軟件(操作)方面的優(yōu)化措施，固定資產(chǎn)投資為零，僅優(yōu)化試驗(yàn)考慮一定的電費(fèi)、人工費(fèi)和可能的耗煤量增加費(fèi)用即可。優(yōu)化后，機(jī)組的凈熱耗在不同工況下會(huì)有不同程度的降低，THA工況下，經(jīng)過(guò)優(yōu)化的運(yùn)行模式比一味的按照冷端設(shè)施最大出力，機(jī)組背壓降到最低的運(yùn)行模式預(yù)計(jì)可降低機(jī)組凈熱耗約0.3%～1%。
5供熱改造技術(shù)
將純凝機(jī)組改為熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，不僅在一定程度上將提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益，而且用大容量、高參數(shù)、火電汽輪機(jī)供熱替代可能新建或已存在的分散燃煤或燃重油的小鍋爐，實(shí)現(xiàn)集中供熱，可減少鍋爐大氣污染物的排放，符合國(guó)家環(huán)保政策。
6寬負(fù)荷高效運(yùn)行技術(shù)
研究小組深入分析了電廠鍋爐及其主要輔助系統(tǒng)的寬負(fù)荷高效運(yùn)行技術(shù)、電廠汽輪機(jī)的寬負(fù)荷高效運(yùn)行技術(shù)，及其應(yīng)用案例。
針對(duì)目標(biāo)電廠一期1號(hào)、2號(hào)機(jī)組，在額定背壓值下，以步長(zhǎng)10兆瓦，測(cè)試600～300兆瓦各負(fù)荷點(diǎn)，定壓、三閥滑壓、兩閥滑壓、復(fù)合滑壓四種不同運(yùn)行方式下的汽機(jī)主蒸汽溫度、壓力、流量，再熱蒸汽溫度、壓力、流量，給水溫度、壓力、流量，發(fā)電量，計(jì)算各工況點(diǎn)的熱耗值，列表進(jìn)行比對(duì)，找出各負(fù)荷點(diǎn)下的最佳滑壓運(yùn)行控制方式。
7熱力系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)
研究小組深入分析了3號(hào)高加外置式蒸汽冷卻器技術(shù);彈性回?zé)峒夹g(shù);蒸汽引射匯流裝置;疏水系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù);主蒸汽、再熱蒸汽管道系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)，確定了各項(xiàng)技術(shù)適用機(jī)型。
8高效低氮燃燒技術(shù)
基于目前的排放標(biāo)準(zhǔn)(NOx排放限值為50mg/Nm³)下，鍋爐出口NOx濃度的降低將減小脫硝系統(tǒng)的壓力。不但可以減少脫硝還原劑的用量，也可以減少催化劑的用量甚至減少催化劑安裝的層數(shù)，從而使煙氣系統(tǒng)的阻力降低，減少引風(fēng)機(jī)的電耗。
9空預(yù)器密封改造
國(guó)內(nèi)主要空預(yù)器供貨廠商的空預(yù)器密封措施主要包括：密封間隙自動(dòng)控制系統(tǒng)、柔性接觸式密封措施、多道密封設(shè)置。
10煙氣余熱利用技術(shù)
為提高煤炭利用效率，提高發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，降低煤炭用量的增長(zhǎng)速度，減緩二氧化塔、氮氧化物排放量的增長(zhǎng)，低溫省煤器應(yīng)用得到廣泛關(guān)注。主要利用煙氣中的熱量加熱凝結(jié)水、釆暖水，或者直接加熱預(yù)熱器進(jìn)風(fēng)。
11寬負(fù)荷脫硝技術(shù)
為解決燃煤電站鍋爐在低負(fù)荷時(shí)由于SCR入口煙溫低而導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)無(wú)法投運(yùn)的問(wèn)題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)組的寬負(fù)荷脫硝，目前主要的改造技術(shù)有：省煤器煙氣旁路改造、省煤器分級(jí)布置改造技術(shù)、省煤器水旁路改造、彈性回?zé)峒夹g(shù)、低溫脫硝技術(shù)等。
上述方案均能滿足本工程全負(fù)荷脫硝改造的需要，可以作為工程寬負(fù)荷脫硝方案的備選方案
12 暖風(fēng)器節(jié)能改造技術(shù)
根據(jù)目標(biāo)工程現(xiàn)場(chǎng)的布置條件，定了采用固定式暖風(fēng)器、采用抽屜式暖風(fēng)器(暖風(fēng)器全部抽出)、采用抽屜式暖風(fēng)器(暖風(fēng)器大部分抽出)、采用旋轉(zhuǎn)式暖風(fēng)器等四項(xiàng)改造方案。并通過(guò)各改造方案廠用電和蒸汽耗量比較、 暖風(fēng)器改造經(jīng)濟(jì)性分析等確定最優(yōu)方案。
13 一次風(fēng)機(jī)節(jié)能改造技術(shù)
河曲電廠一期鍋爐配套兩臺(tái)離心式一次風(fēng)機(jī)，為使其在低負(fù)荷工況下能耗也降低，決定對(duì)其改造。選取“改造為動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)”、“離心風(fēng)機(jī)配套變頻調(diào)速裝置”、“離心風(fēng)機(jī)配套永磁調(diào)速裝置”等三項(xiàng)改造方案，通過(guò)改造投資估算、節(jié)能分析，得出一次風(fēng)機(jī)采用現(xiàn)有離心式一次風(fēng)機(jī)配置永磁調(diào)速裝置方案的經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，其次是動(dòng)葉可調(diào)軸流式一次風(fēng)機(jī)方案和現(xiàn)有離心式一次風(fēng)機(jī)配置變頻器方案的結(jié)論。
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建設(shè)美麗中國(guó)
中國(guó)能建山西院應(yīng)用本研究方案進(jìn)行現(xiàn)役300兆瓦及以上煤電機(jī)組節(jié)能綜合改造，可使供電煤耗降低10 克/千瓦時(shí)或以上，2臺(tái)600兆瓦機(jī)組年利用小時(shí)按3887時(shí)計(jì)，年節(jié)約標(biāo)煤量49869噸，年減排煙塵750噸，年減排二氧化硫 為1997噸，年減排氮氧化物為1895噸，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
山西院將加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和技術(shù)儲(chǔ)備，為現(xiàn)役燃煤機(jī)組提效改造提供可行、經(jīng)濟(jì)、高效的方案，為建設(shè)美麗中國(guó)貢獻(xiàn)力量。
