“在供電煤耗不斷降低的情況下，再降低煤耗已經很難很難，需要重新審視我們的系統(tǒng)設計，分析現有設計理念的不足之處，對燃煤機組進行整體優(yōu)化。”在6月19~20日中國電力科技網主辦的 “火電廠鍋爐、汽機新技術與節(jié)能改造研討會”上，國家700攝氏度超超臨界創(chuàng)新聯盟技術委員會委員龍輝對燃煤機組節(jié)能潛力如此表示。
“這里提到的‘燃煤機組整體優(yōu)化’就是針對燃煤機組運行中面臨的煤質多變、負荷多變和復雜環(huán)境條件等問題，對燃煤機組的蒸汽鍋爐、汽輪機等主要動力設備及其輔機系統(tǒng)進行整體改造、優(yōu)化，以實現燃煤機組包括安全、環(huán)保在內的整體效能的最優(yōu)化。”中國電力科技網CEO魏毓璞告訴《中國電力報》記者。
近年來，各大發(fā)電集團及相關科研院所積極推進燃煤機組整體優(yōu)化工作，一些先進技術和手段不斷得到推廣應用，供電煤耗整體水平不斷改進。
“節(jié)能剖析”概念提出
“同參數超超臨界機組供電煤耗差別達15克/千瓦時，可以看出超超臨界機組有較大節(jié)能潛力。若能從系統(tǒng)層面整體優(yōu)化設計，將有更好效果。”國電科學技術研究院節(jié)能減排研究所技術部主任王衛(wèi)良在上述會議上表示。
對于大唐集團的基層電廠來說，“優(yōu)化運行”是今年上半年乃至今后一個時期關鍵詞。今年上半年，大唐集團多次召開優(yōu)化運行會議，并組織檢查工作。“優(yōu)化運行”工作的開展，使大唐集團設備可靠性得到很大程度的提升。該活動自2012年開展以來，大唐集團累計完成73臺A級火電機組檢修，其中有80.8%未發(fā)生非計劃停運事件。
今年是華電集團實施燃煤機組整體優(yōu)化工作的第3年。據華電電力科學研究院黃建平介紹，3年來，華電集團已經完成整體優(yōu)化的機組54臺，平均降低供電煤耗13.68克/千瓦時，正在實施過程中的機組69臺。
基于燃煤機組整體優(yōu)化要求，華電國際技術服務中心創(chuàng)新開發(fā)機組“節(jié)能剖析”技術，對機組設備、系統(tǒng)進行剖析、診斷，量化存在的節(jié)能潛力。“我們創(chuàng)新性地提出了‘節(jié)能剖析’的概念，對機組的節(jié)能剖析分為3大模塊、40個剖析單元、210個剖析點、72個剖析試驗。”華電國際技術服務中心節(jié)能主管宗緒東告訴 《中國電力報》記者。目前華電國際已進行了24個火電廠70多臺機組的節(jié)能剖析工作，節(jié)能效果顯著，僅通過運行優(yōu)化調整手段，各單位煤耗平均約降低2克/千瓦時。
“將紅外納米節(jié)能技術應用相關設備，換熱效率能提高10%以上，可降低鍋爐排放溫度5~10攝氏度，同時可降低爐膛出口溫度。”依靠現有傳統(tǒng)技術，燃煤機組進一步降低能耗難度越來越大，為此，長沙天瑞能源科技有限公司總經理聶勤儉提出，應該進行能效評估，分析節(jié)能空間，積極嘗試包括紅外納米在內的節(jié)能技術。廈門大學曹留烜向記者表達了利用核能技術在燃 煤電廠進行節(jié)能降耗嘗試的大膽設想。
對標“設計值”進行優(yōu)化
對標機組設計值成為檢驗機組性能的重要手段。“燃煤機組整體優(yōu)化的主要任務就是在汽機專業(yè)提出汽輪機熱耗率達到設計值方案，在鍋爐專業(yè)提出鍋爐效率達到優(yōu)化設計值方案。”宗緒東告訴《中國電力報》記者。
在進行具體優(yōu)化工作時，有時候也能達到比設計值還優(yōu)良的效果。“通過對浙能嘉興電廠2臺百萬機組設備和系統(tǒng)進行整體優(yōu)化，2臺機組平均廠用電率為4.015%，比設計保證值5.3%還低1.285%；2013年平均供電煤耗比優(yōu)化前下降7克/千瓦時，供電煤耗指標接近國內最好水平，跨入國內先進機組水平行列。”在上述會議上，浙江浙能技術研究院生產技術部科技主管倪定介紹道。
據了解，截至今年4月計劃檢修，該廠7號機組實現長周期連續(xù)安全運行647天，創(chuàng)全國百萬機組連續(xù)運行最長紀錄，獲得2013年度全國能效對標及競賽優(yōu)勝機組100萬千瓦級一等獎第一名。
近年來，新投產大型機組參與電網調峰運行，具體到單臺燃煤機組，其利用小時數逐年降低，低負荷運行時間增加。相關數據顯示，大部分電廠2013年的負荷率不到70%。當火電機組“吃不飽”，運行數據達不到設計值的時候，機組效率該如何保障呢？“應盡早開展機組低負荷運行優(yōu)化工作，以提高機組低負荷運行時的經濟性。”廣東電網公司電力科學研究院鍋爐所溫智勇認為：“因負荷調度影響，燃煤機組會在低負荷下長期運行，燃煤機組的低負荷運行優(yōu)化研究本質是將汽輪機、鍋爐、熱工協調控制等節(jié)能技術充分結合，以提高機組的整體效率和經濟效益。”據溫智勇介紹，他們對江門某電廠5臺機組進行低負荷運行優(yōu)化，5臺機組整體效率得到很大的提高，供電煤耗下降約3克/千瓦時。
深挖主機設備節(jié)能潛力
“鍋爐和汽機是燃煤機組整體優(yōu)化節(jié)能潛力最大的兩個部分。”魏毓璞向《中國電力報》記者表示。
燃燒優(yōu)化問題一直是燃煤機組鍋爐技術的關鍵。目前，我國儲量豐富的準東高鈉煤在燃燒過程中會發(fā)生嚴重的沾污結渣問題，僅能以摻燒方式利用，而摻燒比例必須控制在較小范圍，限制了準東煤的大規(guī)模高效純燒利用。
“2012年以來，針對準東煤和低階煤利用中所存在問題，我們進行了低質煤方向的專項攻關。通過近幾年努力，東方電氣中央研究院和東方鍋爐在準東煤的純燒利用技術及低階煤分級利用技術上完成了大量創(chuàng)新型工作，所開發(fā)技術可大大提高低品質煤的利用效率。”東方電氣集團中央研究院曹立勇博士向《中國電力報》記者介紹了東方電氣這一關鍵創(chuàng)新技術，“將來高鈉煤如果能夠順利實現純燒利用，以現在我國煤炭年產量計算，準東煤田夠全國使用約100年。”為了保證機組經濟指標的領先，國內新建100萬千瓦超超臨界機組不斷采取各種創(chuàng)新措施。相關專家介紹，對于汽輪機來說能做的最重要的無非就是提高進汽參數和冷端優(yōu)化。在熱電聯產發(fā)電廠中，汽輪機冷端系統(tǒng)運行的狀態(tài)對機組的經濟性影響非常大。記者采訪了解到，機組的冷端治理工作已經從以往傳統(tǒng)的真空漏泄治理、提高背壓、電量消耗轉向低溫熱源的深度利用方面，且潛力較大。
“結合30萬千瓦級機組改造成功經驗和60萬千瓦級機組投運情況，采用最新通流技術對60萬千瓦機組整機通流進行改造，可使機組煤耗降低7~9克/千瓦時，同時機組可靠性大幅提高。”長期從事大型電站汽輪機設計、服務工作的余宏才告訴記者。
國家核電上海發(fā)電設備成套設計研究院劉網扣表示：“國內電廠應結合自身電廠冷端設備的運行情況,提出冷端設備或系統(tǒng)的性能監(jiān)測和診斷方法，結合冷端系統(tǒng)運行方式優(yōu)化，改善設備運行水平、提高機組冷端性能、降低機組煤耗。”提高汽輪機組冷端性能，投入小、見效快，是電廠節(jié)能降耗、提高機組熱經濟性、實現效益最大化的有效途徑。
廠用電率下降空間較大
“我們將高溫煙氣換熱器嫁接到燃煤機組，替代脫硝電加熱器進行尿素熱解，從而以低值能（煙氣）替代高值能（電能），降低廠用電率近0.2%。”江蘇昆山市三維換熱器有限公司顧安生接受 《中國電力報》記者采訪時介紹，今年上半年，華能巢湖電廠60萬千瓦機組鍋爐已經安裝2臺高溫煙氣換熱器，電加熱器完全退出，廠用電率顯著降低，這在全國燃煤機組屬于首創(chuàng)。
“基于熱泵余熱回收系統(tǒng)的熱電廠冷端優(yōu)化運行方式，不需要進行再投資，調節(jié)靈活，將熱泵系統(tǒng)改造后的升壓泵及其系統(tǒng)，應用于電廠的正常運行時的機組冷卻，在滿足不同季節(jié)的環(huán)境溫度和負荷變化機組冷卻需要的前提下，有效地節(jié)省了廠用電的消耗。”大唐集團科學技術研究院火電所趙文波介紹，該方法將以往的電廠循環(huán)冷卻系統(tǒng)與改造后的熱泵余熱回收系統(tǒng)進行合理的選擇和組合，實為發(fā)電廠領域進行深度節(jié)能挖潛的一種新方式和方法。
風機和泵類設備是電站鍋爐和汽輪機的主要輔機，也是電站輔機的主要耗電設備，直接影響著廠用電的大小。“國內在電廠輔機調節(jié)方式的經濟性研究上存在不足。
20~100萬千瓦機組風機設計或適時改為變頻調節(jié)方式，這樣可以大大減少廠用電。其收益與煤價、上網電價以及負荷狀況等有關。”中電投河南電力公司技術中心尹金亮表示，“從今后國產機組運行經濟可靠的發(fā)展要求來看,開發(fā)大容量、高可靠性以及高效率的變頻換流驅動設備,是國內機電行業(yè)發(fā)展的大勢所趨,也是大型火電機組高速大容量旋轉機械驅動方式的最佳選擇。”相關資料顯示，泵類機械作為我國重要通用機械和耗能設備，其用電量約占全國用電的20.9%。“基于能耗系數指標的節(jié)能理論對泵站的優(yōu)化改造具有重要的指導意義。”長沙理工大學能源與動力工程學院教授李志鵬在上述會議提及，在國家對節(jié)能降耗的支持下，針對某些落后泵站系統(tǒng)，相關企業(yè)要建立優(yōu)化節(jié)能意識，向系統(tǒng)節(jié)能方向發(fā)展，達到節(jié)能最大化。
“降低廠用電率應該通過優(yōu)化系統(tǒng)設計來提高用電設備的效率。采用其他能源方式驅動用電設備來降低廠用電率，應以不降低電廠熱效率為宜。”中電投平圩發(fā)電有限責任公司汽機主管楊金礦強調。
“燃煤機組整體優(yōu)化涉及電廠很多細枝末節(jié)，每一個環(huán)節(jié)的改進，每一項數據的更新，都將推動燃煤發(fā)電領域的技術進步。”魏毓璞總結道。
