發(fā)電廠技改工程熱機(jī)專業(yè)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)分析

劉騫,徐慎之,朱靜,王磊

(1.中機(jī)國(guó)能電力工程有限公司,上海 200061;2.中國(guó)海誠(chéng)工程科技股份有限公司,上海 200031)

發(fā)電廠技改工程熱機(jī)專業(yè)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)分析

劉騫1,徐慎之2,朱靜1,王磊1

(1.中機(jī)國(guó)能電力工程有限公司,上海 200061;2.中國(guó)海誠(chéng)工程科技股份有限公司,上海 200031)

科技的發(fā)展帶動(dòng)了熱力發(fā)電廠的技術(shù)革新,對(duì)火電廠熱機(jī)設(shè)計(jì)的技術(shù)要求也越來越多.為提高發(fā)電廠的工作效率,同時(shí)也為了獲得更有效的環(huán)保節(jié)能效果,電力企業(yè)也加強(qiáng)了對(duì)發(fā)電廠技改工程熱機(jī)專業(yè)設(shè)計(jì)的改進(jìn)工作,使相關(guān)設(shè)計(jì)具有更強(qiáng)的科學(xué)性和合理性.本文就發(fā)電廠技改工程熱機(jī)專業(yè)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出了一些看法,并對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了分析.

火電廠;電站熱機(jī)設(shè)計(jì);優(yōu)化;技術(shù)分析

科學(xué)合理的工程熱機(jī)專業(yè)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以有效預(yù)防發(fā)電廠技術(shù)事故的發(fā)生,提高能量動(dòng)力效率,減少財(cái)力物力的浪費(fèi),在發(fā)電廠技改中一直占有重要地位,由于相關(guān)工作涉及到的專業(yè)技術(shù)支持需求較多,因此已成為發(fā)電廠技改的重點(diǎn)研究課題.

1 發(fā)電廠熱機(jī)的工作原理

本文不考慮燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組,常規(guī)火力發(fā)電廠基本的生產(chǎn)過程是燃料在鍋爐中燃燒加熱水轉(zhuǎn)化成水蒸汽,蒸汽壓力推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn),然后汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能.而如何將燃料充分燃燒釋放的能量盡可能多的通過做功獲得最大的機(jī)械能,是發(fā)電廠熱機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)及技術(shù)應(yīng)用的重點(diǎn).另外,在加強(qiáng)熱機(jī)性能的同時(shí),還需要減少對(duì)環(huán)境的不良影響.

2 發(fā)電廠熱機(jī)專業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容分析

隨著電力能源在人們生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用范圍越來越大,發(fā)電廠承擔(dān)起的供電壓力也隨之增加.我國(guó)雖然擁有豐富的水力、風(fēng)力資源,但目前依然以燃煤火力發(fā)電形式為主.因此,加強(qiáng)以燃煤發(fā)電的熱力系統(tǒng)的研究,基于技術(shù)改造的基本理論,提高熱力系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì),使相關(guān)技術(shù)提升設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義的.在發(fā)電廠熱機(jī)專業(yè)設(shè)計(jì)中,應(yīng)從傳統(tǒng)的常規(guī)熱平衡理念出發(fā),通過建立構(gòu)建熱力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型獲得相關(guān)系統(tǒng)的分析方程,就可以理清提高熱力系統(tǒng)工作效率的技術(shù)要素,同時(shí)結(jié)合發(fā)電廠自身的運(yùn)行狀況和特點(diǎn),包括原有的系統(tǒng)設(shè)備和熱機(jī)系統(tǒng)、電廠方位布局等因素,在專業(yè)設(shè)計(jì)中予以體現(xiàn),最終以科學(xué)的設(shè)計(jì)、實(shí)用的技術(shù)應(yīng)用降低熱機(jī)的工作強(qiáng)度、提高工作效率.

3 發(fā)電廠熱機(jī)專業(yè)優(yōu)化設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)分析

本文以某發(fā)電廠的技術(shù)改造工程為例,就其在新增2臺(tái)100MW供熱機(jī)組工作中,對(duì)其熱機(jī)專業(yè)主廠房、熱力系統(tǒng)、燃燒制粉系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析.

3.1 廠房?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)

在發(fā)電廠技改中,由于廠房場(chǎng)地的限制,常常需要根據(jù)熱機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)的需求對(duì)廠房進(jìn)行改造.在該發(fā)電廠的熱機(jī)優(yōu)化改造中,為配合技改工作,對(duì)廠房進(jìn)行了相應(yīng)的改造工作.主廠房改造后,依次為汽機(jī)房、除氧器-煤倉(cāng)間、鍋爐、靜電除塵器、引風(fēng)機(jī)室、煙囪.

汽機(jī)廠房跨度.一般情況下,100MW的高壓機(jī)組需要廠房跨度滿足27m的要求.該廠原有的機(jī)組為200MW,這種機(jī)組需要廠房跨度滿足30～33m的要求.由于其回?zé)嵯到y(tǒng)所需的設(shè)備較多,并增加了大管徑低壓供熱管道和安全閥排汽管道,因此,原有的廠房跨度設(shè)計(jì)定為30m.為適應(yīng)新的機(jī)組,該發(fā)電廠將廠房跨度由原來的30m改為27m,一方面節(jié)省了廠房體積(約為10853m3),使得成本節(jié)省148.9萬元;另一方面由于廠房跨度的縮小,使得管道安裝的費(fèi)用節(jié)省了約50萬元,同時(shí)在一定程度上緩解了廠區(qū)占工緊張的問題.

汽機(jī)廠房高度.該廠原汽機(jī)廠房設(shè)計(jì)高度為24.1m,目的是為了滿足高加設(shè)備的高度要求以及維修問題.但結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),高加設(shè)備的使用率并不高,而且采用20T的小鉤及卷?yè)P(yáng)機(jī)配合使用,也能達(dá)到維修起吊的要求.因此,將汽機(jī)房高度降為22.245m,使廠房在不影響正常使用的前提下,體積減少了7331m3,節(jié)省成本達(dá)179.5萬元.

3.2 熱力系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

回?zé)嵯到y(tǒng).根據(jù)原設(shè)計(jì)中存在的投資高、耗能高、對(duì)啟停調(diào)峰適應(yīng)性差等問題,該廠采用了兩級(jí)高加、一級(jí)除氧、四級(jí)低加、兩級(jí)蒸汽冷卻器、一級(jí)疏水冷卻器共同組成的quot;2高4低1除氧quot;系統(tǒng)對(duì)回?zé)嵯到y(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化.該系統(tǒng)的純凝工部分熱耗為8223kJ/(kW.h),不僅能夠減少能耗,在后期的使用過程中證實(shí)了該設(shè)計(jì)能使每年在熱耗方面節(jié)省約19.38萬元的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用,同時(shí)也表現(xiàn)出了更好的適應(yīng)啟停調(diào)峰的能力.

加熱器疏水系統(tǒng).針對(duì)加熱器疏水系統(tǒng)的設(shè)計(jì),一般采用的液位調(diào)節(jié)器都是浮球式或電動(dòng)式兩種控制系統(tǒng).這兩種控制系統(tǒng)都存在一定的缺陷,如易磨損腐蝕,而液位調(diào)節(jié)器又是較常使用的設(shè)備,頻繁的操作動(dòng)作會(huì)使調(diào)節(jié)器出現(xiàn)液位失控、卡澀等故障,對(duì)于發(fā)電廠的正常生產(chǎn)會(huì)造成一定的負(fù)面影響.針對(duì)以上問題,在設(shè)計(jì)時(shí)該廠放棄了傳統(tǒng)的液位調(diào)節(jié)器,而采用了汽液兩相流自調(diào)節(jié)水位控制器,這種控制器在牡丹江第二發(fā)電廠疏水系統(tǒng)中的應(yīng)用取得了不錯(cuò)的應(yīng)用效果,在該廠后期的系統(tǒng)應(yīng)用中,汽液兩相流自調(diào)節(jié)水位控制器也表現(xiàn)出了較強(qiáng)的性能,不僅有效地解決了上述問題,同時(shí)也起到了較好的節(jié)能作用.

加熱器空氣系統(tǒng).常規(guī)的設(shè)計(jì)對(duì)于加熱器空氣系統(tǒng)都會(huì)采用以一根母管將加熱系統(tǒng)的空氣管路進(jìn)行合并,再接入凝汽器.這種設(shè)計(jì)在實(shí)際使用中已暴露出很多問題,比如由于不同壓力使得高加排擠低加抽汽、降低加熱器的換熱效果等.該廠結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn),在進(jìn)行這一部分的設(shè)計(jì)時(shí),采用了將高、低加系統(tǒng)空氣管路進(jìn)行分開設(shè)計(jì)、單獨(dú)接進(jìn)凝汽器的處理方法,有效避免了常規(guī)設(shè)計(jì)的缺陷.

汽封系統(tǒng).國(guó)產(chǎn)機(jī)組的汽封系統(tǒng)普遍存在汽封抽汽口與汽封冷卻器之間的壓差過小的問題,這使得在抽汽管處于高流速的狀態(tài)下,常常會(huì)加大流動(dòng)的阻力,使抽汽口無法形成負(fù)壓,造成汽封漏汽,通過擋油環(huán)進(jìn)行軸承箱,使得油質(zhì)受到嚴(yán)重影響,機(jī)組的安全性也難以保障.該廠在設(shè)計(jì)汽封系統(tǒng)時(shí),通過加大汽管徑,使抽汽管內(nèi)的流速得到了有效降低,減少了流動(dòng)阻力,更保證了汽封的密封效果.

3.3 燃燒制粉系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

低負(fù)荷穩(wěn)燃.該廠在設(shè)計(jì)燃燒制粉系統(tǒng)時(shí),在鍋爐爐膛的兩個(gè)一次風(fēng)口采用的是雙通道自穩(wěn)式燃燒器,主要目的是為了滿足低負(fù)荷穩(wěn)燃要求.但燃燒器是通過預(yù)燃室內(nèi)偏置射流形成的高溫?zé)煔饣亓鲄^(qū),以保證穩(wěn)定的煤粉氣流所需的高溫?zé)嵩?使煤粉穩(wěn)定著火.這樣不僅可以保證煤質(zhì)的燃燒穩(wěn)定性,同時(shí)也增加了燃燒制粉系統(tǒng)對(duì)不同種類的煤的適應(yīng)性,大大提高了機(jī)組的運(yùn)行性能.

制粉系統(tǒng).針對(duì)制粉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化主要體現(xiàn)在節(jié)能設(shè)計(jì)、采用新型鎖氣器和防磨措施三個(gè)方面.通過在同一臺(tái)爐的兩個(gè)細(xì)粉分離器之間設(shè)置落粉交叉管,不僅使磨煤機(jī)的啟停次數(shù)減少,還可以縮短輸粉機(jī)的長(zhǎng)度,節(jié)省設(shè)備的投資成本,并取得較好的節(jié)能效果.在制粉管道的設(shè)計(jì)中采用具有更好密閉性、更佳調(diào)節(jié)性的新型球式鎖氣器,基本可以杜絕由傳統(tǒng)的錐式鎖氣器造成的漏氣問題,可以更好地防止粉塵泄漏,在文明生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)方面的作用非常明顯.而防磨措施主要是為了應(yīng)對(duì)劣質(zhì)煙煤的灰分對(duì)設(shè)備的強(qiáng)力磨蝕破壞.這一部分的設(shè)計(jì)工作主要體現(xiàn)在對(duì)制粉管道關(guān)鍵部分如漸縮管、再循環(huán)管、回粉管等的部位的改造安裝,該廠采用粘貼耐磨陶瓷材料加強(qiáng)管理的防磨性能,使制粉管道的壽命得到到了明顯的延長(zhǎng).

送粉管道.該廠在進(jìn)行送粉管道的設(shè)計(jì)時(shí),放棄了傳統(tǒng)的雙托板混合器,采用新型的單托板全負(fù)壓煤粉混合器.這種混合器可以保證混合器始終處于負(fù)壓狀態(tài),從而消除托粉問題,使給粉的均勻度得到提高,確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性,同時(shí)降低系統(tǒng)運(yùn)行的能耗,提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益.

[1]李青.發(fā)電廠熱機(jī)部分安全性研究及相關(guān)工程設(shè)計(jì)--以神華神東電力重慶萬州發(fā)電廠為例[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2017,16:125.

[2]王建軍,于黎明,劉甲錕,趙建波.某熱電廠改造機(jī)組選型節(jié)能分析[J].區(qū)域供熱,2016,03:16-25.(2016-06-13).

[3]王曉鵬,喬承龍.淺析中小型熱電站熱機(jī)專業(yè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2014,15:78-79.

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