1000MW超超臨界二次再熱機(jī)組節(jié)能降耗分析

趙詩泉

摘 要：1 000 MW超超臨界二次再熱機(jī)組的引進(jìn)大大降低了發(fā)電煤耗，進(jìn)一步提高了發(fā)電效率。但現(xiàn)階段機(jī)組的節(jié)能降耗仍有很多可以優(yōu)化的方法，該文從機(jī)組的主要設(shè)備出發(fā)，分析其設(shè)計(jì)的節(jié)能降耗理念，另外分析機(jī)組及輔機(jī)的啟動(dòng)和運(yùn)行方式來提出節(jié)能優(yōu)化方案，為1 000 MW機(jī)組節(jié)能優(yōu)化提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：二次再熱；節(jié)能；運(yùn)行方式優(yōu)化；凝泵深度變頻

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

國家能源集團(tuán)泰州發(fā)電有限公司二期工程為我國百萬千瓦二次再熱燃煤發(fā)電示范工程。工程采用我國自主研發(fā)的超超臨界二次再熱技術(shù)，設(shè)計(jì)發(fā)電煤耗256.28 g/kWh，與常規(guī)超超臨界機(jī)組相比，約降低煤耗6 %～7 %。近年來，隨著多地百萬千瓦超超臨界二次再熱燃煤機(jī)組的投產(chǎn)，機(jī)組節(jié)能降耗潛能不斷挖掘，各系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化控制不斷改進(jìn)，有力推動(dòng)了我國火力發(fā)電行業(yè)新技術(shù)的研發(fā)、應(yīng)用，使節(jié)能降耗向不斷向前發(fā)展。

1 主設(shè)備的節(jié)能降耗分析

1.1 主設(shè)備概況

二期工程鍋爐型號(hào)為SG-2710/33.03-M7050，為單爐膛塔式布置、二次中間再熱、四角切向燃燒、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣形式。鍋爐整體采用露天全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其系統(tǒng)簡(jiǎn)單，具有強(qiáng)大的自疏水能力，能夠快速啟動(dòng)，同時(shí)采用高級(jí)的復(fù)合空氣分級(jí)低NOx燃燒系統(tǒng)，受熱面下部寬松，沒有堵灰情況等特點(diǎn)。

汽輪機(jī)采用上海電氣生產(chǎn)的N1000-31 /600/610/610型超超臨界、二次中間再熱、單軸、雙背壓凝汽式汽輪機(jī)，采用1個(gè)超高壓缸、1個(gè)高壓缸、1個(gè)中壓缸和2個(gè)低壓缸串聯(lián)布置的五缸四排汽的單軸方案，并設(shè)計(jì)布置10級(jí)回?zé)嵯到y(tǒng)。由于提高了主汽壓力，增加了再熱次數(shù)和熱力系統(tǒng)的回?zé)峒?jí)數(shù)，機(jī)組循環(huán)熱效率顯著提高，汽輪機(jī)熱耗率大大降低。

2.2 機(jī)組相關(guān)設(shè)備的節(jié)能和優(yōu)化

2.2.1選用二次再熱塔式爐

二次再熱技術(shù)提高熱力循環(huán)。二次再熱技術(shù)大大提高了熱力循環(huán)系統(tǒng)平均吸熱溫度，不僅能提高近2 %的朗肯循環(huán)效率，而且同時(shí)相應(yīng)地降低汽輪機(jī)的熱耗，將近160 kJ/kW·h，相當(dāng)于發(fā)電煤耗降低了近6 g/kW·h。

塔式爐再熱器壓降小，再熱器的設(shè)計(jì)壓降比按傳統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范低40 %左右，按SIEMENS提供的修正曲線，由于其再熱器壓降相對(duì)減少，可使汽輪機(jī)熱耗下降9.6 kJ/kW·h。

2.2.2 配置省煤器上水調(diào)站

鍋爐上水階段及啟動(dòng)階段，進(jìn)入省煤器的工質(zhì)經(jīng)調(diào)站旁路調(diào)閥節(jié)流來控制補(bǔ)水流量。此種配置實(shí)現(xiàn)了機(jī)組單汽泵啟動(dòng)，無需再配置電泵系統(tǒng)，大大減少了啟動(dòng)期間輔機(jī)耗電量，同時(shí)也避免了汽電給水泵的切換操作，簡(jiǎn)化了啟機(jī)流程，尤其是在熱態(tài)啟動(dòng)中機(jī)組并網(wǎng)后可快速加負(fù)荷至500 MW。

通過對(duì)比一期2臺(tái)電泵啟動(dòng)機(jī)組，啟動(dòng)期間10 kV電泵電機(jī)平均電流250 A，從鍋爐上水到電泵退出用時(shí)大約10 h，整個(gè)期間耗電量約3 897 kW·h。

2.2.3 采用低加疏水泵技術(shù)

低加疏水泵可使回?zé)嵯到y(tǒng)中疏水的熱量得以有效再利用，降低機(jī)組的冷源損失，提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，低加疏水泵采用變頻水位控制，在滿足工況要求條件下進(jìn)一步降低電機(jī)功率，節(jié)省廠用電。

2.2.4 煙氣余熱利用技術(shù)回收熱量

為進(jìn)一步降低排煙損失，在脫硫吸收塔入口與引風(fēng)機(jī)出口煙道之間增設(shè)低溫省煤器，利用這些較高的排煙煙溫加熱凝結(jié)水。據(jù)測(cè)算，此舉可以降低約30 kJ/kW·h的汽輪機(jī)熱耗，相當(dāng)于發(fā)電煤耗降低了約0.8 g/kW·h。

3 機(jī)組運(yùn)行方式節(jié)能優(yōu)化探討

3.1 機(jī)組啟動(dòng)過程節(jié)能優(yōu)化

凝補(bǔ)水系統(tǒng)啟動(dòng)優(yōu)化。在機(jī)組啟動(dòng)準(zhǔn)備階段可以不啟動(dòng)凝結(jié)水泵，而通過凝輸泵直接向凝汽器和除氧器注水。此方式可推遲凝結(jié)水泵啟動(dòng)1 h，每次啟機(jī)節(jié)省廠用電400 W·h。

風(fēng)煙系統(tǒng)優(yōu)化使用單側(cè)風(fēng)組啟動(dòng)模式。風(fēng)煙系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)鍋爐吹掃、點(diǎn)火即采取啟動(dòng)兩側(cè)的送、引風(fēng)機(jī)運(yùn)行的方式，而實(shí)際上只需要單側(cè)風(fēng)組就可以滿足啟動(dòng)條件。優(yōu)化后的啟動(dòng)方式為單側(cè)風(fēng)組送、引運(yùn)行，待整個(gè)機(jī)組并網(wǎng)之前再啟動(dòng)另一側(cè)風(fēng)組。采用單側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的方案后，在保證啟動(dòng)需要的風(fēng)量的前提下，風(fēng)機(jī)的電流總共降低了170 A，每小時(shí)節(jié)約電量1 600 kW·h，每次冷態(tài)啟動(dòng)按單側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行5 h計(jì)算，可節(jié)省廠用電8 000 kW·h。

高加系統(tǒng)啟動(dòng)優(yōu)化。在高、中、低旁投運(yùn)后可優(yōu)先對(duì)1、3號(hào)高加進(jìn)行暖體投運(yùn)，提高給水溫度，加快啟動(dòng)速度，同時(shí)也減少了后續(xù)汽輪機(jī)進(jìn)汽后高、低加熱器的滑投操作。

3.2 機(jī)組輔機(jī)設(shè)備運(yùn)行方式節(jié)能優(yōu)化

3.2.1 循環(huán)水泵運(yùn)行方式優(yōu)化

二期循環(huán)水系統(tǒng)為單元制，每臺(tái)機(jī)配置3臺(tái)循環(huán)水泵，其中2臺(tái)泵定速泵，第三臺(tái)為可調(diào)整極對(duì)數(shù)的變速泵。循環(huán)水泵運(yùn)行方式應(yīng)根據(jù)不同季節(jié)江水溫度及負(fù)荷變化做出相應(yīng)的調(diào)整，使整個(gè)機(jī)組達(dá)到最佳真空。長期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明冬季江水水溫較低時(shí)，循環(huán)水冷卻倍率控制在34，春秋季為38，夏季水溫高于25℃時(shí)，冷卻倍率應(yīng)達(dá)到47以上，具體相關(guān)運(yùn)行方式安排見表1。

3.2.2 凝結(jié)水泵深度變頻改造運(yùn)行優(yōu)化

二期汽動(dòng)給水泵采用浮動(dòng)環(huán)密封方式，密封水取自凝結(jié)水。長期以來給水泵密封水壓力限制凝結(jié)水泵深度變頻，18年下半年，我廠進(jìn)行給水泵密封水系統(tǒng)改造，在原給水泵密封水管路上增加2臺(tái)密封水增壓泵，提高給水泵密封水壓力，保證給水泵密封水壓力的同時(shí)實(shí)現(xiàn)凝結(jié)水泵變頻運(yùn)行節(jié)能效果最大化，也為后續(xù)凝結(jié)水參與電網(wǎng)輔助調(diào)頻提供基礎(chǔ)。

在給水泵密封水系統(tǒng)改造后，我們對(duì)凝結(jié)水系統(tǒng)運(yùn)行方式也重新設(shè)計(jì)，主要優(yōu)化如下：（a）改造前凝泵采用變頻控壓方式，除氧器水位通過除氧器水位調(diào)節(jié)站控制。改造后凝泵采用變頻控水位的方式直接調(diào)節(jié)除氧器水位。（b）除氧器水位調(diào)節(jié)主、副調(diào)閥由水位控制模式改為負(fù)荷開度匹配模式，在保證凝水雜用戶減溫水壓力的前提下盡可能保證全開，大大降低改造前由于直接參與水位調(diào)節(jié)造成的節(jié)流損失。（c）加入了改造前后凝結(jié)水系統(tǒng)2種不同控制方式的全自動(dòng)切換邏輯，進(jìn)一步保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

系統(tǒng)改造優(yōu)化前后凝泵功率如圖1所示，通過對(duì)比機(jī)組不同負(fù)荷下，凝結(jié)水泵在壓力調(diào)節(jié)模式與水位調(diào)節(jié)模式功率差值，并扣除密封水增壓泵功率，得出凝結(jié)水泵平均節(jié)能430 kW，每年節(jié)省兩臺(tái)機(jī)組廠用電約700萬kW·h。

4 結(jié)語

在采取上述一系列有效措施優(yōu)化后，發(fā)電廠的運(yùn)行成本顯著降低。其中機(jī)組啟動(dòng)模式和輔機(jī)運(yùn)行模式的優(yōu)化，提高了經(jīng)濟(jì)效益、降低能耗、減少廢物排放對(duì)環(huán)境的影響。事實(shí)證明，機(jī)組的優(yōu)化措施可以為相同類型的機(jī)組提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]王鳳君，黃鶯，劉恒宇，等.二次再熱超超臨界鍋爐研究與初步設(shè)計(jì)[J].發(fā)電設(shè)備，2013，27（2）：73-77.

[2]李大才.1000MW超超臨界機(jī)組汽輪機(jī)節(jié)能改造及運(yùn)行優(yōu)化方案探討[J].中國科技信息，2012（19）：76-78.

[3]宋學(xué)勇.常熟電廠超臨界鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)介紹[J].電站系統(tǒng)工程，2004，20（4）：55-56.

[4]許龍虎.凝結(jié)水調(diào)頻技術(shù)在泰州電廠的應(yīng)用[J].勘測(cè)設(shè)計(jì)，2016（4）：45-48.