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1、超临界空冷火力发电机组能耗诊断与节能潜力评估分析摘要：进入“十四五”发展阶段后，国家对于精细化、可持续发展给予了更 多重视，并重申、强调了节能重要性，以碳排放指标为依托制定了长远的减排规 划，作为该项政策的重点攻坚对象，火力发电主体有必要积极践行社会责任，实 现保量提质。本文聚焦省内某电厂运行实际，对其设备、机组能耗情况进行系统 诊断，并在此基础上进一步设计了节能方案，评估了其节能潜力。关键词：超临界空冷机组；能耗诊断；节能评估前言：近年来我国发电装机容量持续上升，电网系统智能化、大规模的趋势 十分明朗，电力产业作为能源供应主导的地位逐渐稳定，发展态势、前景较为可 观。然而，受新能源技术的限制
2、，当前我国火力发电仍占据绝对优势，燃煤、工 业用水等消耗量极大，排放的CO、SO等气体，一度接近全国总排量的50%，给22节能减排事业带来极大阻碍，有必要对其能耗问题进行深入分析、诊断。1锅炉侧主要能耗指标分析作为发电系统中关键的能源转化设备，锅炉本身运行效率、使用燃煤质量均 会对其节能效果产生较大影响，燃煤质量低，不仅会造成平均供电煤耗的上升， 还会增大废弃、废渣产量，在本文选取的火力电厂案例中，收到基碳、氢等项目 的热力试验值基本在规定范围之内，因此重点关注锅炉性能情况。研究中，锅炉 实际给水温度平均为 258 摄氏度，而飞灰可燃物含量大致为 2.48%，排烟热损失 为 4.76%，炉渣可
3、燃物含量为 1.42%，其他参数表现较好，均未超过 1%。2汽轮机侧主要能耗指标分析2.1 回热加热器运行效果分析在超临界空冷火力发电机组中，回热加热器有着关键的平衡、辅助作用，若 抽气流量出现波动，偏离设计参数时，其可初步分析、估算故障部位，应用时还 要重点关注传热端差情况，保证其在参数范围之内，若端差出现异常，则要及时 检查传热管有无结垢问题，疏水位是否正常。在 THA 工况中，各加热器上端差应 当为-1.7至2.8C，对实际运行工况进行检测后发现，参数基本在此区间之内， 下端差偏离也不明显，因此对机组热耗率的制约并不明显。2.2 各级效率及缸效率性能探究热力试验工况环境较为特殊，焓值计算
4、时，很难保证湿蒸汽区的准确性，这 给低压缸末级性能分析带来一定难度，当其进入排汽环节后，蒸汽状态、流通能 力均无法判断，因此可以借助热力学定律，对低压缸内效率进行计算，即以汽轮 机轴封门杆漏气热量、发电机轴功率等为要素，计算出汽轮机输入热量总值，再 用其减去输出热量，即可得到排入凝汽器的热值，结果发现，相比于设计工况， 系统从进汽至一抽，一抽至二抽等的各个环节中，效率均呈现下降趋势，高、低 缸能耗影响最大，中压缸影响并不显著。2.3 中轴封漏气对功率的影响在所选电厂案例中，主要采用齿型汽封，轴端则应用自密封方案，时间运行 中，高、中压汽封漏气，完成对气压缸的汽封，冗余出来的蒸汽，则直接运送至
5、凝汽器进行冷却，针对运行过程中可能出现的封汽不足问题，还设置了再热冷段 进行补充。对各类漏气量进行热力试验后发现，各类数值基本在设计标准范围内， 但中轴封漏气量却高达74.15t/h，与标准的29.65t/h相差较远，过大的漏气量 之下，机组做功、功率等均会受到较大影响。3空冷凝汽器主要能耗指标分析在该电厂凝气系统中，主要采用了直接空冷模式，抽真空系统、空冷散热器 等是其主要结构，风机直径大约为9.674m，运转时速度为66r/min。在遇到外界 环境炎热、工作温度较高的状况时，整个机组背压会相对升高，一度超过 30kPa 不仅影响节能效用，还会制约其安全性能，因此实践运行中，时常需要喷水降温
6、， 增加了换热部位结垢的风险机率。对背压进行调整试验后还发现，其每下降 1kPa 时，发电煤耗也会发生对象下降，降幅大约为0.998g/kWh，这说明在炎热天气中, 控制背压可以较好地实现节能目标。4超临界空冷火力发电机组节能路径及潜力评估4.1 烟气余热利用改造方式在发电站节能减排方案中，余热利用系统是常用手段，通常设置于锅炉尾部 烟道，在换热器的帮助下，对烟气剩余热量进行二次利用，其整体结构可见图 1 在该系统中，锅炉尾部被划分成 2 部分，分别命名为主烟道、旁路烟道，前者管 路中装配有空气预热器1， 可以提升冷空气温度，减少额外热量损耗；后者烟道 中，设置了高、低温烟水换热器，工业用水、
7、凝结水经过时，可以被提前加热， 从而优化汽轮机抽气性能，达到减少能耗的最终目的。改造结束后，在 THA 工况 下对回热系统进行热力试验，结果发现排烟温度可降至90至100C，与原先的 127C形成鲜明对比，在排挤抽气方面效果显著，每秒可达8至12千克kg，平均 煤耗降低1.34g/kWh。图 1 锅炉余热利用系统结构示意图4.2 高中压缸中间轴漏气量优化方式中间轴漏气量对缸运行效率影响较大，针对现阶段漏气量过大、能源浪费的 问题，首先可以对齿型汽封进行更换，使之与运行实际更加贴合，布莱登汽封就 是不错的选择，它具有可调节、可伸缩的特性，能够满足叶顶间隙的优化需求， 蜂窝也能有效压缩径向间隙值，
8、提升机械经济性能。其次可以对轴封间隙进行人 工调整，这种方式见效较快，也不会产生较多费用，操作时应当并行调整隔板汽 封，但要注意操作技术的控制，防止产生异常振动。4.3机组背压变化应对方式当外界温度较高时，直接空气冷凝器的运行效率会在一定程度上受到限制， 导致换热温差下降，背压显著膨胀，从而导致机组出力受限，无法满足夏季高用 电量需求2。 因此在优化改造中，主要引入了干式冷却系统，在高背压条件下， 对低压缸排汽进行分流冷却，以降低整体背压。综合各种因素考虑，最终采用了 立式三角形空冷凝汽器，将管束立于平台之上，中间呈现一定的夹角，从而提升 系统稳固性，其三维模型图可见图2，同时加装钢板进行密封
9、，防止背面漏风情 况。经热力试验后发现，该系统可分流20%左右的排气，机组背压在此条件下明 显降低，平均为8kPa，机组出力大为改善。凤机爼设备;区机侃fflf图2立式三角形凝汽器三维立体模型图结论：综上所述，伴随市场经济的繁荣、开放，能源耗竭、生态污染等问题 日趋严峻，已经逐渐成为了不可逃避的时代性、世界性话题，作为重要能源消耗 主体，火电厂有义务履行社会责任，通过烟气余热则利用、优化中间轴漏气量等 方式，对超临近空冷机组系统进行改造，同时结合夏季高温环境下，机组背压变 化情况，设计尖峰冷却器进行控制，全面提升火电厂机组降耗性能。参考文献：1薛小军.600MW超临界空冷火力发电机组能耗诊断与节能潜力评估D.华 北电力大学（北京）,2018.2李刚.超临界直接空冷机组空冷岛节能综合改造J.河北电力技术,2017,36(03):50-53.
超临界空冷火力发电机组能耗诊断与节能潜力评估分析
