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电厂热力系统节能技术的应用措施

2021-07-30 112 上传者：管理员

摘要：在我国，大多数采用次关键技术的火力发电厂只能以30%~40%的效率工作。剩下的60%~70%是在发电、输电和配电过程中损失的，其中最主要的损失形式是热量。目前，节能降耗要求火电厂采取节能降耗措施，建立节能降耗评价体系对火电厂整个节能工作具有指导意义。

关键词：
功率输出
火力发电厂
电厂热动系统
节能优化
节能降耗
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火力发电厂由各种循环和子系统组成，如空气和烟气循环、主蒸汽循环、给水和冷凝水循环、燃料和灰循环、设备冷却水(ECW)、辅助冷却水(ACW)系统、压缩空气系统、电气辅助动力和照明系统、HVAC系统等。

一、热力系统经济指标

(一) 系统效率

凝结水系统，是热动力系统的重要组成部分，它由凝汽器、水循环泵、真空泵、除凝泵、给水泵组成，条件的恶化将直接影响蒸汽消耗和功率输出。当单位蒸汽消耗恒定时，如果真空恶化1%,引起涡轮轴承的中心偏置，甚至引起涡轮的振动，因此，冷凝-蒸汽系统的运行直接影响机组的热经济性和可靠性。凝结水系统优化运行的关键是根据不同的条件调节循环流量，以获得最佳的真空度。得到了循环水温与循环水流量对水压力影响的拟合关系。根据凝汽器的结构特点，将其数学模型分为壳体侧段和管侧段。划分为三个区域，即蒸汽区、空气区和热水区[1]。

同时，冷凝管侧包括冷却水管束和管内的冷却水。针对热水井水位上升的故障条件，使管束的一部分可能被淹没，可将管侧划分为裸露部分和淹没部分。每个部分的部分由热井水位决定，凝汽器的补水和循环用水的补水对凝汽器性能参数的影响，根据凝汽器压力与环境压力的差压。凝汽器的绝对压力是蒸汽部分压力和不可凝气分压的总和。冷凝器壳侧蒸汽质量是指流经凝汽器的蒸汽质量与凝结的蒸汽质量之间的不平衡。冷凝器壳的蒸汽质量需要我们高度重视，在真空系统中加强气体的输出，从源头上防止热传递的损失。冷凝器的蒸汽蒸发，需要加强管理，实现系统的优化运行。

在这些运行系统中，热的损耗是各不相同的，必须针对具体情况对这些循环的能源进行调节，从根本上提高能源使用的效率，避免真气质量的不平衡。例如，可以通过蒸汽系统的优化真空处理，加强真空系统的能源优化，高排放的能源质量，防止气体的损耗。排汽主指用真空泵抽出的蒸汽。蒸汽冷凝不凝汽器的质量包括冷却水管壁上的冷凝质量和环境冷却引起的冷凝质量。不可凝气体主要包括各种空气泄漏和由空气萃取器排出的空气。本文以真空泵冷却水温度为例，分别在15摄氏度、20摄氏度条件下对煅烧后期冷凝蒸汽系统进行了优化真空处理。在结果方面，我们提出了两个版本，一个是真空泵，另一个是没有真空的PUMP功率增量，以进行比较分析。

为了在全球市场上保持竞争力，电厂管理者必须在确保供电可靠性、安全性和保障性的同时，尽量减少运行和维护(O&M)费用。蒸汽发电厂(SPP)的性能是其基本结构(即布局和设计)、可用性(维护方面)、运行效率(训练有素的人力)、安全和安保以及其他监管方面的功能。了解其结构将有助于改进性能、设计、维护计划等。应用图论和矩阵方法建立了煤基蒸汽动力装置性能评价的数学模型，详细介绍了煤基蒸汽动力装置锅炉系统结构图、各种系统结构矩阵及其永久函数的编制方法。在开发锅炉SSG时，考虑了锅炉系统之间的结构连接。为了对锅炉进行完整的结构建模和分析，给出了锅炉六个系统及其子系统的系统结构图，提出了一种自顶向下的方法来完成对任何系统的分析。考虑真空泵增加条件的最佳循环水流量比不考虑真空泵增量的循环水量高6t/h。

结果表明，真空泵动力对循环水流量的影响是不可忽略的。热交换网络(HENs)中蒸汽的使用可以通过应用热集成来减少，其目的是消除蒸汽锅炉的瓶颈，并间接降低需水量。通过降低蒸汽流量，锅炉的冷凝水回流温度会受到影响，从而对锅炉的运行产生不利影响。维持锅炉有效运行的一种方法是重新加热锅炉的回流。蒸汽系统通常使用涡轮机，其排气通常用作后台过程中的加热设施。由于涡轮机在不同的蒸汽水平下运行，有必要将这些蒸汽水平纳入HEN优化框架。

因此，本文采用概念分析和数学分析的方法对全蒸汽系统换热器进行改造，以期在保持锅炉效率的同时，降低总蒸汽流量。对于连续调节循环水流量的机组，在考虑真空泵输出条件时，最优抽水流量会降低，能耗会相应降低。总之，结果表明：真空PUMP功率的提高更符合实际。为了保持冷凝器冷却水管的清洁，在运行过程中必须及时清洗积灰。因此，对于大多数机组来说，冷凝器总是有一个自动清洗系统。至于清洗系统的运行，到目前为止，国内大多数电厂都采用了相应的常规清洗方式[2]。

循环水流量的变化有助于维持冷凝器的真空度，因为它们可以改善传热条件。在100%负荷下，准确估算机组的清洁度，并在清洁的基础上对循环冷却水流量进行调整，以确定机组的最佳工况[3]。

(二) 循环水温度对光学真空影响的研究

冷凝器机组的真空m度与循环水、蒸馏水及流量有关，随季节的变化而变化。吐露原水，冬季的循环进水温度相对较低，在这种情况下，较小的循环水流量就足以达到最佳的真空度；而在夏季，放水温度相对较高，在这种情况下，需要较大的循环水流量才能达到最佳的真空度；而在夏季，放水温度较高，需要较大的循环水流量才能达到最佳的真空度。在相同负荷下，进水口温度越低，所需循环水流量越小，当水温较高时，会导致循环水流量较高，凝汽器压力相对较高。尾水循环温度在20℃～25℃之间，凝汽器压力与循环水流量的关系曲线斜率较大。当循环水温度较高时，预先降低进水温度是一种有效的措施。例如，在夏季条件下，采取使用浓缩水或循环水等措施来加强换热或降低排气温度，以降低机组的背压，从而维持机组的安全运行[4]。

二、系统计算方法

现行的发电厂可靠性(也称为产品性能)年报制度已不能为电厂管理者做出技术商业决策服务。此外，这些指数显示出很大的差异，这取决于对等组为编制索引而选择的方法。本文采用图论与矩阵法相结合的系统方法，建立了火电厂可靠性评估模型。提出了SPP实时可靠性指标(RTRI)的概念，克服了选择对等组进行比较的问题。RTRI值表示SPP在部分负荷下完全关闭或运行的概率。为了实时求取SPP的可靠度，通过将可靠性属性与系统的可靠性属性关联起来，将SPP的系统结构图(SSG)、可变永久系统结构矩阵(VPF-s)和可变永久函数(VPF-r)分别转化为相应的可靠度图、矩阵和可变永久函数(VPF-r)。

以20℃循环水温度为例，当净水温度低于0.7时，在一定压力下循环水流量相对较高，单位功率净增加量较小。因此，有必要根据机组的运行条件，准确估算换热面的精细度，合理安排采暖时间间隔。以系统总损失最小为目标，选择了系统的优化目标(火用)作为优化目标。考虑到各级蒸汽需求、涡轮机产生的输出功率、锅炉负荷、燃料和冷设施需求以及设备的资本成本，对蒸汽水平进行了优化。分析表明，热经济学(火用经济)优化方法不仅可以改变蒸汽水位的最优结构，而且可以使公用工程系统的总成本降低8%。

三、热力系统节能技术措施

(一) 汽轮机通流部分实施技术改造

通过改造前后主要技术参数及数据对比在通流部分，汽轮机效率得到了很好的提高，达到了节能、减排、降耗和提高经济效益的目的。

(二) 锅炉制粉系统技术改造

为了解决330mw机组效率低、NOx排放高、排气温度低等问题，关系到锅炉的安全性和经济性单位。现在，以某厂中间仓式制粉系统改造方案为例，烟气温度偏差较大，对炉缸出口和蒸汽温度分析。通过中间仓式制粉系统三次风管的优化，两侧烟气温度偏差较大，锅炉相关设备改造，已应用于贫煤综合改造技术锅炉。

(三) 电站循环冷却水利用技术

为了保持冷凝器冷却水管的清洁，在运行过程中必须及时清洗积灰。因此，对于大多数机组来说，冷凝器总是有一个自动清洗系统。至于清洗系统的运行，到目前为止，国内大多数电厂都采用了相应的常规清洗方式。因此，循环水流量的变化有助于维持冷凝器的真空度，因为它们可以改善传热条件。在100%负荷下，当进水温度分别为15℃、20℃时，给出了汽轮机净功率增量与循环水流量在不同清洁度下的关系曲线，而涡轮净功率仅为485kW,说明了启动净化系统的必要性，从而降低了机组能耗。

四、结语

本文通过对现有热动系统节能降耗指标的分析，指出在电厂节能降耗评价中，除电厂技术指标外，还应引入其他指标。为此，建立了新的节能降耗评价指标，并对实例电厂进行了计算。论证了提高电厂整体节能潜力的主要途径。结果表明，引入新的节能降耗评价指标后，可以更全面地评价电厂的节能效果，从而更好地指导电厂的节能降耗工作。

参考文献:

[1]孙泽卫.浅议发电厂热能动力系统优化与节能改造[J].消费导刊,2020,44:287

[2]王耀杰.浅议发电厂热能动力系统优化与节能改造[J].百科论坛电子杂志,2020,8:1854

[3]王竟懿.火电厂热能动力系统优化与节能改造研究[J].河南科技,2020,39(26).142~144

[4]戴睿杰,葛恒春,侯星熠.电厂热动系统节能优化与减排研究检测与维护分析[J].科学与信息化,2019,23:114

文章来源：史思通.基于电厂热动系统节能优化的对策建议[J].产业与科技论坛,2021,20(15):51-52.