燃煤電廠輔機電耗節(jié)能分析研究

燃煤電廠輔機電耗節(jié)能分析研究研究背景意義隨著我國電力體制改革的深化，燃煤電廠的節(jié)能降耗工作越來越受重視。節(jié)能降耗不僅可以降低電廠生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益，同時可以節(jié)約能源，減少環(huán)境污染。近年來，我國燃煤機組的設(shè)計和運行技術(shù)的不斷提升和完善，機組的運行能效水平不斷提高，但是相對而言，我國的燃煤電廠的仍然有不少的節(jié)能潛力，具體表現(xiàn)燃煤電廠主要輔機存在的問題較多。電站輔機設(shè)備的電耗節(jié)能研究對火電機組安全、經(jīng)濟運行影響巨大。目前，我國燃煤電廠的實際運行性能指標與其設(shè)計水準相差較大，其中電站輔機設(shè)備電耗水平高是主要原因之一。電站鍋爐側(cè)輔機存在的問題主要有：風機、制粉系統(tǒng)電耗率過高，導(dǎo)致生產(chǎn)廠用電率偏大；脫硫系統(tǒng)設(shè)備電耗過大等[1]。針對燃煤電站輔機設(shè)備存在的主要問題，分析其產(chǎn)生問題的原因，并提出節(jié)能降耗的具體意見，對電站輔機設(shè)備的運行優(yōu)化展開分析。我國燃煤電廠鍋爐風機耗電約占廠用電的2530%[2]，風機運行的安全經(jīng)濟性直接關(guān)系到發(fā)電機組的安全經(jīng)濟運行，故對風機耗電進行節(jié)能優(yōu)化至關(guān)重要。發(fā)電廠內(nèi)風機是按照鍋爐、汽輪機最大負荷進行選配的，風機的出力必須在通風系統(tǒng)最大流量和阻力的基礎(chǔ)上留有一定的裕量，在加上系統(tǒng)阻力的變化、設(shè)備磨損、漏隙的影響，導(dǎo)致電廠風機出力比實際需要大，使風機運行效率降低。同時由于電力系統(tǒng)調(diào)峰，發(fā)電廠的負荷一直處于變動狀態(tài)，尤其是參與調(diào)峰運行的發(fā)電機組，其符合變化幅度較大，與其配套的風機應(yīng)相應(yīng)調(diào)整，使其滿足主機需要。由于風機大多采用定速運行，其負荷不便調(diào)節(jié)，一般采用調(diào)節(jié)擋板或閥門開度來控制流量和壓力，造成較大的節(jié)流損失，導(dǎo)致浪費能源。電廠大多數(shù)風機的效率曲線高效率區(qū)較窄，加上風機有一定的裕度，使其不能在設(shè)計的額定工況下運行，在發(fā)電機組參與調(diào)峰變負荷時，風機更是遠離高效率區(qū)，導(dǎo)致風機運行效率較低。主要研究內(nèi)容1.燃煤電站風機燃煤電站鍋爐的風機主要有送、引風機和一次風機等，隨著鍋爐單機容量的增長，離心風機的容量受到葉輪材料強度的限制。軸流風機使用日益廣泛。因為鍋爐容量增大，煙、風流量增大，但所需要的壓力沒有增大,很明顯從風機的效率角度來看采用軸流風機要比離心風機有利。風機在實際運行的效率不高，其主要原因有：（1）鍋爐通風系統(tǒng)的管網(wǎng)阻力設(shè)計計算與實際偏離太大。因空氣流道側(cè)向煙氣流道側(cè)漏氣，空氣沿程流過對流過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器時都有空氣泄漏。雖然在計算空氣量時也考慮到了漏氣量，但是并沒有考慮漏氣對系統(tǒng)管網(wǎng)阻力的影響。（2）我國發(fā)電機組普遍負荷率低，送、引風機需周期性的在較長時間內(nèi)處于低負荷工況下運行，造成大量節(jié)流損失。1.1提高風機運行效率途徑（1）提高風機和水泵的管網(wǎng)系統(tǒng)阻力計算的可靠性，降低流量和壓力的富裕系數(shù)，避免運行工況偏離設(shè)計額定工況，偏離最高效率區(qū)域；及時消除流程中的漏氣、漏水故障。（2）選擇具有高效率、高效率區(qū)域?qū)拸V特性的新型風機?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片的安裝角，擴大高效率區(qū)域的范圍。（3）改造風機時，應(yīng)考慮增設(shè)變轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)設(shè)備，即改變風機轉(zhuǎn)速，保證各種運行工況都在高效率區(qū)域內(nèi)，可獲得較高的節(jié)能效果。變速調(diào)節(jié)即改變電動機的轉(zhuǎn)速，以改變風機的風量的一種調(diào)節(jié)方式，從空氣動力學理論來講，改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是最合理的。變速調(diào)節(jié)一般通過變頻調(diào)節(jié)來實現(xiàn)，即改變電動機輸入電流頻率。采用這種調(diào)節(jié)方式風機無附加功耗，風機所耗功率是根據(jù)實際需要而改變，所以更為經(jīng)濟。由流體力學可知，風量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，風壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，當風量減少，轉(zhuǎn)速下降時，其功率降低很多[3]。燃煤電站磨煤機目前大型燃煤發(fā)電機組制粉系統(tǒng)均采用多臺磨煤機并列運行的方式，正常情況下，每臺磨煤機匹配著一層燃燒器，因此不同磨煤機組合運行方式直接影響到爐內(nèi)配風是否合理、火焰燃燒情況以及爐膛熱負荷是否均勻。在控制系統(tǒng)中，根據(jù)鍋爐所需總?cè)剂狭?，以一定的分配原則將給煤量分配給各臺磨煤機。鍋爐負荷高時，投入的磨煤機會多一些，負荷低時投入的磨煤機會少一些，但最少不少于3臺磨煤機。為了保證入爐煤的細度，大部分燃煤機組都會給磨煤機配置響應(yīng)的旋轉(zhuǎn)分離器，而旋轉(zhuǎn)分離器轉(zhuǎn)速的高低所需要的電耗也是不一樣的。因此如何合理選擇磨煤機運行方式以及旋轉(zhuǎn)分離器轉(zhuǎn)速對鍋爐的經(jīng)濟性有一定的影響。2.1磨煤機運行效率優(yōu)化調(diào)整正常運行情況下，盡量采用相鄰磨運行，且相鄰磨盡量選取位置不要太靠爐膛下面，也不要太靠爐膛上面。太靠下面會導(dǎo)致氣溫偏低，經(jīng)濟性差；太靠上面，排煙溫度偏高，經(jīng)濟性也差。對于磨煤機而言，在滿足負荷的前提下，應(yīng)盡量降低磨煤機的運行臺數(shù)，但出于穩(wěn)燃的考慮，最少不低于3臺，使單臺磨煤機保持較大的出力，這樣有助于降低磨煤機的單耗。選擇合適的旋轉(zhuǎn)分離器轉(zhuǎn)速，不能太低，也不能太高。轉(zhuǎn)速過低，雖然電耗低，但磨煤機出粉過粗，機械不完全燃燒增加，經(jīng)濟性反而下降；轉(zhuǎn)速過高，電耗增加過多，經(jīng)濟性也不高。3.脫硫系統(tǒng)煙氣脫硫系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運行是燃煤電廠節(jié)能減排的重要工作之一。目前，電廠投產(chǎn)運行的煙氣脫硫裝置中運行較為穩(wěn)定，技術(shù)成熟的是石灰石—石膏濕法脫硫。燃煤電站中脫硫系統(tǒng)中出現(xiàn)的問題集中表現(xiàn)在：設(shè)備性能差、運行不穩(wěn)定、經(jīng)濟性低下等。脫硫系統(tǒng)耗電量約占廠用電的25%，因此協(xié)調(diào)脫硫系統(tǒng)設(shè)備運行組合方式、提高脫硫經(jīng)濟性是降低電站輔機耗電的主要途徑之一[4]。脫硫系統(tǒng)中輔機的主要設(shè)備是增壓風機和漿液循環(huán)泵。脫硫系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化主要是對增壓風機和漿液循環(huán)泵進行節(jié)能改造。（1）增壓風機的調(diào)整優(yōu)化濕法脫硫系統(tǒng)的增壓風機與引風機為串聯(lián)運行，采用獨立的控制方式，引風機根據(jù)爐膛負壓控制，增壓風機根據(jù)風機入口壓力控制，這種控制方式有利于引風機運行的穩(wěn)定性，但沒有考慮風機出力的分配問題，運行經(jīng)濟性較差。為提高風機運行效率，降低風機耗電，對增壓風機的動葉自動控制方式進行優(yōu)化調(diào)整。即根據(jù)煙氣流量的變化來控制增壓風機入口的煙氣壓力，以達到合理配置增壓風機和引風機出力，使風機運行的效率達到最佳。通過電廠實際運行數(shù)據(jù)得到不同煙氣流量下的最低風機能耗與風機前煙氣壓力的關(guān)系曲線，根據(jù)此曲線對增壓風機動葉的調(diào)節(jié)控制邏輯進行修改，對增壓風機的運行方式進行優(yōu)化，降低增壓風機耗能。（2）漿液循環(huán)泵的調(diào)整優(yōu)化漿液循環(huán)泵的偷用數(shù)量和組合方式會直接影響脫硫系統(tǒng)耗電率，漿液循環(huán)泵采用變速運行，及增設(shè)變速器，改變漿循環(huán)泵的輸入電流頻率，這樣可以保證泵在高效率區(qū)域運行，可以獲得較好的節(jié)能效果。主要研究方法與技術(shù)路線（1）通過對風機的機理分析，研究影響風機運行的相關(guān)因素，依據(jù)風機性能曲線的相似原理，分析風機組合運行性能，考慮到部分風機采用定速運行，對其進行變頻改造，為風機的節(jié)能優(yōu)化提供理論依據(jù)。（2）由于發(fā)電廠負荷波動很大，且通風系統(tǒng)阻力、設(shè)備磨損等原因，風機長期偏離其設(shè)計工況導(dǎo)致其運行效率下降，故根據(jù)風機運行實時數(shù)據(jù)挖掘，通過數(shù)學方法建立風機的性能曲線，確定風機實時可達的最優(yōu)運行工況，即得出風機的全壓與流量、軸功率與流量、效率與流量的性能曲線。（3）根據(jù)遺傳算法，以風機最低耗能為目標，以風機效率，變速器變化范圍等為約束條件建立風機運行優(yōu)化模型，進而得出在發(fā)電機組不同負荷下，對風機進行變頻改造，風機能達到的最低耗能，從而對風機進行節(jié)能優(yōu)化，并得出相關(guān)節(jié)能潛力。參考文獻[1]于新穎,王浩.火電廠主要輔機能耗現(xiàn)狀與