提高火电厂运行经济性的探讨王学青

提高火电厂运行经济性的探讨王学青

王学青

（山西京玉发电有限责任公司山西朔州037200）

摘要：从当前的形势来看，在相当长的一段时间内，火力发电依然是火电厂使用的主要方式，而随着火电厂的不断发展，火力发电的应用也就越来越广泛，在这样的情况下，进一步提升火电厂的经济性显得至关重要，鉴于此，本文对如何提高火电厂运行的经济性进行了分析探讨，仅供参考。

关键词：火电厂；运行；经济性

一、我国火力发电厂现状

目前，我国煤炭消费总量的50%以及工业用水总量的40%用于火力发电，火电厂产生了全国工业排放总量中70%的灰渣，33%的烟尘和56%的SO2，造成了严重的环境污染。尽管近年我国相继投产了一大批超临界和超超临界高效环保发电机组，大幅降低了我国燃煤机组平均供电煤耗，但是，相当大部分能投产早、耗高的火电机组的节能减排工作还极待提高。

我国“十二五”规划纲要明确指出，电力工业是节能减排的重点领域，要大力推进传统能源清洁高效利用。据统计，我国火电机组平均供电煤耗约为342g/kWh，在相同等级机组中，我国的能耗水平与发达国家相比差距较大。下面介绍目前火电厂中运用较为成熟的一些节能减排措施。

二、役机组空冷系统经济性现状分析

截至2014年底，根据中国电力企业联合会统计

的2014年全国600MW及300MW空冷火电机组能

效对标结果（2015年6月），分别整理得到表1、表2、表3机组实际运行供电煤耗等相关指标。

从表3可以看出，宁东2台机组供电煤耗均高于平均值；厂用电率高于平均值，尚有节能空间。

三、提高空冷机组经济性设计方案

1、空冷凝汽器换热方式设计优化

1.1采用间接空冷凝汽器

北方采用空冷机组，建议经过技术经济比较后选择间接空冷凝汽器。哈蒙式间接空冷机组由表面式凝汽器和空冷塔构成，该系统与常规的湿冷系统基本相同，唯一不同的是用空冷塔代替湿冷塔，冷却水采用闭式循环方式，并且水质为除盐水。哈蒙式间接空冷系统具有如下特点：采用自然通风冷却塔，散热器布置在塔内，受外界风力影响小，采用表面式凝汽器，循环水和锅炉给水各自独立运行，水质分别控制，系统简单，操作方便，散热器分段控制，防冻能力强。间接空冷系统比直接空冷系统经济性要好，但占地面积大，投资费用高。

1.2采取常规直接空冷凝汽器+带百叶窗直接空冷凝汽器组合

针对机组夏季和冬季空冷凝汽器负荷差别大的机组，如：冬季供热，可以设计采取常规直接空冷凝汽器+带百叶窗直接空冷凝汽器组合设计方案。带百叶窗直接空冷凝汽器组合设计方案，可以设计为风机抽吸型，百叶窗在风机入口，组合比例依据工程实际来核算。夏季两种空冷凝汽器都运行，且要求设计百叶窗时，通风面积留有足够的通风裕量；冬季可以停运带百叶窗直接空冷凝汽器，将风机停止和百叶窗关闭来防冻。

1.3设置夏季使用的尖峰冷却器

针对直接空冷凝汽器夏季突发横风，背压突变，易造成机组“非停”；夏季运行背压高、机组满发率低，30℃以上满发率85%以下；机组运行背压相对较高，每升高1kPa，供电煤耗增加约1.35g/kWh；冬季冻管问题严重。因此，采用潜热换热理念，蒸发式作为尖峰冷却装置与空冷进行优化组合，有效解决空冷凝汽器夏季运行安全性差、背压高、煤耗高、夏季不能满发等问题，见图1。其工作原理：

（1）将传统空冷凝汽器中的部分管束由空冷换热改为蒸发换热，以空冷换热为主，蒸发换热为保证背压的补充措施。空冷岛夏季冷凝背压达32kPa，蒸发式冷凝背压为8～15kPa，现将两者联合使用，可将汽机背压降低为20kPa左右，夏季采用具有尖峰冷却装置机组可带满负荷。（2）夏季高温，蒸汽由分配管分别进入直接空冷凝汽器和蒸发式凝汽器中进行换热，不凝性气体在空冷岛和尖峰冷却器抽真空系统排出，凝结水汇集于凝结水箱中，送入回热系统循环利用。（3）冬、春、秋季节气温较低时，仅采用空冷换热即可满足机组运行要求，蒸发式凝汽器动力关闭，减少动力消耗，减小换热面积，提高系统防冻能力。

具有尖峰冷却装置空冷系统应用的实例，某超临界空冷机组实际应用效果，见表4。试验期间，夏季运行降低背压平均11.75kPa以上，背压每升高1kPa，供电煤耗增加约1.35g/kWh计算，供电煤耗下降15.86g/kWh；尖峰冷却装置电机平均消耗功率都为717.77kW（额定功率1320kW），计算机组厂用电率升高0.12%，厂用电率每1%，供电煤耗增加约3.5g/kWh，折合供电煤耗0.42g/kWh。按照运行3个月估算，全年供电煤耗降低约4.11g/kWh。

2、空冷凝汽器辅助设施设计优化

北方，空冷凝汽器翅片间距基本在2～3mm，春秋风沙大，随着空冷凝汽器长时间运行，难免翅片的间隙夹有灰尘、泥沙等物质，使其散热能力变差，最终导致排汽压力升高。直接空冷机组在夏季满发设计气温下，当积灰厚度达到0.6～1mm时，汽轮机排汽压力会上升5～6kPa。因此，在夏季高负荷来临前，应彻底清洗翅片管，提高翅片管的清洁度。空冷岛外部喷淋装置一般有3种方案。

方案一：蒸发冷却，即将雾化的除盐水直接喷在换热器表面，利用水气化吸热降低换热器表面温度，降低机组背压。优点是：除盐水直接喷在换热器表面，换热效果较好；缺点是：因喷嘴离管束较近，单个喷嘴的喷射面积较小，因此需要喷嘴数量较大，对喷嘴的位置选取和运行控制有较高的要求。

方案二：喷雾冷却，即将雾化的除盐水喷在冷却风机的出口或入口，利用水气化吸热降低换热器周围空气的温度，降低机组背压。优点是：雾化的除盐水喷在冷却风机的出口或入口后，能够增加管束小间内的空气湿度，从而降低机组背压；缺点是：加湿空气湿度，除盐水用量较大。

方案三：喷雾冷却及蒸发冷却相结合，即用专用喷嘴将雾化水流喷入管束下方，从而提高空气湿度降低空气温度，再由空冷风机将冷却的空气及水雾送入管束，与管束表面翅片进行蒸发热交换，进而快速降低管束表面温度。将两方案相结合，充分利用两种方案的优势，即保证了换热器的冷却效果，又降低除盐水的用量。在A型塔内均匀分布大量的高压雾化喷嘴，可大大提高除盐水转化为水蒸汽的效率。通过厂家的计算及工程经验，为使机组在最热季节降低背压8kPa，除盐水转化水蒸汽效率大于97%条件下，每台机组需水量为130～140t/h。喷淋高压雾化喷嘴平均颗粒度小于25μm。

机组热力系统补水设计优化，直接空冷系统节能冷却装置专利技术。直接空冷发电机组在夏季高温时段出力下降、不能带满负荷是空冷机组的一个普遍问题。针对此问题，利用除盐水箱中除盐水温度低于排汽温度的特点，在适当管段内加装雾化喷水装置和相应管路，使低温除盐水最大程度地与蒸汽进行热交换，降低空冷凝汽器热负荷，提高机组运行真空。该技术不仅可以提高机组夏季运行真空，达到节能降耗的目的，同时可以节约水资源，并避免了加重翅片管污染等问题。此方法存在热力系统补水量的限制。

结束语

根据在役机组空冷系统能耗诊断，提出新建空冷机组经济性技术方案。例如，空冷凝汽器冷却方式优化，空冷凝汽器面积优化，空冷岛辅助设施优化，机组给水泵驱动方式比选等。通过计算利用热泵回收部分乏汽潜热的供热方案的经济性，为电力新建空冷机组设备选型提供借鉴和指导，为电力绿色发电计划出谋划策。

参考文献

[1]刘钊.云南复杂煤质对火电厂生产运行的影响研究[D].昆明理工大学,2014.

[2]楚国宇.火力发电机组汽轮机及其辅助系统能效诊断方法的研究[D].华北电力大学,2014.

[3]闫瑞东.褐煤干燥对电站锅炉运行经济性影响的研究[D].华北电力大学,2014.