燃煤电厂辅机电耗节能分析研究

刘丹凤

大唐洛阳首阳山发电有限责任公司 河南省洛阳市 471900

研究背景意义

随着我国电力体制改革的深化，燃煤电厂的节能降耗工作越来越受重视。节能降耗不仅可以降低电厂生产成本，提高企业经济效益，同时可以节约能源，减少环境污染。近年来，我国燃煤机组的设计和运行技术的不断提升和完善，机组的运行能效水平不断提高，但是相对而言，我国的燃煤电厂的仍然有不少的节能潜力，具体表现燃煤电厂主要辅机存在的问题较多。电站辅机设备的电耗节能研究对火电机组安全、经济运行影响巨大。

目前，我国燃煤电厂的实际运行性能指标与其设计水准相差较大，其中电站辅机设备电耗水平高是主要原因之一。电站锅炉侧辅机存在的问题主要有：风机、制粉系统电耗率过高，导致生产厂用电率偏大；脱硫系统设备电耗过大等^[1]。针对燃煤电站辅机设备存在的主要问题，分析其产生问题的原因，并提出节能降耗的具体意见，对电站辅机设备的运行优化展开分析。

我国燃煤电厂锅炉风机耗电约占厂用电的2530%^[2]，风机运行的安全经济性直接关系到发电机组的安全经济运行，故对风机耗电进行节能优化至关重要。发电厂内风机是按照锅炉、汽轮机最大负荷进行选配的，风机的出力必须在通风系统最大流量和阻力的基础上留有一定的裕量，在加上系统阻力的变化、设备磨损、漏隙的影响，导致电厂风机出力比实际需要大，使风机运行效率降低。

同时由于电力系统调峰，发电厂的负荷一直处于变动状态，尤其是参与调峰运行的发电机组，其符合变化幅度较大，与其配套的风机应相应调整，使其满足主机需要。由于风机大多采用定速运行，其负荷不便调节，一般采用调节挡板或阀门开度来控制流量和压力，造成较大的节流损失，导致浪费能源。电厂大多数风机的效率曲线高效率区较窄，加上风机有一定的裕度，使其不能在设计的额定工况下运行，在发电机组参与调峰变负荷时，风机更是远离高效率区，导致风机运行效率较低。

主要研究内容

1.燃煤电站风机

燃煤电站锅炉的风机主要有送、引风机和一次风机等，随着锅炉单机容量的增长，离心风机的容量受到叶轮材料强度的限制。轴流风机使用日益广泛。因为锅炉容量增大，烟、风流量增大，但所需要的压力没有增大,很明显从风机的效率角度来看采用轴流风机要比离心风机有利。风机在实际运行的效率不高，其主要原因有：

（1）锅炉通风系统的管网阻力设计计算与实际偏离太大。因空气流道侧向烟气流道侧漏气，空气沿程流过对流过热器、省煤器、空气预热器时都有空气泄漏。虽然在计算空气量时也考虑到了漏气量，但是并没有考虑漏气对系统管网阻力的影响。

（2）我国发电机组普遍负荷率低，送、引风机需周期性的在较长时间内处于低负荷工况下运行，造成大量节流损失。

1.1提高风机运行效率途径

（1）提高风机和水泵的管网系统阻力计算的可靠性，降低流量和压力的富裕系数，避免运行工况偏离设计额定工况，偏离最高效率区域；及时消除流程中的漏气、漏水故障。

（2）选择具有高效率、高效率区域宽广特性的新型风机。可以通过调节转子叶片的安装角，扩大高效率区域的范围。

（3）改造风机时，应考虑增设变转速的调节设备，即改变风机转速，保证各种运行工况都在高效率区域内，可获得较高的节能效果。

变速调节即改变电动机的转速，以改变风机的风量的一种调节方式，从空气动力学理论来讲，改变转速调节是最合理的。变速调节一般通过变频调节来实现，即改变电动机输入电流频率。采用这种调节方式风机无附加功耗，风机所耗功率是根据实际需要而改变，所以更为经济。由流体力学可知，风量与转速的一次方成正比，风压与转速的平方成正比，轴功率与转速的三次方成正比，当风量减少，转速下降时，其功率降低很多^[3]。

2. 燃煤电站磨煤机

目前大型燃煤发电机组制粉系统均采用多台磨煤机并列运行的方式，正常情况下，每台磨煤机匹配着一层燃烧器，因此不同磨煤机组合运行方式直接影响到炉内配风是否合理、火焰燃烧情况以及炉膛热负荷是否均匀。在控制系统中，根据锅炉所需总燃料量，以一定的分配原则将给煤量分配给各台磨煤机。锅炉负荷高时，投入的磨煤机会多一些，负荷低时投入的磨煤机会少一些，但最少不少于3台磨煤机。为了保证入炉煤的细度，大部分燃煤机组都会给磨煤机配置响应的旋转分离器，而旋转分离器转速的高低所需要的电耗也是不一样的。因此如何合理选择磨煤机运行方式以及旋转分离器转速对锅炉的经济性有一定的影响。

2.1磨煤机运行效率优化调整

1. 正常运行情况下，尽量采用相邻磨运行，且相邻磨尽量选取位置不要太靠炉膛下面，也不要太靠炉膛上面。太靠下面会导致气温偏低，经济性差；太靠上面，排烟温度偏高，经济性也差。

2. 对于磨煤机而言，在满足负荷的前提下，应尽量降低磨煤机的运行台数，但出于稳燃的考虑，最少不低于3台，使单台磨煤机保持较大的出力，这样有助于降低磨煤机的单耗。

3. 选择合适的旋转分离器转速，不能太低，也不能太高。转速过低，虽然电耗低，但磨煤机出粉过粗，机械不完全燃烧增加，经济性反而下降；转速过高，电耗增加过多，经济性也不高。

3.脱硫系统

烟气脱硫系统的高效、稳定运行是燃煤电厂节能减排的重要工作之一。目前，电厂投产运行的烟气脱硫装置中运行较为稳定，技术成熟的是石灰石—石膏湿法脱硫。燃煤电站中脱硫系统中出现的问题集中表现在：设备性能差、运行不稳定、经济性低下等。脱硫系统耗电量约占厂用电的25%，因此协调脱硫系统设备运行组合方式、提高脱硫经济性是降低电站辅机耗电的主要途径之一^[4]。脱硫系统中辅机的主要设备是增压风机和浆液循环泵。脱硫系统的节能优化主要是对增压风机和浆液循环泵进行节能改造。

（1）增压风机的调整优化

湿法脱硫系统的增压风机与引风机为串联运行，采用独立的控制方式，引风机根据炉膛负压控制，增压风机根据风机入口压力控制，这种控制方式有利于引风机运行的稳定性，但没有考虑风机出力的分配问题，运行经济性较差。为提高风机运行效率，降低风机耗电，对增压风机的动叶自动控制方式进行优化调整。即根据烟气流量的变化来控制增压风机入口的烟气压力，以达到合理配置增压风机和引风机出力，使风机运行的效率达到最佳。

通过电厂实际运行数据得到不同烟气流量下的最低风机能耗与风机前烟气压力的关系曲线，根据此曲线对增压风机动叶的调节控制逻辑进行修改，对增压风机的运行方式进行优化，降低增压风机耗能。

（2）浆液循环泵的调整优化

浆液循环泵的偷用数量和组合方式会直接影响脱硫系统耗电率，浆液循环泵采用变速运行，及增设变速器，改变浆循环泵的输入电流频率，这样可以保证泵在高效率区域运行，可以获得较好的节能效果。

主要研究方法与技术路线

（1）通过对风机的机理分析，研究影响风机运行的相关因素，依据风机性能曲线的相似原理，分析风机组合运行性能，考虑到部分风机采用定速运行，对其进行变频改造，为风机的节能优化提供理论依据。

（2）由于发电厂负荷波动很大，且通风系统阻力、设备磨损等原因，风机长期偏离其设计工况导致其运行效率下降，故根据风机运行实时数据挖掘，通过数学方法建立风机的性能曲线，确定风机实时可达的最优运行工况，即得出风机的全压与流量、轴功率与流量、效率与流量的性能曲线。

（3）根据遗传算法，以风机最低耗能为目标，以风机效率，变速器变化范围等为约束条件建立风机运行优化模型，进而得出在发电机组不同负荷下，对风机进行变频改造，风机能达到的最低耗能，从而对风机进行节能优化，并得出相关节能潜力。

参考文献

[1] 于新颖, 王浩. 火电厂主要辅机能耗现状与节能潜力分析[J]. 电站辅机,2009,(01): 1-4.

[2] 邹文华, 王贺岑. 风机变频改造节能技术在火电厂的应用研究[J]. 中国电力,2002.

[3] 严海连, 钱磊. 电厂锅炉风机节能改造探讨[J]. 工业技术,2015.

[4] 周宇飞. 燃煤电厂烟气脱硫系统的运行优化[J]. 浙江电力,2008.