电厂热动系统节能优化的研究

张国平

摘 要：当前我国火力发电企业都面临节能减排和环保的巨大压力，电厂都应该主动谋求改变，以降低碳排放为己任，这是每个电力企业必须承担的社会责任，也是企业赖以生存的根本。电厂要完成这个艰巨的任务，根本的做法还是向企业内部看，从企业内部挖掘可以促进节能减排工作开展的措施，以热动系统为主，积极探寻先进的运行管理和技术改造方法，本文结合本企业实际情况，就热动系统节能优化技术措施进行了梳理并总结。

关键词：电厂；热动系统；节能；优化

0 引言

当前，我国经济发展进入新常态，部分行业出现产能过剩，使得一些企业分化更加明显，市场竞争要比以往更为激烈。党的十八届五中全会将生态文明建设提到了一个前所未有的新高度，牢固树立绿色发展的新理念，更加重视和加强生态环境保护工作，已经成为“十三五”时期最重要的发展实践之一。今后，我们國家将继续改善环境和保护生态，促进节能减排和低碳发展。以环境保护优化经济增长，经济社会活动的生产、建设和消费等各环节都不能以破坏生态为代价。在这种大背景下，节能减排降碳指标已经成为各级政府尤其是各省级政府工作的一个硬任务，并成为推进供给侧结构性改革的一项重要内容。也说明中央和国务院对节能减排和环境保护的治理决心，是要下更大的决心，以更大的作为来整治。

目前我国的电力生产情况来看，电力供应主要是火力发电，该发电形式中必然会存在热能转化过程中的流失。这种情况下，电厂热动系统的节能就显得尤为重要。而根据相关的统计数据来看，我国的煤炭使用量在相同电能供应的情况下，要比其他国家高出 30%～50%，这样是非常不利于可持续发展战略的实施的，因此，加强对热动系统的节能改革是未来电厂生产管理的关键问题之一。本文主要介绍了热动系统节能优化的概念与可行性，同时提出电厂热动系统节能优化的对策，以期早日实现电厂的节能目标，促进电厂的可持续发展。

在国家大力推进节能减排技术推广的背景下，火电厂节能改造技术也有了一些新的突破，例如余热余压利用技术、高压电机变频技术、汽机通流改造技术等，本文列举了火电厂较为典型的节能改造技术如下：

1 二次再热技术

在目前参数下，机组每增加一次再热，所获得的经济效益将低于前一次，二次再热机组的造价要高10%～15%，电站投资要増加4%～6.8%，相对热耗率改善值约为1.4%～1.6%。以600MW超超临界机组为例，二次再热改造投资约为2亿，改造后供电煤耗下降约3g/（kWh）。因此，二次再热技术不推荐在在役机組改造中应用，改造难度大，投资高，收益小，在新建机组可以考虑使用二次再热技术。

2 亚临界改超超临界技术

对于亚临界燃煤机組来说，实现300g/kWh的供电煤耗仅通过通流部分改造很难达到要求，将机组跨代升级改造成超超临界机组是一种可以选择的技术路线。将高圧缸改造为超超临界高压缸，新増一台前置超超临界背压汽机与原有亚临界汽机串接，锅炉选用一台超超临界锅炉，采用二次再热，蒸汽参数选择为850MW/31MPa/600℃/566℃/538℃。

3 蒸汽参数提升改造技术

提高主、再热蒸汽温度是相对投资较少的改造方法，通过改造可以提高整个热力循环的效率，另外再热蒸汽的进一步提高使得低压缸排汽干度增加，低压缸效率可進一步提高。通过蒸汽参数的进一步提升，并配合锅炉受热面及管道的改造，与汽轮机通流改造相结合，可突破原有设计值，大幅降低机组煤耗。

4 冷端系统优化改造

对机组全年的实际循环水温度进行监测，选取合适的循环水温度值对机组冷端系统进行校核，根据机组背皮、循环水粟功耗和汽轮机微増功率之间的关系，给出机组最佳的运行背压，为优化机组循环水泵运行方式提供依据。

采用仿生双连树型布管的方式对原凝汽器进行改造，在保证管束优化的前提下，凝汽器改造项目的换热面积是有限的，进一步提髙凝汽器性能的最有效措施就是优化改造循环水泵。

采用新型的胶球清洗系统：使用压力空气将胶球送入系统，投球数量大，清洗均匀；捕集器在主水管外侧，不易腐蚀；网上设计大尺寸圆孔，捕捉器不被堵塞；网上圆孔防止胶球进入循环水系统；捕捉器无移动部件，减少维护量；主盖子设计在主水管外侧，维修方便。

其他冷端系统优化改造项目还有很多，例如凝汽器喉部加装雾化喷头、真空累加装冷却装置、传热效果好的冷却塔填料和喷淋装置、循环水泵高低速改造、循环水系循环优化、冷却塔强化引风技术等。

5 “NCB”新型供热机组技术

“NCB”模式的特点是在抽汽凝汽式供热机組的基础上，采用巧轴各带一台发电机，N代表纯凝模式，C代表抽汽模式，B代表背压模式。在非采暖季，汽轮机采取纯凝模式，蒸汽全部用于发电，因此发电效率较高；在采暖季的初期和末期，汽轮机采用抽汽模式，部分蒸汽被抽取出来用于供热，兼顾了发电和供热效率；在采暖高峰期，汽轮机采用背压模式，此时汽轮机的冷源损失最小，确保了最大供热输出。综合来说“NCB”模式可以实现灵活控制汽轮机的工况，但是改造的难度很大。

6 100%全容量给水泵技术

采用100%容量汽动给水泵配置，取消电动给水聚，给水粟汽轮机为高效率进口汽轮机，保证机组运行安全，根据H厂运行经验，在机组100%负荷工况下，给水累汽轮机进汽量降低9t/h，给水系和前置累采用同轴驱动，厂用电率降低约化16%。

7 汽机低真空供热技术

汽机低真空供热技术的产生是为了尽可能提高总体热效率，目前关于这方面的研究已经取得了很多成功的案例。但同时我们也看到目前所采用的低真空供热技术还有很多不足之处，主要是因为低真空供热机组与背压模式的供热汽轮机比较类似，都是“以热定电”，因此这种技术只能应用于热用户负荷相对稳定的供热管网系统，汽轮机背压的提高不仅会带来汽轮机发电效率的降低而且会使凝汽器真空降低至安全边界，危及到汽轮机的安全性。

8 压缩式热泵供热技术

压缩式热泵的驱动源一般采用电动方式，其应用方式主要有两种；一种是将压缩式热泵分别布置在热用户侧的换热站，通过专门的管路将电厂的乏汽余热输送到热用户侧的换热站，送种方式的优点是布置灵活，节能效果较好，缺点是铺设管道投资大、输送累能耗高、供热区域小；另一种是将压缩式热泵布置在热源电厂侧，其优点是集中布置使投资额变小，但是由于采用电驱动，消耗了大量二次能源，使得电厂厂用电量消耗巨大，从能源转换效率上来說并不合理。

9 吸收式热泵供热技术

吸收式热系的驱动热源一般采用汽轮机中压缸抽汽或余热锅炉的低压补气，其布置方式为集中设置在电厂内，占地空间较小，与传统热电联产供热系统有机结合，用热系回收部分循环水余热并输出热量作为初级加热，再经过汽水换热器进一步提高供热温度，这样可W虽著提高电厂总热效率，具有非常好的节能效果。

大温差供热技术和吸收式热累技术是两种比较成熟的电厂余热回收技术。由于大湿差供热技术改造投资额巨大，投资回收期长，因此应用比较少。而吸收式热泵技术相对来说改造投资额较低，投资回收期短，节能效果显著，因此受到电厂的大力推广应用，市场占有率高。

10 烟气余热回收利用技术

利用热管或管式换热器回收锅炉烟气余热。换热器分为热管及管式换热器。热管具有热阻低，热流密度高的优势，换热效率极高，可以在温差较小的情况下满足换热量要求，在实现烟气余热回收和降低排烟温度的同时，提高锅炉热效率、降低离温烟气所造成的热污染。

卧式相变换热器。卧式相变换热器作为一种安全可靠的节能产品，其设备使用寿命较长，换热效率稳定，由于其控制温度可设定，可将温度控制在酸露点温度之上，从而对拌烟中的余热进行较大程度的吸收。

双循环壁温可调型烟气余热回收技术。双循环壁温可调型烟气余热回收装置是一个全新的换熱技术，它将烟气吸热段和放热段构造成了一个关联的整体，通过阀门控制装置的调节，可以控制控制吸热段的最低避免通过控制换热器的最低壁湿高于烟气酸露点的方法来避免受热面发生低湿腐蚀，同时根据管内介质传热系数高的特点，利用关外强化传热技术，可将排烟温度有效降至120～130℃，可最大程度地回收利用了烟气余热，还从根本上解决了低湿腐蚀难题。

11 结语

综上所述，电厂热动系统节能是目前电力系统技术升级及改进的主要方向，同时也是充满潜力的研究领域。热动系统节能成本较低，但可以有效降低企业生产成本，提升经济效益，并可以产生良好的社会效益及改善环境。对电厂热动系统节能技术进行推广，对我国产业结构调整、电力行业改革及发展具有重要的意义。在电厂的热动系统的节能降耗的过程中，还应该注意的是要从精细化管理入手，提高细节运行水平，从而实现对整体效率的提升。

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（作者单位：大唐（北京）能源管理有限公司）