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大型燃煤火电机组节能评价与系统优化

文档作者：王宁玲，杨志平，武宇文档来源：华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室		点击数：	更新时间： 2022年02月25日
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第37卷第3期
2010年5月
华北电力大学学报
Journal of North China Electric Power University
V01．37．No．3
May．2O10
大型燃煤火电机组节能评价与系统优化
王宁玲，杨志平，武 宇
(华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室，北京102206)
摘要：加强大型燃煤发电机组的能效分析与节能管理，有效降低已投运机组的能耗水平，在当前仍然是重要
和紧迫的任务。基于系统节能评价技术与耗差分析方法，选取两台当前火电主力600 MW 等级机组，按照科
学的节能评估方法学，通过对系统、设备运行经济性水平开展系统性评估，准确掌握当前能耗水平偏差，科
学识别和分析节能潜力，有针对性地提出系统的节能技术改造、检修优化措施，取得了良好的节能降耗
效果
关键词：大型燃煤火电机组；能耗；节能评价；系统优化
中图分类号：TK01 文献标识码：A 文章编号：1007—2691(2010)03～0055—04
Energy-saving evaluation and system optim ization
for large coal-fired power units
W ANG Ning—ling， YANG Zhi—ping， W U Yu
(Key Labolatory of Condition Monitoring and Control for Power Plant Equipment of Ministry of
Education，North China Electrie Power University，Beijing 102206，China)
Abstract： It is important and urgent for large coal—fired power units to improve the energy —efectiveness analysis and
energy—saving management SO as to rednee the energy consumption level for the units ill operation．Taking two 600MW
coal—fired power units for instance，the energy—saving evaluation technology and energy —loss analy
．
sis meth1)d nas inh'o—
duced to evaluate tile economic performance of systems and equipment．analyze the eunent deviation of energ) c0n—
sumption and determine the erlerg) saving potential of power units．Based on this，several optimized solutions were per—
formed on energy—saving retrofit and maintenance optimization，which made favorable energy conservation and consHnlp—
tion reduction．
Key words： large coal—fired thernlal power units；energy consumption；ellergy—saving evaluation；system optimization
0 引 言
“十一五” 以来，我国火力发电节能降耗工
作取得重大进展，全国平均供电煤耗已由2006年
的366 g／(kW ·h)下降到2008年的349 g／(kW ·
h)，年均下降7～10 g／(kW ·h)。但需要清醒认
识的是，近年来全国供电煤耗快速下降主要得益
于火电装机结构性调整，在役机组供电煤耗并无
明显改善，其中600 MW亚临界机组2008年供电
煤耗较2006年增长2 g／(kW ·h)¨ 。加强发电企
业，特别是火力发电企业的能效分析与节能管理，
收稿日期：2009—11一l0
有效降低已投运机组的能耗水平，在当前仍然是
重要和紧迫的任务。
本文基于系统节能评价技术与耗差分析分析
方法，选取两台当前火电主力600 MW 等级机组
开展了节能分析研究，取得了良好的节能降耗
效果。
1 火电机组节能评价技术
火电机组节能评价技术，就是按照科学的节
能评估方法学，通过对系统、设备运行经济性水
平开展系统性的定期和专项评估，准确掌握当前
能耗水平，识别和科学预测节能潜力；提出系统
的节能技术改造、检修优化措施，最终实现火电
华北电力大学学报 2010矩
机组的性能优化。
在凝汽式机组中，供电煤耗可较全面地反映
机组经济性，因此选择供电煤耗作为机组经济性
评价准则 。
而根据影响供电煤耗的主要因素分析，可设
定评估范围包括机组主要运行参数，汽轮机热耗、
汽轮机缸效率、汽轮机抽汽回热系统、锅炉效率、
三大风机运行状况、磨煤机、烟风系统、烟尘排
放、燃煤品质、主要辅机电耗、主要设备与主再
热蒸汽管道的保温状况。
1．1 火电机组节能分析方法
火电机组节能潜力分析常采用耗差分析法。
耗差分析方法可以从数学分析的角度推导，假定
某负荷下的供电煤耗为Y，该负荷下影响机组经
济性的各个参数或因素分别为 、 、⋯ 、⋯
(包括非运行因素如煤质、进风温度、循环水温度
和运行因素如氧量、主蒸汽压力等)，则可以把供
电煤耗表示成多元函数，即
Y： 1， 2，⋯ ⋯ ) (1)
假定各个参数之间相互独立，线性无关，且
函数连续可导，则煤耗率的全增量可表示为
Ay=Yl—Y0=fl ll， 2l，⋯ n⋯ 1)一 (2)
f ( l0， 2o，⋯ ， o，⋯ ， o)
或者
Ay=著血。+ ·+ ·+蕞
(3)
式中： Xi 0分别为第i项因素或参数的运行值
和基准值；
为函数l厂沿 方向的偏导数；
似l
为第i项因素或参数的增量，第i项因素
或参数Ax = 一 0。
可见在各个参数不相关的情况下，各参数单
独变化所造成的煤耗偏差等于煤耗率总偏差。实
际运行证明，这种假设是满足工程计算需要的。
在实际应用中，只需确定不同负荷下各参数运行
的基准值和相应的基准煤耗，即：
Y0=fl lo， 20，⋯， 0，⋯ 0) (4)
当参数发生变化时，变化后的煤耗可表示为：
Yl=Yo+Ay
1．2 机组节能评价分析结果
本文采用耗差分析方法，在锅炉燃烧及制粉
系统、汽轮机及热力系统、辅机系统3个层面上
进行系统分析和节能潜力诊断，确定各因素对机
组供电煤耗的影响。炉侧参数主要采用公式法进
行分析，主蒸汽和排汽参数主要根据汽轮机厂家
提供的热耗修正曲线进行分析，对于影响热力系
统的各种因素根据等效热降法进行计算，缸效率
的影响主要采用小偏差分析法。不同负荷时，机
组主要参数变化及各典型工况对供电煤耗的影响
如表1所示。
表1 机组主要参数变化及各典型工况对供电煤
耗的影响情况
Tab．1 Effects of main parameters and typical
conditions on coal consumption
． ． ⋯ ． 供电煤耗增加量／g·(kW ·h)
工况及参数— —
，变化 眦
2 600 MW 机组节能优化措施与实施
本文以2台600 MW 火电机组为例，如图1
第3期 王宁玲，等：大型燃煤火电机组节能评价与系统优化 57
所示。重点开展了燃烧优化、汽轮机滑压优化、
顺序阀控制优化、通流部分间隙调整和汽封改造
等综合优化措施的研究与实施。
2．1 案例机组概况
图1 600 MW 火电机组热力系统示意图
Fig．1 Schematic diagram of 600 MW thermal
power system
案例机组1：锅炉为600 MW亚临界中间一次
再热、强制循环、平衡通风、单炉膛、悬吊式、
四角切圆燃烧、固态排渣、紧身封闭、全钢构架
兀型燃煤汽包炉，型号为SG一2023／17．5一M914，
设计煤种为神华万里川I烟煤，锅炉设计效率为
92．7l％。汽轮机为亚临界、一次中间再热、单
轴、三缸四排汽、冷凝式汽轮机，型号为N600—
16．67／538／538，设计热耗为7 748 kJ／(kW ·h)。
机组设计供电煤耗为330 (kW ·h)，2007年机
组实际供电煤耗为338 g／(kW ·h)。
案例机组2：锅炉为600 MW超临界一次中问
再热变压运行螺旋管圈直流炉，采用四角切圆燃
烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构兀
型露天布置，型号为SG一2 023／17．5一M914，锅
炉设计效率为93％ 。汽轮机为亚临界、一次中间
再热、单轴、四缸四排汽、冷凝式汽轮机，型号为
N600～24．2／566／566，设计热耗为7 747 kJ／(kW·h)。
机组设计供电煤耗为287 g／(kW ·h)，2007年机
组实际供电煤耗为355 g／(kW ·h)。
2．2 锅炉燃烧及制粉系统优化
影响锅炉效率的因素有排烟温度、飞灰可燃
物、炉膛出口烟气含氧量、空气预热器漏风率、
炉底灰渣可燃物、锅炉保温等。锅炉燃烧调整应
考虑锅炉飞灰和炉渣含碳量等因素进行综合优化。
案例机组1的煤质较稳定，运行效率较高，
可通过调整锅炉最佳氧量进一步提高锅炉效率。
分别在 0 MW，480 MW，360 MW负荷下进行试
验，保持其他参数不变，调整送风机挡板开度，
改变一、二次风量和不同负荷下的锅炉氧量，确
定氧量变化对锅炉燃烧效率、蒸汽温度及其他运
行参数的影响，得到锅炉最佳氧量曲线。试验结
果表明，通过锅炉氧量调整优化，可降低供电煤
耗约1．5 g／(kW ·h)。
案例机组2燃用的煤种特性严重偏离设计值，
燃烧劣化，再热蒸汽温度偏低约20～30。【=，运行
经济性、安全性较差。燃烧优化调整前，经常由
于锅炉积灰严重而发生垮灰灭火。该机组燃烧调
整为性能优化的重点，技术难度较大。通过不断
地摸索和试验研究，实施了多方面的优化措施，
较好地完成了优化调整工作，提高了锅炉效率，
降低了煤耗。
(1)锅炉左右侧烟气温度偏差调整。调整试
验前，右侧主汽温度高于左侧，需投入较多减温
水。试验调整表明，锅炉分离燃尽风(SOFA)水
平摆角为5。左右偏差较小，实际运行中可增加偏
置风或减弱反切SOFA来调整烟气的左右偏差。
(2)再热蒸汽温度调整。图2所示为450 MW
负荷下，燃烧器摆角以70％ ，80％ ，90％ ，100％
摆动时对过热汽温和再热汽温的影响。当煤种、
工况不变时，改变燃烧器摆角， 同时对飞灰进行
取样分析。经分析看到，随燃烧器摆角增大，飞
灰可燃物也相应增加，当燃烧器摆角从90％ 变化
‘ 到100％ 时，飞灰可燃物可达12．06％ 。建议将燃
烧器摆角控制在80％ 以下运行，尽量利用二次风
量的匹配来调整炉内燃烧，增加再热汽温。
窳
廷
世
70 80 90 99
喷燃器角度／(。)
一过热汽温一再热汽温一飞灰含碳量
l4
一
10 面
s 幕
4
’
2
0
图2 喷燃器角度与再热汽温曲线
Fig．2 Relationship between the burner angle and
reheating steam temperature
2．3 汽轮机及热力系统优化
影响汽轮机热耗的主要因素有主蒸汽、再热
蒸汽、回热、排汽参数，系统外漏、内漏和汽封
间隙等。在2台案例机组上实施的具体优化措施
58 华北电力大学学报 2010矩
包括：(1)进行主汽压力(定滑压运行)优化试
验，确定不同负荷时最佳主汽压力；(2)尽可能
使汽轮机汽封安装间隙保持设计值，或采用布莱
登汽封和蜂窝汽封进行汽封改造；(3)将汽轮机
的单阀运行方式切换为顺序阀方式，从而降低节
流损失，提高汽轮机效率；(4)减少汽轮机内蒸
汽泄漏，有效提高运行经济性，这种改造成本远
低于通流部分改造。
案例机组2于2008年1O月10日实施顺序
阀切换工作，负荷为400 MW，切换后，主汽流
量由1 202 t／h下降为1 176 t／h，降低约2．2％ ，
机组供电煤耗降低约5．0 g／(kW ·h)，同比降低
1．5 g／(kW ·h)，节能效果显著。
表2所示为对机组进行间隙调整和布莱登汽
封改造后，利用耗差分析确定的不同工况下汽轮
机热耗和煤耗变化情况。
大修后热负荷试验数据和计算结果表明，在
360～600 MW 日常调峰负荷范围内，机组的发电
热耗平均降低231 kJ／(kW ·h)，达3％ 左右，发
电煤耗平均降低8．6 g／(kW ·h)，o满负荷下，大
修后热耗降低334 kJ／(kW ·h)，降低4．0％ ，发
电煤耗平均降低12．5 g／(kW ·h)，降低4％ 。
表2 间隙调整和汽封改造前后汽轮机热耗与煤耗变化情况
Tab．2 Heat and coal consumption of steam turbine
before and afIer th retrofit
负荷／MW 600 540 480 420 360 平均
大修前8 464．8 8 506．9 8 690．0 8 800．0 8 950．0 8 682．3
热耗率／kJ·
大修后8 319．8 8 355．8 8 580．0 8 645．0 8 675．0 8 515．1
(kW ·h)
降低145．0 151．0 110．0 155．0 275．0 167．2
大修前315．2 316．8 322．6 328．1 333．3 323．2
煤耗率／g· 大修
后309．8 311．2 319．7 322．2 321．8 316．9
(kW ·h)
降低 5．4 5．6 2．9 5．8 11．6 6．3
2．4 辅机系统优化
在2台案例机组辅机系统方面实施的节能优
化措施主要包括：(1)循环水泵优化运行。通过
循环水泵的启停实现冷端系统运行优化，当汽轮
机的做功增加量大于启动循环水泵的耗功量时，
启动循环水泵；否则停运循环水泵。(2)调整给
水泵小汽轮机的轴封间隙，治理系统泄露，减少
高品位工质损失，降低能耗，提高机组效率。
(3)高能耗辅机的变频改造。通过变频控制，降
低设备能耗，降低厂用电率。
对比凝结水泵分别运行在工频和变频工况下
30 d的节能效果，结果显示，凝结水泵改为变频
运行后的用电量仅为改造前工频运行时的
34．26％，影响供电煤耗1 g／(kW ·h)左右，节
能效果显著，投入生产1个月就已实现节能效益
30多万元
3 结 论
本文基于系统节能评价技术与耗差分析分析
方法系统研究了600 MW级火电机组的节能潜力，
通过对所选典型机组实施综合优化措施，取得良
好的节能降耗效果。其中案例机组1的供电煤耗
由2007年的338 g／(kW ·h)下降为2008年的
329 g／(kW ·h)，下降9 g／(kW ·h)；案例机组2
的燃烧稳定性大大改善，供电煤耗由2007年的
355 g／(kW ·h)下降为326～330 g／(kW ·h)左
右，节能效果显著。
参考文献：
[1]中国电力行业年度发展报告2008[R]．北京：中国
电力企业联合会，2008．
[2]杨勇平，杨昆．火电机组节能潜力诊断理论与应用
[J]．中国电机工程学报，1998，18(2)：131—134．
[3]中国华电集团动力技术研究中心，华北电力大学．
6OO MW机组节能降耗的对策研究报告[R]．2008．
作者简介：王宁玲(1975一)，女，讲师，从事能源，发电领
域节能减排政策及关键技术研究。

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