“在供电煤耗不断降低的情况下，再降低煤耗已经很难很难，需要重新审视我们的系统设计，分析现有设计理念的不足之处，对燃煤机组进行整体优化。”在6月19~20日中国电力科技网主办的 “火电厂锅炉、汽机新技术与节能改造研讨会”上，国家700摄氏度超超临界创新联盟技术委员会委员龙辉对燃煤机组节能潜力如此表示。
“这里提到的‘燃煤机组整体优化’就是针对燃煤机组运行中面临的煤质多变、负荷多变和复杂环境条件等问题，对燃煤机组的蒸汽锅炉、汽轮机等主要动力设备及其辅机系统进行整体改造、优化，以实现燃煤机组包括安全、环保在内的整体效能的最优化。”中国电力科技网CEO魏毓璞告诉《中国电力报》记者。
近年来，各大发电集团及相关科研院所积极推进燃煤机组整体优化工作，一些先进技术和手段不断得到推广应用，供电煤耗整体水平不断改进。
“节能剖析”概念提出
“同参数超超临界机组供电煤耗差别达15克/千瓦时，可以看出超超临界机组有较大节能潜力。若能从系统层面整体优化设计，将有更好效果。”国电科学技术研究院节能减排研究所技术部主任王卫良在上述会议上表示。
对于大唐集团的基层电厂来说，“优化运行”是今年上半年乃至今后一个时期关键词。今年上半年，大唐集团多次召开优化运行会议，并组织检查工作。“优化运行”工作的开展，使大唐集团设备可靠性得到很大程度的提升。该活动自2012年开展以来，大唐集团累计完成73台A级火电机组检修，其中有80.8%未发生非计划停运事件。
今年是华电集团实施燃煤机组整体优化工作的第3年。据华电电力科学研究院黄建平介绍，3年来，华电集团已经完成整体优化的机组54台，平均降低供电煤耗13.68克/千瓦时，正在实施过程中的机组69台。
基于燃煤机组整体优化要求，华电国际技术服务中心创新开发机组“节能剖析”技术，对机组设备、系统进行剖析、诊断，量化存在的节能潜力。“我们创新性地提出了‘节能剖析’的概念，对机组的节能剖析分为3大模块、40个剖析单元、210个剖析点、72个剖析试验。”华电国际技术服务中心节能主管宗绪东告诉 《中国电力报》记者。目前华电国际已进行了24个火电厂70多台机组的节能剖析工作，节能效果显著，仅通过运行优化调整手段，各单位煤耗平均约降低2克/千瓦时。
“将红外纳米节能技术应用相关设备，换热效率能提高10%以上，可降低锅炉排放温度5~10摄氏度，同时可降低炉膛出口温度。”依靠现有传统技术，燃煤机组进一步降低能耗难度越来越大，为此，长沙天瑞能源科技有限公司总经理聂勤俭提出，应该进行能效评估，分析节能空间，积极尝试包括红外纳米在内的节能技术。厦门大学曹留烜向记者表达了利用核能技术在燃 煤电厂进行节能降耗尝试的大胆设想。
对标“设计值”进行优化
对标机组设计值成为检验机组性能的重要手段。“燃煤机组整体优化的主要任务就是在汽机专业提出汽轮机热耗率达到设计值方案，在锅炉专业提出锅炉效率达到优化设计值方案。”宗绪东告诉《中国电力报》记者。
在进行具体优化工作时，有时候也能达到比设计值还优良的效果。“通过对浙能嘉兴电厂2台百万机组设备和系统进行整体优化，2台机组平均厂用电率为4.015%，比设计保证值5.3%还低1.285%；2013年平均供电煤耗比优化前下降7克/千瓦时，供电煤耗指标接近国内最好水平，跨入国内先进机组水平行列。”在上述会议上，浙江浙能技术研究院生产技术部科技主管倪定介绍道。
据了解，截至今年4月计划检修，该厂7号机组实现长周期连续安全运行647天，创全国百万机组连续运行最长纪录，获得2013年度全国能效对标及竞赛优胜机组100万千瓦级一等奖第一名。
近年来，新投产大型机组参与电网调峰运行，具体到单台燃煤机组，其利用小时数逐年降低，低负荷运行时间增加。相关数据显示，大部分电厂2013年的负荷率不到70%。当火电机组“吃不饱”，运行数据达不到设计值的时候，机组效率该如何保障呢？“应尽早开展机组低负荷运行优化工作，以提高机组低负荷运行时的经济性。”广东电网公司电力科学研究院锅炉所温智勇认为：“因负荷调度影响，燃煤机组会在低负荷下长期运行，燃煤机组的低负荷运行优化研究本质是将汽轮机、锅炉、热工协调控制等节能技术充分结合，以提高机组的整体效率和经济效益。”据温智勇介绍，他们对江门某电厂5台机组进行低负荷运行优化，5台机组整体效率得到很大的提高，供电煤耗下降约3克/千瓦时。
深挖主机设备节能潜力
“锅炉和汽机是燃煤机组整体优化节能潜力最大的两个部分。”魏毓璞向《中国电力报》记者表示。
燃烧优化问题一直是燃煤机组锅炉技术的关键。目前，我国储量丰富的准东高钠煤在燃烧过程中会发生严重的沾污结渣问题，仅能以掺烧方式利用，而掺烧比例必须控制在较小范围，限制了准东煤的大规模高效纯烧利用。
“2012年以来，针对准东煤和低阶煤利用中所存在问题，我们进行了低质煤方向的专项攻关。通过近几年努力，东方电气中央研究院和东方锅炉在准东煤的纯烧利用技术及低阶煤分级利用技术上完成了大量创新型工作，所开发技术可大大提高低品质煤的利用效率。”东方电气集团中央研究院曹立勇博士向《中国电力报》记者介绍了东方电气这一关键创新技术，“将来高钠煤如果能够顺利实现纯烧利用，以现在我国煤炭年产量计算，准东煤田够全国使用约100年。”为了保证机组经济指标的领先，国内新建100万千瓦超超临界机组不断采取各种创新措施。相关专家介绍，对于汽轮机来说能做的最重要的无非就是提高进汽参数和冷端优化。在热电联产发电厂中，汽轮机冷端系统运行的状态对机组的经济性影响非常大。记者采访了解到，机组的冷端治理工作已经从以往传统的真空漏泄治理、提高背压、电量消耗转向低温热源的深度利用方面，且潜力较大。
“结合30万千瓦级机组改造成功经验和60万千瓦级机组投运情况，采用最新通流技术对60万千瓦机组整机通流进行改造，可使机组煤耗降低7~9克/千瓦时，同时机组可靠性大幅提高。”长期从事大型电站汽轮机设计、服务工作的余宏才告诉记者。
国家核电上海发电设备成套设计研究院刘网扣表示：“国内电厂应结合自身电厂冷端设备的运行情况,提出冷端设备或系统的性能监测和诊断方法，结合冷端系统运行方式优化，改善设备运行水平、提高机组冷端性能、降低机组煤耗。”提高汽轮机组冷端性能，投入小、见效快，是电厂节能降耗、提高机组热经济性、实现效益最大化的有效途径。
厂用电率下降空间较大
“我们将高温烟气换热器嫁接到燃煤机组，替代脱硝电加热器进行尿素热解，从而以低值能（烟气）替代高值能（电能），降低厂用电率近0.2%。”江苏昆山市三维换热器有限公司顾安生接受 《中国电力报》记者采访时介绍，今年上半年，华能巢湖电厂60万千瓦机组锅炉已经安装2台高温烟气换热器，电加热器完全退出，厂用电率显著降低，这在全国燃煤机组属于首创。
“基于热泵余热回收系统的热电厂冷端优化运行方式，不需要进行再投资，调节灵活，将热泵系统改造后的升压泵及其系统，应用于电厂的正常运行时的机组冷却，在满足不同季节的环境温度和负荷变化机组冷却需要的前提下，有效地节省了厂用电的消耗。”大唐集团科学技术研究院火电所赵文波介绍，该方法将以往的电厂循环冷却系统与改造后的热泵余热回收系统进行合理的选择和组合，实为发电厂领域进行深度节能挖潜的一种新方式和方法。
风机和泵类设备是电站锅炉和汽轮机的主要辅机，也是电站辅机的主要耗电设备，直接影响着厂用电的大小。“国内在电厂辅机调节方式的经济性研究上存在不足。
20~100万千瓦机组风机设计或适时改为变频调节方式，这样可以大大减少厂用电。其收益与煤价、上网电价以及负荷状况等有关。”中电投河南电力公司技术中心尹金亮表示，“从今后国产机组运行经济可靠的发展要求来看,开发大容量、高可靠性以及高效率的变频换流驱动设备,是国内机电行业发展的大势所趋,也是大型火电机组高速大容量旋转机械驱动方式的最佳选择。”相关资料显示，泵类机械作为我国重要通用机械和耗能设备，其用电量约占全国用电的20.9%。“基于能耗系数指标的节能理论对泵站的优化改造具有重要的指导意义。”长沙理工大学能源与动力工程学院教授李志鹏在上述会议提及，在国家对节能降耗的支持下，针对某些落后泵站系统，相关企业要建立优化节能意识，向系统节能方向发展，达到节能最大化。
“降低厂用电率应该通过优化系统设计来提高用电设备的效率。采用其他能源方式驱动用电设备来降低厂用电率，应以不降低电厂热效率为宜。”中电投平圩发电有限责任公司汽机主管杨金矿强调。
“燃煤机组整体优化涉及电厂很多细枝末节，每一个环节的改进，每一项数据的更新，都将推动燃煤发电领域的技术进步。”魏毓璞总结道。
