摘要：目前，火力发电厂的经营面临着许多困难，发电装机容量的急剧上升导致出现供大于求的局面，一些地区出现电力过剩的情况。同时，电力市场中疏导电价也面临着许多困难，在新形势下煤炭价格不断增长，而上网电价被国家控制，各个发电企业都在一定程度上出现了行业亏损。除此以外，发电厂排除的大量有害气体，对环境造成了污染，要上交一定的治理污染的费用，加大了发电成本。因此，火电厂的节能管理，对于创建节约型社会，加大环境保护力度，增加火电厂盈利，促进火电厂可持续发展有着重要意义。
关键词：燃煤电厂；节能；管理
随着化石燃料的大量使用以及其导致的环境问题日趋严重，中国政府做出了积极的努力，在全国范围内积极推广实施“节能减排”政策。目前，我国电力建设以燃煤发电为主，燃煤电厂每年消耗的煤炭量占全国煤炭消耗总量的50%左右，由此产生的SO2也超过了全国SO2总排放量的一半，同时我国CO2、CH4、N2O等温室气体的排放量居世界第一。因此，燃煤电厂实施节能减排至关重要。但是，目前我国尚未形成一套关于燃煤电厂节能减排情况的较为全面的、客观的、系统的评价指标体系和相应的评价模型。
1 火电厂节能技术综述
1.1 国外节能技术综述
欧洲大型燃煤火电机组使用了许多先进的节能技术，发电效率高，节能减排效果理想。一是新建机组采用了超临界或超超临界参数的机组。资料显示，超临界机组效率为41%左右，而超超临界机组效率可达到48%左右，较亚临界机组高10%左右；二是采用塔式锅炉，燃烧效率比传统的II型锅炉要高2%左右；三是采用无调节级滑压运行的汽轮机，优化热力循环系统，既提升了机组效率，也保障了安全可靠性；四是辅机配置方式采用单辅机配置，一方面简化系统设计，降低了对辅机设备的成本投入，另一方面降低了厂用电率。
1.2 国内节能技术综述
国内火电厂实施的节能工作主要有：一是建立健全节能降耗管理体系，完善节能管理制度和指标统计计算方法，实施指标对标管理；二是优化锅炉指标，如入炉煤的掺配及制粉系统的运行优化、降低锅炉氧量、空预器的漏风率及排烟温度；三是优化汽轮机指标，如按滑压曲线控制主汽压力、优化循环水泵、提升真空系统严密性；四是实施技术改造，如对锅炉设备、汽轮机、电除尘器、引风机、增压风机、磨煤机等进行相应的节能改造。
2 节能技术应用的重要意义
2.1 燃煤电厂全面提升和建设的必要性
煤炭是不可再生能源，且煤炭燃烧过程会排放大量烟尘、二氧化碳、二氧化硫等大气污染物，以煤电为主的电源结构给我国能源供给、能源安全与环境保护带来了极大的挑战。实施煤电节能减排升级与改造行动计划是立足国内，牢牢掌握能源安全主动权的必然选择；是推进生态文明，建设资源节约型、环境友好型社会的战略抉择；是推动能源技术革新、带动产业升级、清洁高效利用煤炭、实现创新发展的现实需要；是广大电力企业义不容辞的历史责任。
例如上海外高桥第三发电有限责任公司（简称“外三”）成立于2005年，其2×1000MW超超临界发电机组实际运行供电煤耗为世界最先进水平，其后连续四年刷新自己保持的世界煤耗纪录，成为世界上第一个冲破克千瓦时最低煤耗280g/kWh关口的电厂。其节能实践主要包括空预器全向柔性密封技术、直流锅炉蒸汽加热启动法、广义回热技术、节能型低成本“超低排放”新技术、两次再热双轴高、低位布置技术等技术措施和实施标杆管理等节能管理措施。
3 燃煤电厂节能工作存在的主要问题
目前，燃煤发电企业面临的主要形势：一是新一轮电力体制改革正如火如荼地进行着，发电竞争机制逐步放开，基础电量执行标杆电价，市场电量通过市场竞争定价，且市场化份额逐步放大；二是发电装机容量严重过剩，电力市场供大于求，发电竞争已经白热化，部分发电企业为争取发电量不惜以低于发电成本报价；三是自2015年8月份以来，煤炭价格不断上行，发电成本激增；四是国家要求，对燃煤机组全面实施超低排放和节能改造，到2020年，现役燃煤发电机组改造后平均供电煤耗低于310克/千瓦时，具备改造条件的燃煤电厂力争实现超低排放，节能减排压力巨大。
3.1 主要问题
（1）技术装备相对落后，经济运行水平不高，煤耗水平普遍较低；由于国家和煤电企业在火电机组节能降耗方面的资金投入不足等原因，我国对燃煤机组节能减排前期工作研究不足，生产的设备系统性能相对较差，供电煤耗等能耗指标较高。（2）缺乏自主知识产权，受到国外知识产权保护束缚较大，辅机往往与主机匹配性差，运行过程能耗偏高。（3）缺乏完善的管理制度、管理机构和相应的监督措施；相关工作人员在节能技术和节能管理方面缺乏专业修养，对节能减排工作的重要意义认识不足，参与节能工作积极不够，工作态度也不够端正，操作不规范，导致燃煤电厂节能工作不能取得应有成效。
3.2 实际案例
某厂汽轮机为上海汽轮机厂生产的CZK300-16.7/0.4/538/538亚临界、单轴、中间再热、双缸双排汽、空冷、抽汽凝汽式汽轮机。可供热网抽汽，压力可在0.25MPa（a）～0.7MPa（a）间调整；高中压部分采用合缸反流结构，低压部分采用双流反向结构，表1为汽轮机主要技术参数。电厂采用小机排汽直接进空冷岛技术。具有以下主要特点，空冷机组最大的特点是凝汽器的背压较高，在夏季工况时，背压约在32kpa，额定设计工况为16kpa，冬季约在8～10kpa。由于空冷系统背压较高，且变化较大，一般给水泵汽轮机的排汽都不采用直接进入空冷系统，而是自带一套小凝汽器系统，系统相对复杂，机组耗水量较大。
从试验情况来看，小汽轮机背压变化没有对锅炉运行造成很大影响，原因之一是亚临界机组的汽包起到缓冲作用。从小汽轮机选型来看，其出力额定为8000kW，最大出力为12000kW，功率跨度较大，应是空冷系统背压变化较大原因造成。电厂2012年至2014年汽机主要节能指标如表2所示。
表1 汽轮机的主要技术参数
表2 汽机主要节能指标
其中，2013 年，1 号机组中低压联通管改造、破损汽封更换、汽封间隙调整影响热耗下降明显；2013 年度真空严密性较同期降低 90 Pa/min；2014年，受供热量大幅升高和两台机组都经历过大修影响，机侧指标都好于同期，受冬季暖风器投入影响，真空严密性略差。
2013年度供电煤耗完成值同比降低5.03g/kWh，主要原因有以下几点。（1）全年真空度同比升高约0.3%，影响供电煤耗降低约0.4g/kWh。2013年在空冷岛冲洗方面较同期更提前，于2月末进行了第一轮冲洗；在杨柳絮高发时期2号机组停备，避开了空冷岛散热片被污染堵塞的危险；
2013年度真空严密性一直维持在70Pa/min以下，较同期降低90Pa/min。（2）1号机组于大修期间进行的中低压连通管改造、汽封间隙调整和2号机组于临修期间进行的中低压联通管改造，共计影响全年供电煤耗降低约2g/kWh。（3）供热量同比升高18.24万GJ，负荷率同比升高1.21%，主汽压力同比升高0.59MPa，影响供电煤耗降低约1g/kWh。
2014年度供电煤耗同比大幅降低的主要原因。有以下几点。（1）全年真空度同比升高0.4%，影响供电煤耗降低约0.5g/kWh。供热量同比大幅升高，机组负荷率同比降低0.18%，进入空冷岛乏汽量大幅降低，夏季高温及时投用空冷喷淋降温装置和及时对空冷岛进行冲洗，影响真空度同比升高。（2）2号机组于大修期间进行了汽封间隙调整，机组热耗较修前降低约93.18kJ/kWh，影响全年供电煤耗降低约1g/kWh。
4 主要节能技术措施分析
4.1 循环水余热利用
目前，大型供热机组产生的大量低品位热源并没有得到利用，主要是因为电厂循环冷却水温度较低，不能达到供热要求，可以采用如下2种方法改进，一是降低排气缸真空提高乏汽温度，即汽轮机组低真空运行；二是以电厂循环水为低位热源，采用热泵技术吸取其中余热实现供热。下面为热泵技术改造案例。热泵机组设计可将采暖用热网回水从580C加热到780C左右，循环冷却水由38℃降至30℃后作为冷介质再去凝汽器循环利用。改造总投资为11748万元。安装6台单机容量为38.77MW蒸汽驱动型漠化钾吸收式热泵，吸收式热泵采用的是烟台茬原空调设备有限公司生产的型号为XRI3.2-38/30-3877（58/78）的蒸汽型吸收式漠化钾热泵，回收一台机组部分循环水余热95.8MW。热泵机组驱动蒸汽从机组五段采暖抽汽抽取，热泵接待基础负荷，原有热网加热器做为尖峰备用。改造后机组煤耗下降了19.67g/kWh；背压影响机组煤耗升高了2.81g/kWh；热泵系统耗电量使机组煤耗升高0.35g/kWh，最终煤耗下降了16.5g/kWh。
4.2 在燃料管理方面的应用
燃料节能管理可以从燃料储存、燃料混配掺烧、燃用绩效三个方面开展。首先，需要保证燃煤的合理科学储存，通常要进行分类存储，并避免阳光直射和氧化。在保证煤炭供应的前提下，尽量减少物理和化学损耗。这样才能增加煤炭利用率，提高电厂效益；其次，提高燃料的混配掺烧水平，收集并分析日常生产数据，建立合适的掺烧模型，精确计算经济环保的掺烧混配方案。科学跟踪锅炉运行状况，分别为机组在低谷、腰荷、高峰等时段制定相应的掺配比例；最后，完善燃用绩效的统计工作，对电厂燃煤的效果分阶段实时进行统计分析，为分析燃烧效率、运行参数、设备故障率等方面提供数据支持。
4.3 在电厂建设方面的应用
在对电厂厂房进行规划时，应最大化的利用土地资源构建厂区，达到节约土地资源的目的；对于厂房围护结构可以采用多空烧结砖，并在外部加装保温材料，保证厂房温度，减少供热消耗；在灯具选择方面，则要保证其良好的显色性，并且具有较长的寿命和较高的光效；在工程设计中，则要科学配线，最大限度降低配电线路损耗，选择使用节能型电感镇流器和电子电感镇流器，增加镇流器电容补偿功能；对于配电方式，应采用两相三线、三相四线的配电方式，有效降低线损。
4.4 提高燃料混配掺烧水平
配煤掺烧管理以燃料配煤掺烧精确计算、精益实施、精细管理为目标，应该以配煤掺烧模型为基础，结合锅炉设计参数、来煤信息、发电计划、负荷分布、煤场库存、历史掺配评价、设备运行工况等因素得到成最经济、最环保、综合最优的掺配方案。提高员工掺烧水平了解不同煤质的燃烧性能，确保掺烧工作有序开展。实时跟踪机组负荷、运行情况，结合机组实际负荷和锅炉燃烧工况及煤场存煤情况制订出科学的掺配比例，并进行合理掺烧，保证机组低谷、腰荷、高峰各不同时段入炉煤掺配比例的科学性。及时了解来煤方式、数量等信息，加大与掺配小组的沟通力度，促进值班员精心调整。合理堆放经济煤种，合理划分煤场区域，按不同煤种、热值差高低分类堆放经济煤种，建立煤场存煤示意图，健全堆、存量台帐，为科学掺酉己提供有力依据。
4.5 资源综合利用
随着国家对电厂脱硫的要求越来越高，脱硫石膏的产量也越来越多。如何将这庞大的废弃物变成重要的矿产资源，是发展循环经济的重要课题。提高脱硫石膏利用率，主要从两方面进行：一是政府给予资金补贴，包括脱硫石膏综合利用企业、水泥企业和电厂；二是加强燃煤电厂自主创新，例如在国内外现有技术的基础上开发出水热法，生产高强度的α石膏粉的技术，并且成本不高于β石膏粉，替代部分的木材、塑料，变成加工家具材料之一，也可为提高国内陶瓷、金属高等级模具石膏的应用水平和降低使用成本提供优质的基础原材料。
4.6 电气系统节能
1）厂用电系统。根据厂用电负荷的大小、特点，合理设计厂用电系统，降低系统损耗，保证供电质量。2）变压器及动力线缆。选择节能型变压器。目前国内推广的节能变压器有10、11等系列产品，与S7、S9系列变压器相比，空载损耗平均降低7%～10%，负载损耗平均降低20%～25%，总损耗平均降低18%左右。动力电缆、导线截面在满足载流量、压降、动热稳定前提下，尽量按照经济电流密度选型，以减少线损。3）厂用电动机。厂用电动机应选用效率高、高效区宽的产品。根据电厂生产工艺的需要，合理选择电机功率，设计中避免大马拉小车的现象。4）照明节能。照明器选用效率高、利用系数高、配光合理、保持率高的绿色环保产品，同时照明设计应充分考虑设备布置影响因素。
4.7 节能减排制度管理
（1）加强设备检修和运行维护，降低设备故障率，合理安排机组运行，减少启停机次数，保证安全发电和供热，提高设备性能，改善煤耗等指标。（2）加强经济指标管理工作，重点完善优化各项制度和管理手段，加大奖惩力度，充分调动各级人员的积极性，对于单项指标优化和提高做出贡献的人员进行重奖，确保经济指标管理的持续优化和完善。（3）加大投入力度，加强阀门内外漏治理，保证高压汽水阀门的严密性。加强治理保温，降低热损失，达到降耗的目的。（4）做好节能监督工作，充分发挥热力试验作用，不断优化主辅机经济运行方式。认真执行好节能经济运行方式，并根据现场实际情况不断优化。
综上所述，燃煤电厂的节能管理工作可以提高资源利用率，促进电厂经济效益的提升，还可以降低电厂对周边环境的污染。本文只是对节能管理在电厂建设、设备管理、燃料管理、余热利用等方面的应用进行了整理和总结，对于如何提高能源转换效率等方面的研究还需要不断的深入，以达到充分节能的目的。
参考文献
[1]滕卫明,张小根.燃煤电厂广义节能管理模式[J].中国电力企业管理,2012,(09）:72-73.
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[4]李金玲.燃煤电厂环境管理信息系统的开发研究[D].华北电力大学,2011.
论文作者:孔祥艳
论文发表刊物:《基层建设》2017年第34期
论文发表时间:2018/4/3
标签：机组论文; 电厂论文; 煤耗论文; 节能论文; 燃煤论文; 汽轮机论文; 系统论文; 《基层建设》2017年第34期论文;