大型火电厂设计优化思路

大型火电厂设计优化思路

徐炜乔,杜保周,刘振华

山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南250000

摘要：火电厂的建设中，起到指导作用的一个要素内容就是设计，而在火电厂设计优化上加强力度，有助于火电厂运行效率的提升，也能使火电厂建设中的成本投入有效降低，并促进排放量的减少，且火电厂优化设计在节水节能上发挥的作用也十分显著。文章从以下几个方面探讨了大型火电厂的设计优化，即气压背机的合理降低与汽机热耗的降低；给水温度的适当提升，热力循环效率的改善；排烟温度的降低，排烟热能的回收；主厂房布置的优化，成本造价的节约；辅机选型的简化，设备投资节约；电除尘的高效化，粉尘排放减少等，供参考、借鉴。

关键词：大型火电厂；设计；优化

虽然说上世纪80年代开始，我国一些火电厂基于300-600MW电厂设计技术的引进，开始有了一定程度的改观。但从实际情况来看，对比国际先进电厂设计，待改进之处仍然很多。

一、合理降低汽机背压，降低汽机热耗

机组经济性提升方面，人们通常是以蒸汽初参数的提升为侧重点，却很少关注汽机背压的合理降低问题。通常情况下，在汽机背压每增加1kPa的情况下，会相应的增加1%的机组热耗值。但值得注意的是，背压的降低，需要付出的代价就是投资的增加和运行电耗的增加，所以要优化祭祀按汽机冷端，将最佳凝汽器面积和冷却水量等参数确定出来。通过择优选择获取冷却水量的情况下，基于冷却水温的最高计算，还要为汽轮机背压处在满负荷运行最高允许值范围提供保障[1]。优化计算汽机冷端的过程中，各设计院已经使用了一些计算程序，但值得注意的是，在原始数据输入的情况下，比如微增热号等，导致各设计院择优所获结果会有较大的差距，与此同时，在汽轮机储容量相同的情况下，冷却塔淋水面积可能会有20%以上的差异。面对此种情况，就要进一步研究冷端优化流程等，保障修改更合理。

二、提高给水温度，改善热力循环效率

要想为给水温度、蒸汽初参数的最优化提供保障，密切相关的影响因素就是一次、二次等再热循环和再热蒸汽压力的采用。以CE公司资料为依据，若31MPa为初汽参数，机组为593℃/593℃，就会出现以下影响：即高于再热点抽汽高压加热器系统的应用，利于再热汽压力的有效降低，而在给水温度较高的情况下，机组热耗会相应的降低。

三、降低排烟温度，回收排烟热能

从现阶段大型火电厂运行实际情况来看，120-130℃是锅炉排烟温度的取值范围，且空气预热器换热面积相对合理，也利于尾部受热面腐蚀情况的减少。这一过程，4%-5%是排烟热损失，而该因素也是严重影响锅炉热效率的一个主要原因。在逐步应用低温电除尘器等装置的背景下，若适当的降低排烟温度，如油130℃向90℃方面降低，约会减少2%左右的排烟热损失，也能促进电厂效率的提升，还可以保障电除尘器除尘的高效化进行[2]。若并未将烟气/烟气热交换器设置在脱硫装置出口，此时50℃的烟气若直接向烟囱或冷却塔电厂排入，也会造成大量排烟热能的消耗，此时建议将排烟温度降至80℃。

四、优化主厂房布置，降低工程造价

第一，主厂房的常规布置多以四列式为主，而在不断提高蒸汽参数、加大机组容量的情况下，四大管材也开始应用越来越高级的合金钢，此时面临的一个主要问题就是材料价格高昂。与此同时，机炉间压降和温降也会在管道长度不断增加的情况下，呈现出增加的趋势，所以要想使超临界机组工程造价有效降低，一个主要的手段就是机炉间距离的缩短。具体而言，可在锅炉侧面布置煤仓，并在汽机头部或煤仓顶部等位置布置除氧器，将四列式布置中煤仓间、除氧间取消，这样就能使机炉距离有效缩短约30m。这一过程，四大管道不仅实现了有效缩短目标，同时纵向主厂房长度限制磨煤机台数的现象也会有效规避，能够便于布置锅炉燃烧器，也利于运行灵活度的增加，且主厂房建筑面积也会相应的减少。

第二，在布置锅炉房尾部的过程中，密切相关的一个因素就是布置脱硝装置。该方面优化上，各设计院做出的努力较多。第一种布置如下，从现阶段我国锅炉实际情况来看，通常是在省煤器下直接布置空气预热器，之后在空气预热器外侧布置送风机、一次风机，后续SCR增设的情况下，在改造烟道将炉架引出之后，将SCR布置在送风机上方，进而在向炉架内折回，将空气预热器引入其中。还有一种布置方式则是拉出空气预热器约15-20m，之后在省煤器下方布置送风机、一次风机，后续SCR的增设，会在空气热气上方直接设置，此种情况下，能够顺畅布置烟道。对比上述两种布置方式来看，第一种在老厂改造、新建工程、后续并无明朗SCR增加前景的工程中较为应用[3]。而针对新建大型机组和SCR增加有明朗前景的工程中，第二种布置方式相对适用，能够直接预留SCR位置，属于一种相对合理且易于进行改造的一种布置方式，所以可以择优考虑应用这种布置方式。

五、简化辅机选型，减少设备投资

水泵是辅机中最重要的一种配置，以现行规定为依据，在机组为125，200MW级别时，最适宜配置的电动泵为2台100%或3台50%；在机组是300，600MW级别的情况下，适宜配置的气动泵为两台50%，电机启动/备用给水泵为1台25%-30%。从近些年我国给水泵、小汽机发展情况来看，质量上的进步较为显著，也大幅度提升了运行可靠性。而在给水泵备用芯包配备的情况下，以供货商过往可靠性业绩为依据进行分析，在机组级别是300-600MW的情况下，采用1x100%气动给水泵方案有很大的可能性

[4]。若具备辅助气源，可对启动电动给水泵的设置不予考虑。本文的分析中，建议机组级别在300MW及以下状态时，要以用户对运行可靠性要求、机组重要度为依据，与辅机质量情况相结合，对单机烟风系统设备应用的可能性进行深入的研究、分析。

六、提高电除尘器效率，减少粉尘排放

目前，国外一些燃煤电厂的新建中，低温电除尘器得到了广泛应用，而在适当降低电除尘器进口烟气温度的情况下，如由原本的130℃向90℃方面降低，烟气中粉尘的比电阻会大幅度的降低，与此同时，电除尘器除尘效率也会针对性的提升。在我国，有实践证实，104-1010Ω·cm的烟灰比电阻，较适用电除尘器，而5x1010-1011Ω·cm的烟灰比电阻，集尘极上荷电粉尘的电荷会缓慢的释放，且粉尘层内也会电位差存在，此时会降低电场空间内电位梯度。如果粉尘层内电位差比内部某气体绝缘强度高，该部位回有局部放电的现象产生，最终会降低运行电压、电流密度，也会相应的降低除尘效率[5]。粉尘比电阻＞1012Ω·cm的情况下，电位差会向击穿气体的水平方面发展，此时粉尘层内气体会呈现出全面电离的状态，最终反电晕就会形成，简单来说，就是集尘极电场空间会有大量的正离子被放出，此时的电晕电流会呈现出骤增的状态，降低电压的同时，也会大幅降低除尘效率。

结束语：

在本文的分析中，就某些设计优化思路进行了阐述，但这些思路中的一些措施可达到，但部分并不符合现行《大型火电厂设计规范》，与此同时，一些措施在国内应用的先例并无存在，所以需要各有关方进行不断的研究、分析。而能否采用这些措施，也要结合工程条件、设备质量等多方面情况。

参考文献：

[1]吴海燕.大型火电厂设计优化思路[J].建筑工程技术与设计,2017(16):3474-3474.

[2]汤蕴琳.大型火电厂设计优化思路[J].电力建设,2005,26(12):1-5.

[3]薛建阳,马林林,史祝,等.大型火电厂主厂房钢框排架拟动力试验及其优化设计[J].工业建筑,2014(1):138-143.

[4]郑慧莉.大型火电厂自动化设计的若干问题[J].电力系统自动化,2005,29(24):79-82.