外三电厂节能技术盘点

外三电厂节能技术盘点

上海外高桥第三发电有限责任公司(简称外三)投产当年，就创出全世界最低的实际运行供电煤耗：287克/千瓦时。这还是在只有74%的负荷率的情况下。此后每年，在持续的技术创新的推动下，都大幅刷新供电煤耗最低世界纪录。到2013年，国际煤电界由外三创造的纪录已进入280克/千瓦时以下，达到276克/千瓦时左右。

世界范围内，中国以外公认技术指标最好的燃煤发电厂是丹麦NORDJYLLAND 电厂3号机组，由于实施了二次再热超超临界技术，并有超低温冷却海水的得天独厚的优势，其实际运行供电煤耗为286.08克/千瓦时。我们发现，这项“原世界纪录”比外三差了10克/千瓦时，而10克/千瓦时是煤电行业通常所称的一代技术的差距。

一、锅炉侧的主要技术

1、排烟损失及回收技术

众所周知，锅炉的各项损失中，排烟损失约占全部损失的80%，因此，如何降低该项损失是极具吸引力的课题。此外，引风机和脱硫增压风机做功致使烟气焓和温度上升，其温升最高可达10℃左右，颇为可观。不过，锅炉排烟温度的绝对值较低，一般在130℃左右甚至更低，可资利用的有用能有限。由于烟气中含有SO2，安装SCR 脱硝装置后还会增加SO3及硫酸氰胺，余热回收装置易出现表面凝结硫酸露，这会对换热器产生强腐蚀，同时烟气中的飞灰极易粘在结露的换热器表面，碱性的烟灰与硫酸露结合后呈水泥状，极难清除。这种情况持续发展甚至可以使烟道的通风能力严重下降。德国在解决这类问题方面作了有益的探索，采用耐酸塑料管材制作换热器。但是，由于塑料的换热系数很低，制成的换热装置非常庞大，造价昂贵。据悉，日本采用了钢制换热器回收烟气余热，但为防止结露，烟气温降有限，且燃煤的含硫量需严格控制。

中国的动力煤蕴藏量丰富，但含硫量较高且不稳定。此外，作为发展中国家，投资要考虑性价比，故上述两种方案均难以借鉴。

通过深入研究，我们改变解题的角度，从而破解了这一难题。其基本思路是通过专门的控制措施尽可能不让换热器表面结酸露，辅之以换热器低温段的钢材具备一定的耐酸性，并将其置于增压风机与脱硫塔间的低尘区域，既能防止磨损，又降低了积灰和堵塞的风险，还兼顾了引风机、增压风机做功致烟气焓的回收。换热器采用鳍片管以提高换热效率。余热回收工质为低压加热器间的凝结水，被加热的凝结水减

少了低压缸抽汽，降低了汽轮机的热耗。

两台机组的脱硫烟气余热回收系统分别于2009年6月和10月先后投入运行，至今运行情况良好。经多次检查，腐蚀情况甚微，寿命影响可以忽略。性能试验表明，该套装置的投产，使机组的效率上升了0.4%，脱硫塔喷水降低45t/h。

2、空预器密封技术

回转式空预器是当今大型锅炉的通用配置，外三电厂采用的是转子回转式，转子直径17m×高2.5m。设计漏风率<5%，一年后<6%。

转子回转式空预器虽有很多优点，但其转子在运行中会出现“蘑菇型”非线性变形，动静间隙较难控制，这导致其漏风率较大。漏风会导致两个后果，一是各相关风机的总风量增大，功耗相应增加，其功率增量约与漏风率的三次方正相关;二是致空预器换热效率下降，导致排烟损失增加，锅炉效率下降。

为降低空预器的漏风率，我们研究开发了一种“全向柔性密封技术”，这种密封装置是以不改变原有设备结构为前提，在径向、轴向和环向均加装了磨损率可控的接触式柔性密封，利用其柔性特点补偿动静间隙的非线性变化，从而使漏风率显著降低。应用该技术后，额定工况下的厂用电率降至3.5%以下(包括脱硫、脱硝)。与此同时，锅炉热风温度也明显上升，相应提高了锅炉热效率。该项创新提升了约0.29%机组效率。

3、锅炉的节能启动系列技术

大型超(超)临界机组的启动，需要消耗大量的水、电、油、煤、蒸汽等资源，时间长，且这一阶段的风险远远高于机组正常运行时期。为防止粘性油烟对除尘装置的污染，纯燃油及煤油混烧阶段不宜投除尘器，从而又显著增加了这一阶段的污染物排放量。

通过对国内外直流锅炉不同启动方式以及相应的优、缺点和存在问题的深入研究，我们在理论上取得了一系列的重大突破。在此基础上，对传统的机组启动方式进行了全面的颠覆和创新，研究并设计出了一整套全新的启动技术，取得了卓有成效的成果。如：

(1)不启动给水泵、静压状态下的锅炉上水及不点火的热态水冲洗。这种水冲洗技术不用启动给水泵，也不用点火加热，节约了大量的燃料和厂用电，并且操作简单，可控性好。由于冲洗的水温高，且整个被冲洗受热面内的冲洗介质均处于汽水两相流，极大地改善了冲洗效果。

(2)直流锅炉蒸汽加热启动和稳燃技术。采用这一启动技术后，耗油量下降了

一个数量级以上。该方法不仅将锅炉由原来的冷态启动转为热态启动，并且使烟风系统的运行条件更优于热态启动，极大地改善了锅炉的点火和稳燃条件，创造了最低断油稳燃负荷<20%BMCR的纪录，显著提高了锅炉的启动安全性。

(3)取消炉水循环泵的低给水流量疏水启动。这一技术大大简化了启动系统和运行控制，提高了安全性和可靠性，减少了启动损失，同时仍具有常规带炉水循环泵锅炉的极热态启动时间短，损失小的特点。

新启动技术成功应用后，整个启动操作过程明显简化，时间大为缩短，启动能耗大幅降低，特别是厂用电及点火助燃用油呈数量级下降，而安全性则得到显著提高。目前，不论机组处于何种状态，包括冷态启动在内，从锅炉的点火至发电机并网，时间可控制在120分钟以内。耗油小于10——20吨，耗电8万度，耗煤200吨(含加热蒸汽)。

二、汽轮机侧的主要技术

1、主蒸汽参数及运行调节方式的优化

西门子的超(超)临界汽轮机均采用了无调节级设计，基本的运行方式为滑压运行。为进一步提高调频运行的经济性，其为中国市场推介的超超临界机型采用了“补汽阀”的调频和过负荷调节技术。其高压缸增加了一个第五级动叶后的进(补)汽口。在主汽阀后与补汽口之间连有一个补汽调节阀。在正常负荷范围内，其主调门及补汽阀均参与调频。通过开启补汽阀或关小主调门来响应加(减)负荷。显然，当补汽阀打开时汽轮机效率会显著下降。而若频繁开启补汽阀并在小开度下运行，极易造成冲蚀和泄漏。

为避免一般情况下开启补汽阀，针对补汽阀作用的两种情况，对设计参数和控制方式等作了以下优化和创新：

(1)适当提高主蒸汽设计压力，并将补汽阀的过负荷开启点设置到夏季最高冷却水温下的额定负荷，从而确保全年在额定负荷及以下工况不开启补汽阀。

(2)针对正常负荷段的汽轮机调频运行，研究开发成功节能型抽汽调频技术。该方法的着眼点是改变汽轮机的调频原理。通过调节凝结水流量，间接地同步改变相关级回热抽气量，辅之以高加抽汽调节的配合，以达到汽轮机暂态功率调节的目的(而后由锅炉燃烧调节系统跟进)。用此方法，可使主调门全开，补汽阀全关，消除汽轮机进汽节流损失。

采用这种调频法反应速度快，功率调节范围相对较大。从外高桥三期两台机组的实践来看，新的调频方式获得了成功。目前，机组的加(减)负荷的速率能达到和