改造情況表明，廣西4個(gè)火電廠改造總費(fèi)用不到400萬元，每年節(jié)約風(fēng)機(jī)用電費(fèi)用總計(jì)1164萬元，此外，由于增設(shè)了增壓風(fēng)機(jī)旁路，有效避免脫硫煙氣旁路取消后，因增壓風(fēng)機(jī)故障導(dǎo)致脫硫非停、機(jī)組跳閘嚴(yán)重事故的發(fā)生。
廣西電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)的火電廠有13個(gè)，其中12個(gè)采用石灰石一石膏濕法脫硫工藝，9個(gè)設(shè)計(jì)有增壓風(fēng)機(jī)。由于廣西火電廠燃煤硫分含量較高，脫硫系統(tǒng)用電占廠用電率較高，約占廠用電的1.6%~2%。
石灰石-石膏濕法脫硫工藝是目前應(yīng)用最為廣泛的脫硫技術(shù)，經(jīng)過多年運(yùn)行、調(diào)整和摸索，石灰石-石膏濕法脫硫裝置節(jié)能減排的優(yōu)化手段已非常成熟，挖掘潛力有限。考慮到增壓風(fēng)機(jī)的用電量約占脫硫系統(tǒng)用電量的40%~50%，因此，如何降低增壓風(fēng)機(jī)的用電量是今后節(jié)能新的技術(shù)方向。
1增壓風(fēng)機(jī)旁路節(jié)能技術(shù)
脫硫系統(tǒng)設(shè)置增壓風(fēng)機(jī)的目的是克服增加的脫硫系統(tǒng)阻力。由于增壓風(fēng)機(jī)與鍋爐引風(fēng)機(jī)串聯(lián)運(yùn)行，增壓風(fēng)機(jī)本身的阻力及風(fēng)機(jī)、電機(jī)能量轉(zhuǎn)換的損失需要額外消耗部分電能。近年來，為了降低脫硫系統(tǒng)用電量，提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，最有效的方法就是將增壓風(fēng)機(jī)與鍋爐引風(fēng)機(jī)合二為一。
因此，新建電廠的脫硫系統(tǒng)通常不設(shè)增壓風(fēng)機(jī)。同時(shí)，部分火電廠結(jié)合煙氣脫硝改造，取消了脫硫系統(tǒng)增壓風(fēng)機(jī)，并對鍋爐引風(fēng)機(jī)進(jìn)行出力改造。截止2013年1月，廣西已有3個(gè)電廠進(jìn)行了增壓風(fēng)機(jī)與鍋爐引風(fēng)機(jī)合二為一的改造。增壓風(fēng)機(jī)與鍋爐引風(fēng)機(jī)合二為一的改造方式簡單、可靠、節(jié)能效果較好，但需要對鍋爐原引風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)進(jìn)行改建，且原增壓風(fēng)機(jī)及鍋
爐引風(fēng)機(jī)一般作拆除報(bào)廢處理，造成該改造方式工期較長、費(fèi)用昂貴，僅引風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)改造就需約45天，而2x300MW機(jī)組改造費(fèi)用與增壓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)報(bào)廢費(fèi)用之和超過1000萬元。另外，增壓風(fēng)機(jī)與鍋爐引風(fēng)機(jī)合二為一后，新引風(fēng)機(jī)在TB工況下的壓力遠(yuǎn)超原引風(fēng)機(jī)壓力，因此還需對鍋爐爐膛安全性進(jìn)行評估分析。
根據(jù)DL/T468-2004《電站鍋爐引風(fēng)機(jī)選型和使用導(dǎo)則》，火電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)選型時(shí)，其全壓、風(fēng)量、溫度等參數(shù)一般根據(jù)BMCR工況并考慮10%~20%的裕量進(jìn)行選擇。因此，在引風(fēng)機(jī)出口煙道與吸收塔入口煙道之間增設(shè)一條煙氣旁路(圖1)，當(dāng)鍋爐負(fù)荷較低時(shí)，煙氣通過該旁路直接進(jìn)入吸收塔而不需要啟動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)，脫硫系統(tǒng)的阻力利用鍋爐的引風(fēng)機(jī)全壓裕量克服，從而達(dá)到節(jié)能的目的。
該旁路區(qū)別于脫硫煙氣旁路稱為增壓風(fēng)機(jī)旁路。增壓風(fēng)機(jī)旁路節(jié)能技術(shù)無需對增壓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)進(jìn)行任何改造，僅需增設(shè)一條不長的煙道及一個(gè)煙氣檔板門，較增壓風(fēng)機(jī)與鍋爐引風(fēng)機(jī)合二為一的改造費(fèi)用低得多，通常2x300MW機(jī)組的改造費(fèi)用每臺機(jī)組僅需約40萬元。
圖1增壓風(fēng)機(jī)旁路示意圖
對于引風(fēng)機(jī)全壓有較大裕量的電廠，引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)增加變頻器也可以達(dá)到較好的節(jié)能效果，但每臺機(jī)組需要增設(shè)3臺大功率、價(jià)格昂貴的變頻器，并且風(fēng)機(jī)在使用變頻器后會出現(xiàn)包括變頻切工頻擋板卡澀、風(fēng)機(jī)失速裕量增大等各種問題，因此部分電廠放棄這種節(jié)能改造方式。
2廣西部分火電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)出力及脫硫系統(tǒng)阻力情況
由上可見，增壓風(fēng)機(jī)旁路節(jié)能技術(shù)取決于鍋爐引風(fēng)機(jī)有足夠的全壓裕量以克服脫硫系統(tǒng)的阻力。當(dāng)鍋爐負(fù)荷較低時(shí)，煙氣系統(tǒng)及脫硫系統(tǒng)的阻力均相應(yīng)降低，引風(fēng)機(jī)的全壓裕量就愈大。因此，增壓風(fēng)機(jī)旁路改造前應(yīng)對不同鍋爐工況下引風(fēng)機(jī)全壓以及鍋爐、脫硫系統(tǒng)阻力等因素進(jìn)行分析和計(jì)算，避免改造后達(dá)不到效果而造成浪費(fèi)。
廣西6個(gè)裝設(shè)有增壓風(fēng)機(jī)的電廠中有2個(gè)電廠經(jīng)過煙氣脫硝改造后，在鍋爐負(fù)荷較高時(shí)，雖然增壓風(fēng)機(jī)靜(動(dòng))葉開度已達(dá)到最大，但其引風(fēng)機(jī)出力明顯不足，因此，這2個(gè)電廠不考慮進(jìn)行增壓風(fēng)機(jī)旁路改造。其余4個(gè)有增壓風(fēng)機(jī)的電廠在進(jìn)行脫硝、脫硫改造后，對鍋爐、脫硫系統(tǒng)不同負(fù)荷下阻力情況、引風(fēng)機(jī)全壓等進(jìn)行了測試，測試時(shí)為保證脫硫系統(tǒng)阻力的真實(shí)性，脫硫吸收塔漿液循環(huán)泵全部運(yùn)行，結(jié)果見表1。
表1廣西4個(gè)電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)及系統(tǒng)阻力數(shù)據(jù)匯總表
根據(jù)表1數(shù)據(jù)，除貴港電廠外，其余3個(gè)電廠BMCR工況下引風(fēng)機(jī)全壓基本與鍋爐及脫硫系統(tǒng)總阻力(P1+P2=)相當(dāng);但在75%負(fù)荷時(shí)，這4個(gè)電廠鍋爐及脫硫側(cè)阻力(P3+P4)均小于引風(fēng)機(jī)的全壓;50%負(fù)荷時(shí)，引風(fēng)機(jī)全壓裕量更大。
由于廣西火電廠多為調(diào)峰電廠，2013年及2014年火電機(jī)組的等效負(fù)荷率約為額定負(fù)荷的60%，預(yù)計(jì)今后變化不會太大，因此上述電廠具備進(jìn)行增壓風(fēng)機(jī)旁路改造的條件。
3增壓風(fēng)機(jī)旁路改造后的運(yùn)行情況
從2013年開始，廣西這4個(gè)電廠結(jié)合鍋爐檢修進(jìn)行增設(shè)增壓風(fēng)機(jī)旁路的改造工作，截止2013年9月，這4個(gè)電廠共8臺機(jī)組全部完成改造工作。為避免增壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)故障導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)非計(jì)劃停運(yùn)、機(jī)組跳閘事故的發(fā)生，增壓風(fēng)機(jī)旁路的煙氣檔板門具備快速打開功能，即當(dāng)增壓風(fēng)機(jī)故障跳閘時(shí)，增壓風(fēng)機(jī)旁路的煙氣檔板門能快速打開。
每臺機(jī)組改造完成后在啟動(dòng)時(shí)均先僅啟動(dòng)鍋爐引風(fēng)機(jī)，鍋爐煙氣只通過增壓風(fēng)機(jī)旁路進(jìn)入脫硫吸收塔，并緩慢增大鍋爐負(fù)荷，記錄鍋爐負(fù)荷、引風(fēng)機(jī)電流及進(jìn)出口壓差等數(shù)據(jù)。當(dāng)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流接近其額定電流或其全壓不足時(shí)，啟動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)，關(guān)閉增壓風(fēng)機(jī)旁路，此時(shí)，鍋爐負(fù)荷即為增壓風(fēng)機(jī)不啟動(dòng)允許的最大鍋爐負(fù)荷Pmax，引風(fēng)機(jī)電流即為增壓風(fēng)機(jī)不啟動(dòng)時(shí)最大允許電流Imax。
這4個(gè)電廠改造前后不同負(fù)荷下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2，由于每個(gè)電廠的2臺機(jī)組的容量、引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)等均相同，表中僅列出每個(gè)電廠具有代表性的1臺引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。
表2改造前、后不同負(fù)荷下引風(fēng)機(jī)及增壓風(fēng)機(jī)的電流
根據(jù)表2數(shù)據(jù)，改造后增壓風(fēng)機(jī)不啟動(dòng)時(shí)，北海電廠2x300MW機(jī)組鍋爐負(fù)荷最大，達(dá)到額定負(fù)荷，說明其引風(fēng)機(jī)裕量設(shè)計(jì)較大;貴港電廠2x600MW機(jī)組鍋爐負(fù)荷最小，約為455MW，相當(dāng)其鍋爐75%MBCR負(fù)荷;所有電廠達(dá)到最大鍋爐負(fù)荷Pmax二時(shí)，引風(fēng)機(jī)電流未超過額定值，但引風(fēng)機(jī)的全壓不足。
引風(fēng)機(jī)全壓不足的原因主要是這些電廠現(xiàn)場場地小，增壓風(fēng)機(jī)旁路改造時(shí)，增壓風(fēng)機(jī)旁路煙道均需要增設(shè)2個(gè)90°的彎頭，加上增設(shè)的煙氣檔板門，脫硫系統(tǒng)的阻力相應(yīng)增加了約600Pa。從表2數(shù)據(jù)可知，4個(gè)電廠在75%鍋爐負(fù)荷時(shí)，增壓風(fēng)機(jī)均不需要啟動(dòng)，說明這4個(gè)電廠增設(shè)增壓風(fēng)機(jī)旁路的改造取得成功。
4效益分析
由于廣西電網(wǎng)以水電為主，火電廠主要用于調(diào)峰，火電機(jī)組大部分運(yùn)行時(shí)間內(nèi)負(fù)荷較低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，自2013年以來，廣西火電機(jī)組負(fù)荷約為額定負(fù)荷的50%~70%，晚間負(fù)荷更低。預(yù)計(jì)今后幾年內(nèi)廣西火電機(jī)組負(fù)荷偏低情況沒有變化，因此，這4個(gè)電廠改造后多數(shù)情況下不需要啟動(dòng)脫硫增壓風(fēng)機(jī)。
在未增設(shè)增壓風(fēng)機(jī)旁路前，風(fēng)機(jī)的用電量包括引風(fēng)機(jī)及增壓風(fēng)機(jī)的用電量，而增設(shè)增壓風(fēng)機(jī)旁路后，當(dāng)增壓風(fēng)機(jī)不啟動(dòng)時(shí)，風(fēng)機(jī)的用電量僅為引風(fēng)機(jī)的用電量，兩者之差即為節(jié)約的電量。
由表2數(shù)據(jù)和式(1)即可計(jì)算改造前引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)的用電量以及改造后增壓風(fēng)機(jī)不啟動(dòng)時(shí)引風(fēng)機(jī)的用電量，結(jié)果見表3。
表3增設(shè)增壓風(fēng)機(jī)旁路改造前、后不同負(fù)荷下節(jié)電效果
根據(jù)表3數(shù)據(jù)，即使這4個(gè)電廠機(jī)組在75%負(fù)荷下的運(yùn)行小時(shí)數(shù)占機(jī)組年運(yùn)行小時(shí)的50%，增壓風(fēng)機(jī)旁路改造后，合計(jì)每年節(jié)約風(fēng)機(jī)用電量2587x104kW˙h，節(jié)約費(fèi)用1164萬元(上網(wǎng)電價(jià)按0.45元/kW˙h計(jì))，而每個(gè)電廠的改造費(fèi)用為80~100萬元，其經(jīng)濟(jì)效益較大。
另外，根據(jù)國家相關(guān)環(huán)保政策，國內(nèi)所有火電廠必須在2013年12月前取消脫硫煙氣旁路。脫硫煙氣旁路取消后，當(dāng)增壓風(fēng)機(jī)因故障跳閘時(shí)，相應(yīng)脫硫系統(tǒng)停運(yùn)，并進(jìn)一步造成機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)。在增設(shè)增壓風(fēng)機(jī)旁路后，當(dāng)增壓風(fēng)機(jī)因故障跳閘時(shí)，煙氣檔板門可快速打開，煙氣通過增壓風(fēng)機(jī)旁路進(jìn)入吸收塔，從而有效避免脫硫非停、機(jī)組跳閘嚴(yán)重事故的發(fā)生，具有良好的社會效益。
5結(jié)論與建議
由上述結(jié)果可見，對設(shè)有脫硫增壓風(fēng)機(jī)且鍋爐引風(fēng)機(jī)全壓有足夠裕量的火電廠，特別對以調(diào)峰為主的廣西區(qū)內(nèi)火電廠，增設(shè)增壓風(fēng)機(jī)煙氣旁路所取得的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益較大。
根據(jù)部分電廠在增設(shè)增壓風(fēng)機(jī)旁路改造中取得的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，建議:
1改造實(shí)施前，必須進(jìn)行鍋爐側(cè)、煙氣脫硫側(cè)阻力及引風(fēng)機(jī)全壓余量的測試和分析，脫硫系統(tǒng)阻力測試時(shí)漿液循環(huán)泵應(yīng)全部運(yùn)行。此外，還需考慮增設(shè)的煙氣檔板門及煙道所增加的阻力，以避免設(shè)置增壓風(fēng)機(jī)旁路后增壓風(fēng)機(jī)不啟動(dòng)時(shí)最大鍋爐負(fù)荷很低，節(jié)約的風(fēng)機(jī)用電量很少，沒有達(dá)到預(yù)期效果。
2由于影響脫硫系統(tǒng)及鍋爐側(cè)阻力因素較多，運(yùn)行時(shí)如果鍋爐及脫硫系統(tǒng)阻力增加，并且鍋爐負(fù)荷接近增壓風(fēng)機(jī)不啟動(dòng)允許的最大負(fù)荷時(shí)，運(yùn)行人員應(yīng)及時(shí)做好啟動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)的準(zhǔn)備工作，確保增壓風(fēng)機(jī)及時(shí)啟動(dòng)。重新啟動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)時(shí)，鍋爐、脫硫運(yùn)行人員必須密切協(xié)調(diào)，以防止增壓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)過程中鍋爐爐膛壓力波動(dòng)太大甚至滅火事故的發(fā)生。
3增壓風(fēng)機(jī)旁路的煙氣檔板門應(yīng)具備快速打開功能(全開時(shí)間≤15s)，增壓風(fēng)機(jī)故障跳閘時(shí)的保護(hù)邏輯設(shè)置，應(yīng)確保增壓風(fēng)機(jī)故障跳閘時(shí)，煙氣檔板門可快速打開。開展要求不同，特高頻信號無法穿越金屬外殼，需在絕緣結(jié)構(gòu)處測量，而超聲局放檢測技術(shù)受故障點(diǎn)距離限制較多。綜合利用多種檢測技術(shù)，可以有效覆蓋巡檢中的“死角”，提高缺陷識別整體水平。
5.1拓寬測試項(xiàng)目開展渠道
當(dāng)前階段，變電站內(nèi)超聲局放檢測項(xiàng)目的開展一般分為檢修試驗(yàn)人員例行檢測和專家組巡檢，主要是對大負(fù)荷前后、重要節(jié)日及政治保電前的全站設(shè)備進(jìn)行檢測，并對重點(diǎn)設(shè)備、疑似缺陷設(shè)備進(jìn)行跟蹤監(jiān)測。針對電力負(fù)荷變化較大的線路、變壓器對應(yīng)的斷路器設(shè)備，建議增加運(yùn)行人員檢測，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電流劇烈變化可能帶來的故障缺陷;針對同一廠商已出現(xiàn)過問題的同類設(shè)備，建議增加設(shè)備制造方帶電檢測工作，歸類總結(jié)可能存在的家族性缺陷。
5.2完善狀態(tài)檢修輔助決策分析系統(tǒng)
狀態(tài)檢修輔助決策系統(tǒng)為各類狀態(tài)數(shù)據(jù)信息的歸納分析提供了便利，也為狀態(tài)檢修工作中設(shè)備評價(jià)、決策制定等提供了數(shù)據(jù)支撐，但現(xiàn)階段仍存在較大發(fā)展空間。狀態(tài)檢修輔助決策分析系統(tǒng)中狀態(tài)信息類別、數(shù)據(jù)廣度有待拓寬，分析深度、輔助決策水平需要提升。以文中所述案例所在電力公司的狀態(tài)檢修輔助決策系統(tǒng)為例，斷路器設(shè)備狀態(tài)檢修策略的制定主要基于停電檢修試驗(yàn)數(shù)據(jù)、家族性缺陷數(shù)據(jù)、運(yùn)行工況數(shù)據(jù)以及SF6氣體成分帶電檢測數(shù)據(jù)，缺乏對超聲局放、特高頻局放等帶電檢測及跟蹤監(jiān)測數(shù)據(jù)的深度應(yīng)用。建議結(jié)合狀態(tài)檢測新技術(shù)的應(yīng)用對輔助決策系統(tǒng)相關(guān)模塊、系統(tǒng)功能進(jìn)行完善，充分利用各類狀態(tài)數(shù)據(jù)提升決策水平，使系統(tǒng)不斷滿足設(shè)備運(yùn)維檢修、故障診斷工作的新要求。
