孫艷麗

（河鋼邯鋼公司）

摘  要  通過對邯鋼東區(qū)1號6萬發(fā)電機(jī)組冷端系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析，找到了影響發(fā)電效率的因素，結(jié)合汽輪機(jī)冷端優(yōu)化節(jié)能專家決策系統(tǒng)、凝汽器真空保持技術(shù)等新系統(tǒng)、新技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了6萬發(fā)電機(jī)組的優(yōu)化節(jié)能。

關(guān)鍵詞  發(fā)電  汽輪機(jī)冷端  優(yōu)化

1  前言

全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和能源危機(jī)、氣候變暖等問題的出現(xiàn)，“節(jié)能減排、循環(huán)和低碳經(jīng)濟(jì)”已成為全世界倡導(dǎo)的科學(xué)發(fā)展主題。鋼鐵行業(yè)同樣面臨著嚴(yán)峻的能源問題，邯鋼把轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、減少能源消耗、提高能源綜合利用率作為企業(yè)生存發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。但由于受裝備大型化、設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存在偏差、部分節(jié)能技術(shù)本身存在缺陷等因素影響，并沒有發(fā)揮出最大的節(jié)能作用，特別是發(fā)電機(jī)組效率逐年下降是一個突出問題。因此，必須根據(jù)邯鋼實際情況和節(jié)能設(shè)施運(yùn)行中出現(xiàn)的實際問題，對現(xiàn)有發(fā)電機(jī)組冷端系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新性改進(jìn)和完善，使利用水平、企業(yè)的自發(fā)電比例等指標(biāo)得到顯著改善，進(jìn)一步提升邯鋼二次能源的綜合利用水平，實現(xiàn)邯鋼“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”企業(yè)發(fā)展。

邯鋼東區(qū)1號6萬發(fā)電機(jī)組冷端系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能，通過對現(xiàn)有發(fā)電冷端系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，以實現(xiàn) 機(jī)組發(fā)電效率的明顯提升，帶來了鋼鐵企業(yè)發(fā)電設(shè)備管理水平、設(shè)備安全狀況明顯提升。希望對我國同類型鋼鐵企業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、低碳經(jīng)濟(jì)有一定的示范和推動。

2  存在問題及思路措施

2.1  存在問題

邯鋼東區(qū)1號6萬發(fā)電機(jī)組的實際運(yùn)行狀況在技術(shù)改造前主要存在問題，如下：

（1）凝汽器冷卻管污垢嚴(yán)重、凝汽器鋼管存在腐蝕及結(jié)垢影響總體傳熱效果；

（2）機(jī)組冷卻塔冷卻效率低、射水抽氣系統(tǒng)效率偏低、真空嚴(yán)密性偏差；

（3）循環(huán)水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)自用電率偏高；

（4）機(jī)組整體運(yùn)行監(jiān)控自動化水平不高、優(yōu)化運(yùn)行缺乏必要的手段等。

以上為邯鋼東區(qū)1號發(fā)電機(jī)組存在的主要問題，這些問題嚴(yán)重的影響了發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率及運(yùn)行成本。為此邯鋼能源中心聯(lián)合合作單位展開深入調(diào)研及可行性研究，制定有針對性的技術(shù)方案，確定項目總體實施思路。

2.2  優(yōu)化思路與措施

（1）優(yōu)化思路

目前發(fā)電系統(tǒng)的節(jié)能一般都是對機(jī)、爐本體與轉(zhuǎn)機(jī)變頻兩方面進(jìn)行熱端改造，但因冷端系統(tǒng)自身復(fù)雜而龐大，分析非常困難，對冷端系統(tǒng)進(jìn)行的優(yōu)化很少考慮。一方面國內(nèi)鮮有對冷端系統(tǒng)進(jìn)行全面考慮、結(jié)合設(shè)備與運(yùn)行優(yōu)化改造的案例，可以說冷端系統(tǒng)是目前發(fā)電廠節(jié)能技改的一個盲區(qū)；另一方面同樣的冷端系統(tǒng)綜合改造和熱端改造的投入，所帶來的節(jié)能效益前者將數(shù)十倍于熱端改造?；诖怂悸泛撃茉粗行慕M織相關(guān)專業(yè)的大量技術(shù)人員，有針對性的成立了課題組，結(jié)合合作單位深圳世能科泰能源技術(shù)股份有限公司全面開展冷端包括凝汽器本體、循環(huán)水系統(tǒng)、抽氣系統(tǒng)、冷卻塔等子系統(tǒng)優(yōu)化綜合解決方案的技術(shù)研討和論證并逐一實施。

（2）采取措施

①凝汽器全面徹底清洗：用專業(yè)設(shè)備與方法對凝汽器冷卻管進(jìn)行清洗，全面徹底清除凝汽器的污垢；

②安裝采用凝汽器真空保持節(jié)能系統(tǒng)（以下簡稱VUES，由世能科泰公司研發(fā)的，由國家發(fā)改委重點(diǎn)推薦的節(jié)能專利技術(shù)）：該系統(tǒng)可以實現(xiàn)凝汽器在線全面清洗，并可長期保持凝汽器的清潔；

③對冷卻塔進(jìn)行性能評價：依據(jù)“風(fēng)水匹配、強(qiáng)化換熱”的方式對冷卻塔進(jìn)行節(jié)能改造，提高冷卻塔冷卻能力，有效降低循環(huán)水溫度；

④對抽真空設(shè)備進(jìn)行檢查、治理：對真空系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)密性試驗及專業(yè)在線查漏及治理，提高系統(tǒng)效率及真空嚴(yán)密性；

⑤對系統(tǒng)內(nèi)的一臺循環(huán)水泵、兩臺冷卻塔風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造，具備實時優(yōu)化調(diào)節(jié)功能，有效降低廠用電消耗；

⑥安裝冷端優(yōu)化節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)COS-8000：該系統(tǒng)可實時對冷端系統(tǒng)的運(yùn)行狀況及能效進(jìn)行監(jiān)測及節(jié)能分析，并對循泵、冷卻塔等冷端系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化節(jié)能控制，從而實現(xiàn)機(jī)組及冷端系統(tǒng)綜合能耗最低。

3  新技術(shù)的實施

通過研究分析，決定對汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)進(jìn)行升級、對設(shè)備搭建凝汽器真空保持、冷卻塔“風(fēng)水匹配”強(qiáng)化換熱、循環(huán)水泵及冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速、真空嚴(yán)密性系統(tǒng)在線監(jiān)測及治理節(jié)能新技術(shù)，最終達(dá)到高效節(jié)能的效果。

3.1  系統(tǒng)升級-汽輪機(jī)冷端優(yōu)化節(jié)能專家決策系統(tǒng)應(yīng)用(COS-8000)

對汽輪機(jī)冷端進(jìn)行系統(tǒng)升級，使用節(jié)能決策系統(tǒng)（COS-8000），該節(jié)能系統(tǒng)配置軟件一套、小型氣象站1臺、主控機(jī)1臺套、數(shù)據(jù)傳送終端1個（與深圳遠(yuǎn)程服務(wù)器通訊）、無線通訊終端若干個（與VUES、小型氣象站通訊）。同時COS-8000控制系統(tǒng)安裝在集控室，與發(fā)電DCS的OPC服務(wù)器連接，通過OPC協(xié)議讀取冷端實時運(yùn)行數(shù)據(jù)。

（1）大冷端系統(tǒng)分析模型

該技術(shù)打破傳統(tǒng)技術(shù)在冷端性能分析時，人為將凝汽器與冷卻塔隔絕分開的做法，而是建立非設(shè)備模型的大系統(tǒng)模型，以凈熱耗率最低為目標(biāo)，把機(jī)組運(yùn)行狀況、冷端全系統(tǒng)以及環(huán)境參數(shù)納入全系統(tǒng)分析和運(yùn)行決策。

（2）大數(shù)據(jù)分析和智能化決策控制

運(yùn)用大冷端系統(tǒng)分析模型，對機(jī)組及冷端系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行熱力性能分析，以凈熱耗率最低為準(zhǔn)則建立各種工況的優(yōu)化運(yùn)行數(shù)據(jù)庫，作為實時工況的決策控制依據(jù)，從而使機(jī)組及冷端性能不斷實現(xiàn)最優(yōu)化的、智能化的運(yùn)行控制。COS-8000可按照大冷端系統(tǒng)分析模型，對每一個工況點(diǎn)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行熱力性能分析，不斷更新優(yōu)化運(yùn)行數(shù)據(jù)庫，具有自我的學(xué)習(xí)和完善能力，從而使實時工況的決策控制不斷優(yōu)化。

（3）實現(xiàn)冷端設(shè)備實時精細(xì)化的調(diào)度控制

在基于COS-8000系統(tǒng)大數(shù)據(jù)和大冷端系統(tǒng)優(yōu)化分析的實時智能化控制下，冷端設(shè)備，尤其是循泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)等的控制從以季度性調(diào)整為主的長周期調(diào)度控制，轉(zhuǎn)變?yōu)閷崟r的精細(xì)化調(diào)度，不僅可以降低工作強(qiáng)度，同時也可實現(xiàn)低成本運(yùn)行。

３.2  設(shè)備新技術(shù)之一--凝汽器真空保持技術(shù)[1]（VUES）

該技術(shù)于2010年被國家發(fā)改委納入“國家第三批重點(diǎn)節(jié)能推廣技術(shù)”，2011年入選“國家十五大節(jié)能重點(diǎn)推廣技術(shù)”，2012年被國家節(jié)能中心列為“發(fā)電行業(yè)重點(diǎn)推廣節(jié)能技術(shù)”。

（1）凝汽器真空保持節(jié)能系統(tǒng)(簡稱VUES）

該系統(tǒng)是汽輪機(jī)凝汽器污垢問題的最佳解決方案，它能在不停機(jī)的情況下定期、實時、自動、有效清潔凝汽器冷卻管內(nèi)壁，改善汽輪機(jī)凝汽器殼管的換熱效率，提高機(jī)組性能，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能的效果。

（2）工作原理

VUES是依靠壓縮空氣作為動力，在PLC的控制下，間歇地將膠球球瞬間、同時、一次性發(fā)射入凝汽器入口，對凝汽器所有的冷卻管進(jìn)行全面擦拭清洗；清洗后的膠球進(jìn)入回收裝置后在200秒內(nèi)被系統(tǒng)迅速集中收回，然后對回收的膠球進(jìn)行清洗和脫水，結(jié)束一次清洗循環(huán)，系統(tǒng)待命。每隔60分鐘（時間可調(diào)）再次啟動一次清洗循環(huán)，全天自動間歇運(yùn)行24次，亦即凝汽器的冷卻管在每隔60分鐘就可以得到一次清洗，如此周而復(fù)始地、全天候地、自動地執(zhí)行對凝汽器的清洗工作。

（3）技術(shù)指標(biāo)

①收球率：大于等于95% (總收球率，投球數(shù)按凝汽器單流程不銹鋼管數(shù)100%)；

②收球網(wǎng)投運(yùn)正常時的阻力不大于300mmH2O；

③凝汽器冷卻管無堵球現(xiàn)象發(fā)生；

④凝汽器所有冷卻管均能保持清潔，可免除人工清洗。

３.3  設(shè)備新技術(shù)之二—冷卻塔“風(fēng)水匹配”強(qiáng)化換熱技術(shù)

冷卻塔換熱能力的大小決定于其布水與進(jìn)風(fēng)的匹配程度，本技術(shù)提出“風(fēng)水匹配的概念”，采用Fluent平臺，對冷卻塔運(yùn)用CFD（計算流體動力學(xué)）計算機(jī)軟件進(jìn)行流場模擬計算。可以通過塔內(nèi)進(jìn)風(fēng)流場的分布，進(jìn)行相應(yīng)的配水調(diào)節(jié)與填料布置，提高冷卻塔冷卻能力，有效降低循環(huán)水溫度。如圖3、圖4優(yōu)化前后填料頂部空氣溫度分布，可以看出優(yōu)化前空氣換熱能力未達(dá)到高效發(fā)揮。

（1）通過“風(fēng)-水匹配”，充分發(fā)揮了原進(jìn)塔空氣的換熱能力。出塔空氣吸熱量的上升，使出塔空氣密度減小，由此加大了冷卻塔內(nèi)外空氣的密度差，并最終使冷卻塔的進(jìn)塔空氣量增大；

（2）出塔空氣的動能使其具有攜帶能力：其相對濕度可以超過100%，即空氣呈過飽和狀態(tài)。最終使冷卻塔的換熱能力在設(shè)計值（100%）的基礎(chǔ)上提高不小于20%，達(dá)到高120%以上的冷卻能力，使冷卻塔出水溫度較改造前降低不不小于1.5℃。

３.4  設(shè)備新技術(shù)之三--循環(huán)水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)

傳統(tǒng)一般采用電機(jī)“變極雙速”改造技術(shù)，循環(huán)水泵、風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式切換時必須停泵、停風(fēng)機(jī)，在人工現(xiàn)場重新接線的基礎(chǔ)上實現(xiàn)變極變速，使得循環(huán)水泵、風(fēng)機(jī)原先只能進(jìn)行季節(jié)性長周期調(diào)節(jié)的粗放節(jié)能運(yùn)行。而通過循環(huán)水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的實施，使得在“火電廠冷端系統(tǒng)耗差分析智能管理系統(tǒng)”的調(diào)度下實現(xiàn)晝夜型短周期精細(xì)節(jié)能運(yùn)行，使循環(huán)水系統(tǒng)、冷卻塔系統(tǒng)的運(yùn)行真正做到節(jié)能最優(yōu)。

3.5  設(shè)備新技術(shù)之四--真空嚴(yán)密性系統(tǒng)在線監(jiān)測及治理節(jié)能技術(shù)

真空系統(tǒng)是凝汽式汽輪機(jī)的一個重要組成部分，其嚴(yán)密性的好壞直接影響整個設(shè)備運(yùn)行的熱經(jīng)濟(jì)性和安全性。由于設(shè)計、安裝和運(yùn)行、檢修等方面的原因，以及設(shè)備的老化，1號機(jī)組在運(yùn)行過程中時常出現(xiàn)真空偏低的現(xiàn)象，真空嚴(yán)密性試驗時，多數(shù)情況不合格。因此，在機(jī)組運(yùn)行過程中應(yīng)密切監(jiān)視真空系統(tǒng)真空值的變化，分析引起真空下降的原因并制定相應(yīng)的解決對策，為此對真空嚴(yán)密性系統(tǒng)進(jìn)行在線監(jiān)測顯得尤為重要。

本次改造項目在線監(jiān)測采用氦質(zhì)譜在線查漏技術(shù)，將機(jī)組的所有泄漏點(diǎn)徹底檢查并消除，機(jī)組本體存在的問題待大修時解決，帶來了明顯的節(jié)能效益。解決了以前嚴(yán)密性查漏方法只是傳統(tǒng)的灌水查漏、蠟燭查漏等方法，所帶來的工作量大、效果差、泄漏點(diǎn)無法查到等問題。

４  實施效果

通過對邯鋼東區(qū)1號6萬發(fā)電機(jī)組冷端系統(tǒng)優(yōu)化和技術(shù)創(chuàng)新的應(yīng)用，實現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的大幅度的提高，同時產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益：

4.1  經(jīng)濟(jì)效益

以2017年第一季度為例，同比改造前相同耗熱量下增加發(fā)電量達(dá)到466萬kWh，效益按外購綜合電價0.51元/kWh計算，增發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益超過237萬元；按照一季度進(jìn)行簡單折算全年預(yù)計增發(fā)電量達(dá)1800萬kWh，增發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益達(dá)918萬元。

4.2  社會效益

通過對發(fā)電機(jī)組進(jìn)行改造，經(jīng)濟(jì)效益顯著，同時對社會效益也產(chǎn)生了積極的推動作用。

按2017年第一季度的運(yùn)行水平，本項目實施后，為社會節(jié)約電力1860萬kWh，與社會電廠比較，則直接為社會節(jié)約煤炭消耗6030噸標(biāo)煤（按照當(dāng)前平均發(fā)電煤耗335g/KWh計算）、減排CO216000余噸、減排SO2173噸。

減排量計算：

每年增發(fā)電量1800萬KWh，每KWh電節(jié)約標(biāo)煤0.335kg，全年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤：

0.000335×18000000=6030噸。

每噸標(biāo)煤產(chǎn)生二氧化碳按2.6噸標(biāo)準(zhǔn)折算，每年二氧化碳減排量為：

6030×2.6=15678噸。

5  結(jié)語

（1）改造實現(xiàn)了能源節(jié)約、增加了發(fā)電量，減少了溫室氣體排放量，對我國鋼鐵企業(yè)節(jié)能降耗意義重大。

（2）采用“風(fēng)水匹配、強(qiáng)化換熱”技術(shù)對冷卻塔進(jìn)行節(jié)能改造，提高冷卻塔冷卻能力，有效降低循環(huán)水溫度；利用VUES技術(shù)，實現(xiàn)了凝汽器自動在線全面清洗，長期保持凝汽器的清潔。

（3）對普遍容易忽視的抽真空設(shè)備進(jìn)行檢查、治理，采用先進(jìn)的真空嚴(yán)密性在線查漏設(shè)備及技術(shù)對真空系統(tǒng)嚴(yán)密性進(jìn)行試驗及治理，提高系統(tǒng)效率及真空嚴(yán)密性。

（4）首次對冷端系統(tǒng)進(jìn)行全面考慮、結(jié)合設(shè)備與運(yùn)行優(yōu)化改造，采用新技術(shù)對冷端系統(tǒng)的運(yùn)行狀況及能效進(jìn)行監(jiān)測及節(jié)能分析，并對循泵、冷卻塔等冷端系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化節(jié)能控制，從而實現(xiàn)機(jī)組及冷端系統(tǒng)綜合能耗最低。

6  參考文獻(xiàn)

[1] 張懷東，郭錢江.運(yùn)用汽輪機(jī)冷端優(yōu)化技術(shù)提高鋼鐵企業(yè)發(fā)電效率//[C]．第八屆全國能源與熱工學(xué)術(shù)年會論文集，中國金屬學(xué)會，大連，Aug. 2015.