燃煤机组超低排放改造对机组能耗增加的影响分析及节能优化措施探讨

摘要：超低排放改造在降低污染物排放的同时，也增加了机组能耗。基于此现象，通过选取不同地区、不同机组容量等级的燃煤机组作为研究对象，从设备增加电耗和阻力增加电耗等角度，对不同改造项目、不同改造方案下能耗情况进行了分析研究，并针对性提出了节能优化措施，为下一阶段机组整体能效提升工作提供了解决思路。

关键词:超低排放改造；能耗；厂用电率；节能优化

0引言

根据《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》要求，在2020年前，对燃煤机组全面实施超低排放改造，并使所有现役电厂每千瓦时平均煤耗低于310g。行动计划的发布，一方面催生了大批燃煤电厂的超低排放改造工作，另一方面，燃煤电厂必须采取相应措施降低能耗，确保供电煤耗满足要求。超低排放改造工作在降低污染物排放的同时，也增加了机组能耗。因此，探索超低排放改造前后的能耗变化情况，分析影响能耗的关键因素，是下一步降低超低排放能耗水平、提升机组整体能效的关键。

本次工作基于此背景，对超低排放改造工作中的能耗变化情况进行了分析研究，并针对性提出了优化措施。

1超低排放改造能耗增加情况分析

本次工作结选取了不同地区、不同机组容量等级的50台燃煤机组作为研究对象，研究机组容量范围为200～1000MW，机组总容量为25640MW。表1和表2分别为不同地区、不同机组容量等级的研究机组分布情况。

表1不同地区研究机组分布统计

表2不同容量等级研究机组分布统计

超低排放改造主要涉及脱硫、脱硝、除尘三部分改造工作，能耗增加主要包括设备增加电耗和系统阻力增加风机电耗两部分。本次工作涉及研究机组的相关数据均出自华电电力科学研究院承担的相应电厂的超低排放可行性研究工作，电耗增加的计算方法为改造涉及的所有设备电耗设计值增量取总和，系统阻力的增加通过对应项目的设计参数计算得出。

1.1不同改造项目能耗增加情况

研究机组中超低排放改造增加厂用电率平均值为0.81%，折算成综合供电煤耗约为2.51g/kWh，下图1为研究机组中三个不同改造项目分别增加厂用电率情况。脱硝、除尘、脱硫改造分别增加厂用电率约为0.09%、0.16%和0.56%，折算成综合供电煤耗分别约为0.23g/kWh、0.40g/kWh、1.41g/kWh，分别占增加能耗的11.09%、19.85%和69.05%。脱硫改造由于增加用电设备较多、系统改造最为复杂，对增加厂用电率贡献值最大；除尘改造次之，脱硝改造对增加厂用电率贡献值最小。

图1不同改造项目厂用电率增加情况

针对应用SCR技术的燃煤机组，目前脱硝超低排放改造技术方案主要为增加备用层催化剂，脱硝改造设备增加电耗往往较小，主要为吹灰器、公用系统的泵、稀释风机等小功率设备，通常总和在100kW以下，能耗增加几乎可忽略不计。由于增加备用层催化剂，脱硝改造使系统阻力增加约200Pa，增加能耗主要体现在系统阻力增加风机电耗上。

除尘改造的技术路线较为众多，包括高效电源改造、增加电场、末电场改造成旋转电极、电除尘器改造成电（布）袋除尘器、低低温除尘器、湿式电除尘器等，不同技术路线带来的设备增加电耗和系统阻力增加风机电耗均差异较大。不同技术路线改造后的系统阻力变化情况见表3。

表3不同除尘改造技术路线下的系统阻力变化情况

脱硫改造技术方案主要包括增加喷淋层、增加托盘、串联吸收塔等，设备增加电耗主要取决于改造中新增的循环泵、氧化风机等，随着机组容量、设计脱硫效率的变化差异性较大，系统阻力增加风机电耗包括增加的喷淋层、托盘、烟道走向变化、取消GGH等引起的电耗变化。

不同改造项目增加系统阻力情况如图2所示。研究机组改造后平均增加系统阻力约1827Pa，其中，脱硝、除尘、脱硫改造分别增加系统阻力平均值约200Pa、515Pa和912Pa，分别占系统阻力总增加值的12.29%、31.65%、56.05%，脱硫改造对增加系统阻力贡献值最大。

图2不同改造项目系统阻力增加情况

从能耗增加的分配来看，设备增加电耗和阻力增加电耗总体相差不大，统计平均值分别增加0.39%和0.42%，分别占增加厂用电率的48.15%和51.85%。不同改造项目设备增加电耗和阻力增加电耗情况如图3所示。可以看出，脱硝、除尘改造阻力增加电耗所占比重要高于设备增加电耗，脱硫改造则反之，能耗增加更多体现在设备增加电耗上。

图3不同改造项目设备增加电耗和风机增加电耗情况

1.2不同改造方案能耗增加情况

脱硝改造方案基本固定，能耗增加主要为阻力增加电耗。除尘和脱硫改造由于涉及改造方案众多，不同方案能耗差异较大。

除尘改造方案主要包括高效电源改造、电除尘器改造成电袋除尘器、电袋除尘器提效、湿式电除尘器改造、低低温除尘器改造等几大类，不同除尘改造方案能耗增加情况如图3所示。其中，湿式电除尘器由于增加高压整流设备，同时增加系统阻力，增加厂用电率最高，平均值为0.26%；其次为低低温除尘器，其增加厂用电率主要体现在增加系统阻力上，平均值为0.17%；高效电源改造和电袋除尘器改造增加厂用电率都约为0.08%，高效电源厂用电率增加主要体现在高效电源可以提供更高的二次电流和二次电压，导致电场能耗增加，电袋除尘器一方面增加系统阻力较大（1200Pa），导致风机电耗增加较多，另一方面由于拆除大部分电场，电场能耗大大降低；电袋除尘器提效改造方案由于将滤袋更换成超细纤维滤袋，虽然滤袋孔径减小，但过滤风速有所下降，系统阻力基本不增加，能耗基本没有变化。

脱硫改造方案主要分为单塔改造、串塔改造两大类，串塔改造方案达标可靠性更高，适用硫分范围更广，但由于新增一级吸收塔，相应用电设备增加加较多，同时系统阻力增加较大，增加厂用电率往往远高于单塔改造方案。研究机组中采用单塔改造方案时的脱硫改造增加厂用电率平均值约为0.33%，而采用串塔改造方案时达到0.72%，超出单塔改造方案一倍之多。

图4不同除尘改造方案厂用电率增加情况

图5不同脱硫改造方案厂用电率增加情况

2节能优化措施

超低排放改造后可以通过环保设施（脱硫、脱硝、除尘系统）运行优化、深度余热利用改造、烟道优化改造、流场优化调整等措施降低设备电耗和系统阻力，从而降低系统能耗。

2.1脱硫系统运行优化

脱硫系统用电设备众多，在不同硫分和不同负荷工况下，可以开展浆液循环泵、氧化风机、公用系统最优化组合运行方式的研究，尤其对于串塔脱硫系统，其设计裕量普遍较大，通过开展一、二级塔循环泵组合、一二级塔pH值组合、氧化空气系统分配等研究工作，在排放满足要求前提下尽可能减少用电设备的投运数量和系统阻力，从而降低设备增加电耗和风机电耗。以300MW机组为例，如通过运行优化能减少一台450kW循环泵的投运，经过测算厂用电率可以减少约0.15%，折合综合供电煤耗降低约为0.45g/kWh。

2.2脱硝系统运行优化

超低排放后脱硝系统自身增加能耗并不显著，但由于高脱硝效率和流场不均匀等问题易造成系统喷氨量增加，造成后续空预器堵塞，系统阻力上升导致风机电耗增加。通过定期开展SCR脱硝系统的喷氨格栅优化调整工作，可以减少过量喷氨等现象，降低NOx浓度场的不均匀度，采用吹灰器的精密点吹，降低催化剂磨损和堵塞，减少空预器压降，降低引风机电耗。以300MW机组为例，如通过喷氨格栅优化调整工作将空预器压差降低200Pa，经过测算引风机电耗降低约120kW，厂用电率可以减少约0.04%，折合综合供电煤耗降低约为0.12g/kWh。

2.3除尘系统运行优化

对于电除尘器（干式静电除尘器和湿式除尘器），尤其是采用高效电源和工频电源组合运行模式时，可以通过优化各电场电源的运行模式，可以提高电源运行效率，降低电场电耗。以300MW机组为例，如电除尘器通过电场运行模式优化后电场平均用电功率降低100kW，经过测算厂用电率可以减少约0.03%，折合综合供电煤耗降低约为0.1g/kWh。对于袋式除尘器，通过优化其喷吹清灰模式，控制滤袋运行阻力，可以降低风机增加电耗，同时降低清灰频次减少喷吹压缩空气耗量。以300MW机组为例，如袋式除尘器通过喷吹清灰运行模式优化后平均运行阻力降低100Pa，则引风机电耗降低约60kW，厂用电率可以减少约0.02%，折合综合供电煤耗降低约为0.06g/kWh。

2.4深度余热利用改造

目前脱硫系统入口烟温普遍在120～150℃之间，可以采取措施进一步降低烟温回收热量。在维持脱硫系统水平衡、不增加额外脱硫废水排放的前提下，可以考虑脱硫系统深度余热利用改造，通过在脱硫塔入口设置耐腐蚀换热器，将脱硫系统入口烟温降低至75℃左右，回收热量加热汽机凝结水、供热循环水、锅炉送风等，充分利用尾部烟气余热，降低系统煤耗，同时烟温降低可以减少脱硫系统水耗，具有节水效果。以300MW机组为例，经过测算，烟温每降低15～20℃，可降低综合供电煤耗约1g/kWh。

2.5烟道优化改造

对烟风系统阻力大、布置不合理的脱硫装置（如最初设计时有GGH、增压风机等），考虑对进出口烟道进行优化改造，减少烟道弯头数量，降低烟道长度，降低烟风系统阻力以减少风机电耗。以300MW机组为例，如通过烟道优化改造后系统阻力降低250Pa，经过测算引风机电耗降低约150kW，厂用电率可以减少约0.05%，折合综合供电煤耗降低约为0.15g/kWh。

2.6流场优化调整

通过现场试验测试各项环保设施入口流速、温度、浓度场分布，并结合数值模拟技术，开展“环保岛”整体流场优化调整工作，调整各个环保装置内流场调整部件的布置方式，可以有效降低系统流场不均带来的风机能耗增加。以300MW机组为例，经过测算，如通过流场优化调整后系统阻力降低100Pa，则引风机电耗降低约60kW，厂用电率可以减少约0.02%，折合综合供电煤耗降低约为0.06g/kWh。

3结语

（1）超低排放改造后机组能耗增加显著，研究机组厂用电率增加平均值为0.81%，折算成综合供电煤耗约为2.51g/kWh，对于能耗的贡献值为：脱硫改造＞除尘改造＞脱硝改造。

（2）超低排放改造能耗增加主要包括设备增加电耗和系统阻力增加风机电耗，脱硝、除尘改造阻力增加电耗所占比重高于设备增加电耗，而脱硫改造能耗增加更多体现在设备增加电耗上。

（3）脱硝改造后能耗较为固定，而脱硫、除尘改造受不同入口条件、不同改造方案影响，能耗增加情况差异较大。

（4）通过环保设施（脱硫、脱硝、除尘系统）运行优化、深度余热利用改造、烟道优化改造、流场优化调整等措施，可以有效降低设备电耗和系统阻力，从而降低系统能耗。