火电厂设计优化措施的探讨

【摘 要】随着燃煤火力发电利润的直线下降,工程造价对投资收益的影响日益突出,突破传统常规的优化设计已成为必然趋势。本文结合西宁火电2×660MW超超临界机组在高海拔地区的特点，在保证安全稳定运行的基础上,以总体效益为出发点,本着简化工艺系统、优化布置等目的探讨优化设计的措施,以保证投资和运行经济效益最优化。

【关键词】火电厂；优化设计；经济效益

0.前言

随着电力负荷的高速发展和煤炭资源的收缩、煤炭原料价格的日益递增,电力行业的竞争日趋激烈, 燃煤火力发电利润在直线快速下降,工程造价对投资收益影响日益突出。降低工程造价、降低运营成本、全面提高项目营运后综合竞争实力是火电厂项目建设的核心。工程设计对于拟建项目的工程质量、建设周期、工程造价以及建成后能否获得较好的经济效果起着决定性的作用,把工程造价控制的重点转移到设计阶段上来,是一件投入小、收益大、见效快的工作。特别是优化设计,不仅影响项目建设的一次性投资,而且还影响使用阶段的经常性费用。一次性投资与经常性费用有一定的反比关系,但通过优化设计可寻求这两者的最佳结合,使项目建设的全寿命费用最低。

1.厂区布置的设计优化

1.1厂区竖向布置优化

结合厂址地形及开发区整体竖向规划要求、铁路专用线接轨、进厂道路、节省土石方量等因素，厂区采用台阶式布置方式，主厂房及升压站区为一个台阶，煤场区为一个台阶。 两台阶之间高差相差3m左右。这样使得厂区总平面布置紧凑、征地少、便于生产与管理。

1.2主厂房布置优化

主厂房按2×660MW机组布置，并考虑2×660MW机组的扩建条件。主厂房扩建端方向，从汽机房向锅炉房看为右扩建。汽机房、框架为混凝土结构，锅炉构架为钢结构。汽轮发电机组为纵向顺列布置，汽机机头朝向固定端，汽机房运转层采用大平台布置，标高暂定与锅炉一致取为14.7米。锅炉紧身封闭，1.2米以上为压型彩钢板封闭，1.2米以下为砖墙封闭。锅炉运转层为混凝土大平台，标高暂定为14.7米。炉顶设轻型钢屋盖，每炉设一台电梯布置在锅炉内侧。炉前设有轻型封闭。

1.3汽机房空间布局合理

汽机房分三层：底层布置汽机部分的转动设备；中间层布置高、低加等换热设备；运转层布置汽轮发电机及小汽机等设备。

汽机房底层在两台机之间设有零米检修场。

2.主机优化选择

2.1主机参数选择

主机选型采用660MW超超临界机组。高中压缸采用已有设计制造业绩的660MW超超临界汽轮机，低压缸采用成熟的300MW空冷机组低压缸。660MW超临界机组供电煤耗约为305.91g/kw*h，超超临界供电煤耗约为299.39g/kw*h，按照标准煤价500（550）【600】元/吨(含税)分别计算，两台超超临界机组与两台超临界机组相比，每年分别节约标煤2365（2601.5）【3912】万元。两台超超临界机组与两台超临界机组相比，初投资增加约26900万元。

在未来燃煤价格上涨为600元/吨(含税)时，每年节约标煤费用为3912万元，大约6—7年收回增加的初投资。在当前500元/吨(含税)标煤价时，每年节约标煤费用为2365万元，大约10年左右收回增加的初投资。

2.2主机背压优化

对热力系统，最大的损失是冷端排汽损失，所以，对冷端背压的优化效果相对明显，对机组整体效率的提高比较显著，可以直接反映到煤耗指标上，同时效率提高，在相同出力下，降低了锅炉蒸发量，对厂用电的指标也是有利的。本工程地处高原，夏季温度较低，汽轮机冷端优化，对凝汽器面积进行优化，可考虑机组平均背压由11kpa降低到10kpa，降低机组煤耗及热耗。

3.辅机系统设备优化

3.1给水泵配置优化

辅机配置中最重要的是给水泵。本工程对于主机采用间冷方案，给水泵采用小汽机驱动，小汽机采用间接空冷，与主机合用间冷塔；采用2×50%汽泵+两机共用一台30%电泵方案，2×50%汽泵方案为现阶段常规方案，投资比电泵方案多约7000万元，但每年综合收益比电泵多约3700万元，可很快收回投资。本次优化两台机组共用一台30%电泵作为两台机组启动用泵，降低投资。

3.2间冷循环水泵系统优化

循环水泵考虑采用双速电机，在季节变化循环水泵水量变化时调节循环水泵转速，初投资增加较少，降低厂用电。

3.3引风机与增压风机合并，同时引风机采用小汽机驱动方案

引风机与增压风机合并，降低初投资，简化了系统及烟道布置，节省占地。一台锅炉配置二台引风机和一台脱硫增压风机比一台锅炉配置二台(引风＋脱硫增压)风机贵40％左右；从整个机组的功耗来看，一台锅炉配置二台引风机和一台脱硫增压风机比一台锅炉配置二台（引风＋脱硫增压）风机增加10％左右。

引风机采用小汽机驱动，每台机组设两台背压式或凝汽式小汽机驱动引风机，同时因本工程是一期工程，为保证机组启动，设一台约40%容量的电动驱动引风机（启动用）。采用汽动方案，全厂热效率降低了0.64%，供电煤耗增加了0.7g/(kw*h)。

3.4辅机冷却水系统优化

采用带机械通风冷却塔的开式循环冷却方案，虽然水耗和电耗较高，但年总费用相对其它方案具有明显的优势，且该方案技术成熟可靠，占地省。在采暖期将闭式水切换接入主机间接空冷系统，利用主机的空冷散热器冷却闭式冷却水系统，厂区辅机冷却水系统及闭式水热交换器停运，可进一步减少水耗、电耗，经济优势更加明显。由大闭式冷却水系统改为小闭式。降低闭式冷却水容量，从而降低厂用电。辅机冷却水泵采用变频调速，虽然增加初投资，但运行期间节约厂用电。

3.5锅炉空预器漏风率优化

进一步优化空预器密封结构，采用三分仓或四分仓空预器，降低空预器漏风，空预器密封采用新型柔性密封技术使空预器漏风率投运一年内为4%，投运一年后空预器漏风率保证值为6%。降低风机风量及降低厂用电率。

3.6烟气余热再利用优化方案

设置一级或两级烟气冷却器以降低锅炉排烟热损失，一级烟气冷却器通常布置在脱硫吸收塔入口，两级烟气冷却器中第一级布置在空预器出口至除尘器入口烟道上，第二级布置在脱硫吸收塔入口。加装烟气冷却器可使烟温降低，烟气流量减小，节约脱硫用水及降低热耗。利用烟气余热加热凝结水，排挤部分抽汽返回汽轮机做功，提高机组热效率，降低标准煤耗约1.7g/kw·h。另外，降低了烟气进入脱硫塔的温度，有效的减少脱硫耗水量，两台机组年节约水量20.16万吨，节水效果明显。

3.7四大管道优化

四大管道合理布置，尽量采用弯管，减少系统阻力，压降能够降低0.1mpa，降低热耗,降低标煤耗0.1g/kwh。结合主厂房布置，取消除氧间，采用侧煤仓方案时取消前煤仓，进一步缩短四大管道长度，降低四大管道工程量，节约投资。

4.结论

节约占地、节能、环保、减排、节水和提高机组经济效益已成为火力发电的优化设计主题，西宁火电厂一期工程的设计在严格执行国家法律法规及中电投集团公司火力发电厂设计技术规程的同时，按可持续发展的要求，综合考虑了机组安全性、经济性、节能环保性和工程造价等因素，并结合近期国内外燃煤空冷发电厂有关节能降耗新技术，针对本工程地处高海拔等特点，提出了关于紧凑型厂区布置、主机及辅机设计优化措施，使电厂建设成为一个低造价、运行安全可靠、节能环保的优质工程。这对优化青海电网电源结构，缓解用电紧张的矛盾，支持青海省经济社会发展具有重要的意义。

【参考文献】

［１］杨小华.1000MW 超超临界发电机组设计优化[J].电力设计，2006，(6):44-48.

［２］温志华，郭志健.火电厂设计优化措施及应注意的问题[J].电力学报，2010，(5):432-435.

［３］任振伟.大型火力发电厂优化设计探讨[J].华电技术，2009，(7):36-38.

作者简介：贾国珍（1985．10．22—），女，青海西宁人， 2009年7月获得东北大学热能与动力工程专业硕士学位，现从事西宁火电厂设计及今后的建筑、安装等工程的技术管理工作。

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