今年，环保部、发改委、工信部等多部委及北京、天津、河北等省市共同印发“史上最严限产令”——《京津冀及周边地区2017-2018年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动方案》。方案提出，在2017年1月15日前，京津冀及周边区域要提前完成化解过剩产能任务，“2+26”城市完成72台机组、398万千瓦的燃煤机组淘汰，淘汰的燃煤机组要实现电力解列或烟道物理割断。
在国家推进供给侧结构性改革，防范化解煤电产能过剩风险，环保风暴不断升级的大背景下，通过采用先进成熟的发电技术，对存量燃煤火电机组实施综合节能技术升级改造，对于提高整个火电行业的能效水平具有很大的潜力空间。
2017年，中国能建山西院开展了燃煤电厂节能综合改造方案研究，挖掘存量煤电机组节能潜力，科学做好亚临界煤电机组节能升级与改造、延寿与退役等工作。
本研究依托山西鲁能河曲发电有限公司一期工程2×600兆瓦燃煤亚临界、湿冷机组，针对现役亚临界300兆瓦或600兆瓦燃煤机组锅炉、汽轮机及热力系统的综合节能改造开展研究工作，提出了24项成熟的节能改造技术方案，以及3项研究推广的节能改造技术方案，并针对研究目标开展了13项具体的节能改造技术方案。
3项研究推广的节能改造技术方案
01节能诊断
可实现基于数字化煤厂的燃料的燃料智能管理;锅炉运行优化、冷端系统在线监测和诊断;基于数据挖掘的火电厂性能诊断专家系统。
02火电厂全厂负荷优化控制
在SIS系统上设置一个应用服务器实施全厂负荷的分配运算，通过SIS侧全厂负荷分配功能和DCS侧协调控制功能的连接，利用DCS中的CCS控制器实现全厂负荷分配的要求，控制机组的负荷。
03 电池储能系统辅助AGC调频
电池储能快速、准确的功率响应能力，使其在调频领域的应用潜力巨大。研究表明，持续充/放电时间为15分钟的储能系统，其调频效率约为水电机组的1.4倍，燃气机组的2.2倍，燃煤机组的24倍;同时，少量的储能可有效提升以火电为主的电力系统AGC调频能力。
13项具体的节能改造技术方案
1亚临界机组节能升级改造技术
汽轮机通流部分提效改造、亚临界机组改造为一次再热超超临界机组、亚临界机组改造为二次再热超超临界机组。本研究提出五个亚临界机组节能升级改造方案，并深入对比得出结论。
2汽轮机通流技术改造技术
优化前后的高压进汽室
采用先进成熟的气动热力设计技术、结构强度设计技术及先进制造技术，对早期采用相对落后技术设计制造的在役汽轮机的通流部分进行改造，以提高汽轮机运行的经济性、可靠性、灵活性，并延长服役寿命。
3汽封改造技术
汽封性能的优劣，不仅影响机组的经济性，而且影响机组的可靠性。
在各因素中，对高、中压缸功率和热耗率影响最大的是动叶顶汽封，占总损失的40%，其次是表面粗糙度，占31%，轴封和隔板汽封影响分别占16%和11%，通流部分损伤占2%。
为减少漏汽损失，提高机组安全性和经济性，国内外各机构对传统汽封进行了各种现代化改造，已陆续出现了许多新型汽封。研究小组通过对传统曲径汽封等6种型式汽封的特点及应用效果的对比研究，确定了目标工程最适宜的选择。
4冷端优化技术
该项技术是指根据给定的冷端系统配置条件，找出机组在不同负荷和外部条件下，最经济的运行背压及冷端系统对应的运行方式。
冷端优化运行，属于电厂软件(操作)方面的优化措施，固定资产投资为零，仅优化试验考虑一定的电费、人工费和可能的耗煤量增加费用即可。优化后，机组的净热耗在不同工况下会有不同程度的降低，THA工况下，经过优化的运行模式比一味的按照冷端设施最大出力，机组背压降到最低的运行模式预计可降低机组净热耗约0.3%～1%。
5供热改造技术
将纯凝机组改为热电联产机组，不仅在一定程度上将提高电厂的经济效益，而且用大容量、高参数、火电汽轮机供热替代可能新建或已存在的分散燃煤或燃重油的小锅炉，实现集中供热，可减少锅炉大气污染物的排放，符合国家环保政策。
6宽负荷高效运行技术
研究小组深入分析了电厂锅炉及其主要辅助系统的宽负荷高效运行技术、电厂汽轮机的宽负荷高效运行技术，及其应用案例。
针对目标电厂一期1号、2号机组，在额定背压值下，以步长10兆瓦，测试600～300兆瓦各负荷点，定压、三阀滑压、两阀滑压、复合滑压四种不同运行方式下的汽机主蒸汽温度、压力、流量，再热蒸汽温度、压力、流量，给水温度、压力、流量，发电量，计算各工况点的热耗值，列表进行比对，找出各负荷点下的最佳滑压运行控制方式。
7热力系统优化技术
研究小组深入分析了3号高加外置式蒸汽冷却器技术;弹性回热技术;蒸汽引射汇流装置;疏水系统优化技术;主蒸汽、再热蒸汽管道系统优化技术，确定了各项技术适用机型。
8高效低氮燃烧技术
基于目前的排放标准(NOx排放限值为50mg/Nm³)下，锅炉出口NOx浓度的降低将减小脱硝系统的压力。不但可以减少脱硝还原剂的用量，也可以减少催化剂的用量甚至减少催化剂安装的层数，从而使烟气系统的阻力降低，减少引风机的电耗。
9空预器密封改造
国内主要空预器供货厂商的空预器密封措施主要包括：密封间隙自动控制系统、柔性接触式密封措施、多道密封设置。
10烟气余热利用技术
为提高煤炭利用效率，提高发电企业的经济效益，降低煤炭用量的增长速度，减缓二氧化塔、氮氧化物排放量的增长，低温省煤器应用得到广泛关注。主要利用烟气中的热量加热凝结水、釆暖水，或者直接加热预热器进风。
11宽负荷脱硝技术
为解决燃煤电站锅炉在低负荷时由于SCR入口烟温低而导致脱硝系统无法投运的问题，进而实现机组的宽负荷脱硝，目前主要的改造技术有：省煤器烟气旁路改造、省煤器分级布置改造技术、省煤器水旁路改造、弹性回热技术、低温脱硝技术等。
上述方案均能满足本工程全负荷脱硝改造的需要，可以作为工程宽负荷脱硝方案的备选方案
12 暖风器节能改造技术
根据目标工程现场的布置条件，定了采用固定式暖风器、采用抽屉式暖风器(暖风器全部抽出)、采用抽屉式暖风器(暖风器大部分抽出)、采用旋转式暖风器等四项改造方案。并通过各改造方案厂用电和蒸汽耗量比较、 暖风器改造经济性分析等确定最优方案。
13 一次风机节能改造技术
河曲电厂一期锅炉配套两台离心式一次风机，为使其在低负荷工况下能耗也降低，决定对其改造。选取“改造为动叶可调轴流式风机”、“离心风机配套变频调速装置”、“离心风机配套永磁调速装置”等三项改造方案，通过改造投资估算、节能分析，得出一次风机采用现有离心式一次风机配置永磁调速装置方案的经济性最优，其次是动叶可调轴流式一次风机方案和现有离心式一次风机配置变频器方案的结论。
建设美丽中国
中国能建山西院应用本研究方案进行现役300兆瓦及以上煤电机组节能综合改造，可使供电煤耗降低10 克/千瓦时或以上，2台600兆瓦机组年利用小时按3887时计，年节约标煤量49869吨，年减排烟尘750吨，年减排二氧化硫 为1997吨，年减排氮氧化物为1895吨，具有可观的经济效益和社会效益。
山西院将加强技术研发和技术储备，为现役燃煤机组提效改造提供可行、经济、高效的方案，为建设美丽中国贡献力量。
