探討火力發(fā)電空冷機組節(jié)能降耗技術(shù)

李 波（中國電建集團四川電力建設(shè)三公司，四川內(nèi)江641000）

探討火力發(fā)電空冷機組節(jié)能降耗技術(shù)

李 波（中國電建集團四川電力建設(shè)三公司，四川內(nèi)江641000）

隨著近年來科技的不斷進步，電力工業(yè)迅速發(fā)展，而其中火力發(fā)電機組也逐漸趨于大容量、超臨界發(fā)展，但火力發(fā)電中消耗煤礦、水等能源也較大，因而對火電站的發(fā)展產(chǎn)生了制約，而通過火力發(fā)電空冷機組能夠有效的節(jié)約能源消耗較大的問題。本文主要針對火力發(fā)電廠空冷機組中的能耗進行概括，并分析火力發(fā)電空冷機組節(jié)能降耗的技術(shù)途徑及其效果，以促進火力發(fā)電工業(yè)的發(fā)展。

火力發(fā)電；空冷機組；節(jié)能降耗技術(shù)；電力工業(yè)

傳統(tǒng)的火力發(fā)電廠主要通過濕冷機組進行能源生產(chǎn)及轉(zhuǎn)換，其消耗的土地資源、煤炭能源及水資源較大，對于我國富煤少水的地區(qū)工業(yè)技術(shù)發(fā)展能源消耗的平衡有較大影響，而通過采用空冷機組則能夠有效的利用外界空氣替代傳統(tǒng)冷卻介質(zhì)水，從而排出的高溫蒸汽，有效的降低了水資源，也是目前富煤少水地區(qū)所采用的重要火力發(fā)電技術(shù)。

1 空冷電廠的能耗

空冷電廠中主要分為直接空冷系統(tǒng)（ACC）電廠及間接空冷系統(tǒng)（F-ISC）電廠，筆者主要通過分析單機容量為600MW的兩類空冷電廠能耗，從而比較其能耗特征。某ACC亞臨界2×600MW電廠，其供電煤耗為每小時351g/kW，而其裝機取水量為每秒0.197m3/GW，而其空冷站點占地為12.56m2/MW，空冷單容廠用電為12.32kW/MW，其中每臺空冷機產(chǎn)生的噪聲為70dB。而某F-ISC亞臨界2×600MW電廠供電煤耗為每小時347g/kW，其裝機取水量為每秒0.085m3/GW，而其空冷站點占地為31m2/MW，空冷單容廠用電為8kW/MW，其主要采用自然通風(fēng)方式，無噪聲[1]。而亞臨界2×600MW電廠為常規(guī)濕冷系統(tǒng)，其供電煤耗量為每小時329g，但其裝機取水量在考慮節(jié)水30%后為每秒0.56m3/GW。通過比較三種發(fā)電廠系統(tǒng)的供電煤耗量及耗水量，采用空冷機組能夠有效的節(jié)約水資源的消耗，但其耗煤量較高，因而為降低其供電煤耗，需進行一定的改造。

2 火力發(fā)電空冷機組節(jié)能降耗技術(shù)

火力發(fā)電中空冷機組的節(jié)能降耗技術(shù)也主要分為間接空冷機組及直接空冷機組的節(jié)能降耗，而其降耗途徑主要是從容量的改造、空冷熱電聯(lián)產(chǎn)的發(fā)展、超臨界空冷機組發(fā)展、運行方式合理及空冷氣輪機、聯(lián)合循環(huán)空冷機組等的改造。

2.1 間接空冷機組

間接空冷機組主要是利用自然通風(fēng)空冷塔運行，某發(fā)電廠中采用20MW超高壓參數(shù)的空冷氣輪機，其機組熱能消耗大約為9002kJ/kW·h，每年的耗煤量超過標準量約2.46t，而當在高溫炎熱時節(jié)更容易降低機組的滿發(fā)背壓，從而使其發(fā)電出力降低。通常當環(huán)境氣溫處于23℃時，機組額定功率為20萬kW，則其僅帶負電荷為13.8萬kW，而其消耗煤量達到396.5g/kW·h。而在改進是則可針對其機組容量進行改進，主要是將其末級葉片高度由680mm降低為580mm，并將其滿發(fā)背壓改由原來的17.6kPa提升為29kPa，且最高值為32kPa，阻塞背壓則改為5.5kPa，而設(shè)計背壓則由5.3kPa改為8.8kPa。經(jīng)過改進后能夠有效的降低機組的熱能損耗，其熱耗為8367kJ/ kW·h，而夏季帶負電荷能力也提高至20萬kW，且其供電消耗煤量也降低至375g/kW·h。

在進行空冷機組節(jié)能降耗改造時還需考慮其運行方式的合理性，而間接空冷機組中影響其供電煤耗的主要因素為環(huán)境氣溫段、風(fēng)環(huán)境、防凍影響及運行方式幾方面[2]：①不同地區(qū)、不同氣溫段中超高壓參數(shù)為20萬kW的空冷機組其發(fā)電煤耗也會受到不同影響。當氣溫高于30℃時其發(fā)電煤耗增加則更多，而當氣溫處于15℃的中段時其發(fā)電煤耗則較低，而當其環(huán)境氣溫為全程氣溫段時機組的煤耗量則每年要高出8.5～ 9.0g/kW·h，因而在環(huán)境氣溫低于15℃時且時間較久的偏冷地區(qū)對于空冷機組的運行極為有利，能夠有效的降低發(fā)電煤耗。②風(fēng)環(huán)境對間接空冷機組的影響，間接空冷機組的空冷散熱器通常是與自然通風(fēng)的空冷塔塔外布置，而其受到風(fēng)環(huán)境的影響則更大，能夠影響空冷機組的帶負荷能力及發(fā)電煤耗。當環(huán)境風(fēng)速處于3.4～5.4m/s的微風(fēng)階段則極易影響機組的瞬間電負荷，其機組所帶的額定負荷能力僅占60%，嚴重影響帶負荷能力及發(fā)電能力，也大大提高了空冷機組的發(fā)電煤耗值。此外，當氣溫處于或低于5℃時為防凍期，而其全年氣溫較多低于5℃的地區(qū)，其空冷塔出水的溫度也應(yīng)保持在20℃，但其實際則需溫度為25℃，因而需增加發(fā)電煤耗確保其機組安全穩(wěn)定運行。③當機組運行不當時也會對其發(fā)電煤耗產(chǎn)生影響，例如當夏季時期干燥缺水時，電廠依然采用空機組投運，因而不但增加了空冷機組的發(fā)電煤耗，也降低其使用性能。

由此可見，間接空冷機組雖能有效的節(jié)省水資源，但其發(fā)電煤耗遠比濕冷機組較高，而隨著近年來相關(guān)專家不斷對其空冷氣輪機加以改進。主要針對其能夠在高溫段提高其帶負荷能力，低溫時保證滿負荷運行，而其投運時間降低，運行時間增加，從而保證其運行方式的合理性，能夠有效的降低空冷機組的發(fā)電煤耗，且已逐漸實現(xiàn)帶額定功率20萬kW的運行[3]。

2.2 直接空冷機組

直接空冷機組主要通過鼓風(fēng)式機械通風(fēng)的空冷風(fēng)機群組成，以集群方式運行。而目前直接空冷機組中采用熱電聯(lián)產(chǎn)或以大代小、增加容量的方式能夠取得較好的節(jié)能降耗效果。某熱電廠中通過單機最大容量為2.5萬kW的2×MW空冷供熱機組替代老式空冷機，其機組為小火電凝汽機組，有效的通過小型機組實現(xiàn)大面積供熱，且能夠節(jié)約發(fā)電煤耗。經(jīng)統(tǒng)計分析，在經(jīng)改造后其年底耗煤量僅為360g/kW·h，不但有效的降低了耗煤量，也能節(jié)約用電，取得較大的工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。

在改造中還應(yīng)主要機組中空冷風(fēng)機群的運行模式，針對其為實現(xiàn)直接空冷機組的節(jié)能、防凍、降噪等目的，改造時應(yīng)針對其配備低電壓變頻器伴隨空氣溫度、帶負荷能力、空冷風(fēng)機群的轉(zhuǎn)速瞬間調(diào)整等方面進行改造。首先，針對其春秋季進行優(yōu)化調(diào)整區(qū)的運行模式，由于其環(huán)境氣溫段大多處于3～ 20℃時為春季保護運行模式，因而通過簡單的調(diào)整空冷風(fēng)機群的轉(zhuǎn)速則能保證機組經(jīng)濟、可靠的運行，且其發(fā)出電力往往高于以往平均功率，也能大大降低發(fā)電煤耗。而當夏季時處于高溫時節(jié)，其氣溫基本大于20℃以上時為保護運行模式階段，因而采用定速運行的方式[4]。當夏季時應(yīng)確保孔冷峰機群在額定的轉(zhuǎn)速下運行，或其轉(zhuǎn)速高于額定轉(zhuǎn)速10%，但其耗煤量較高，處于高峰時節(jié)，但其歷時較短。而冬季時溫度處于3℃以下為保護運行模式階段，其通常在全年中所占日歷較長，而其主要是針對空冷機組進行防凍運行，通常以低速運行的模式，保證機組運行、生產(chǎn)的穩(wěn)定性，也能有效的降低發(fā)電煤耗及用電消耗。由空冷風(fēng)機群于集群運行的方式能夠在保證空冷機組背壓不變時有效的降低風(fēng)機群的運行速度且可停止部分機群運行，因而有效的降低了耗電量。直接空冷機組運行中應(yīng)盡量保持個同列風(fēng)機的頻率相同，從而在保證空冷機組背壓不變時有效的降低各風(fēng)機群的運行速度，通常直接空冷機系統(tǒng)中將所有空冷風(fēng)機以半速運行能夠有效的降低耗電量，且不影響其穩(wěn)定生產(chǎn)[5]。

直接空冷機組節(jié)能降耗技術(shù)能夠有效的降低水資源的消耗，因而在缺水地區(qū)采用能夠取得較好的效果，通常采用燃煤IGCC空冷發(fā)電技術(shù)，能夠有效的提高燃煤的利用率，且節(jié)水率較高，并能解決燃煤污染的問題，具有較高的節(jié)能環(huán)保價值。為進一步降低水資源、煤礦資源等的消耗，發(fā)展1000MW超超臨界空冷機組具有較大意義，普通的600MW標準煤耗指標中工況下發(fā)電標準煤耗為300.9g/kW·h，其加權(quán)平均發(fā)電標準煤耗為312.2g/kW·h，而1000MW空冷機組工況下發(fā)電標準煤耗為281.3g/kW·h，加權(quán)平均發(fā)電標準煤耗為292.7g/kW· h，有效的降低了發(fā)電煤耗[6]。在對火力發(fā)電空冷機組進行節(jié)能降耗改造時除需考慮其自身機組適應(yīng)狀況外，還需針對其所處的地區(qū)氣候合理分析改造。例如末級葉片的高度則應(yīng)依據(jù)南北地區(qū)的氣候差異適當調(diào)整。其次，改造中還應(yīng)針對用戶需求狀況分析，確保其經(jīng)濟改造?？赏ㄟ^空冷熱電聯(lián)產(chǎn)機組將損失的冷源轉(zhuǎn)化為供熱熱源，實現(xiàn)綜合用能、聯(lián)產(chǎn)節(jié)能的效果，而對于氣候偏冷的地區(qū)則可依據(jù)其采暖供熱需求采用空冷汽輪機抽汽作為熱源，從而實現(xiàn)火力發(fā)電供熱，但其空冷凝汽機改為空冷供熱機組能夠更為有效的降低其發(fā)電煤耗。

3 結(jié)束語

火力發(fā)電空冷機組節(jié)能降耗的技術(shù)主要為間接空冷及直接空冷兩種機組的系統(tǒng)改造技術(shù)，能夠有效的降低煤礦、水資源的消耗，間接空冷機組主要針對空冷汽輪機低壓缸及末級葉片的高度進行調(diào)整改造，并保證其運行方式的合理性。而直接空冷則主要是通過對其容量、集群、空冷供熱機組等方面進一步改造，且發(fā)展1000MW超超臨界空冷機組，從而有效的降低電耗及發(fā)電煤耗，實現(xiàn)節(jié)能降耗目標。

[1]楊志平.大型燃煤發(fā)電機組能耗時空分布與節(jié)能研究[D].華北電力大學(xué)，2013.

[2]王佩璋.火力發(fā)電空冷機組節(jié)能降耗的技術(shù)途徑[J].電力勘測設(shè)計，2009，03：45～48.

[3]楊勇平，楊志平，徐 鋼，王寧玲.中國火力發(fā)電能耗狀況及展望[J].中國電機工程學(xué)報，2013，23：1～11+15.

[4]周一工.中國燃煤發(fā)電節(jié)能技術(shù)的發(fā)展及前景[J].中外能源，2011，07：91～95.

[5]戴 新.多機組火力發(fā)電廠供電煤耗計算及管理系統(tǒng)的開發(fā)與研制[D].華北電力大學(xué)（北京），2003.

[6]路 鵬.漳山發(fā)電公司600MW機組空冷改造工程分析[D].華北電力大學(xué)，2014.

TM621

A

2095-2066（2016）33-0059-02

2016-11-12

李 波（1974-），男，高級工程師，本科，主要從事電力建設(shè)及管理方面工作。