探討火力發(fā)電空冷機(jī)組節(jié)能降耗技術(shù)

李 波（中國(guó)電建集團(tuán)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(jī)組節(jié)能降耗技術(shù)

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

隨著近年來(lái)科技的不斷進(jìn)步，電力工業(yè)迅速發(fā)展，而其中火力發(fā)電機(jī)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(duì)火電站的發(fā)展產(chǎn)生了制約，而通過(guò)火力發(fā)電空冷機(jī)組能夠有效的節(jié)約能源消耗較大的問(wèn)題。本文主要針對(duì)火力發(fā)電廠空冷機(jī)組中的能耗進(jìn)行概括，并分析火力發(fā)電空冷機(jī)組節(jié)能降耗的技術(shù)途徑及其效果，以促進(jìn)火力發(fā)電工業(yè)的發(fā)展。

火力發(fā)電；空冷機(jī)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(guò)濕冷機(jī)組進(jìn)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(duì)于我國(guó)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(guò)采用空冷機(jī)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(guò)分析單機(jī)容量為600MW的兩類(lèi)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(shí)351g/kW，而其裝機(jī)取水量為每秒0.197m3/GW，而其空冷站點(diǎn)占地為12.56m2/MW，空冷單容廠用電為12.32kW/MW，其中每臺(tái)空冷機(jī)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(shí)347g/kW，其裝機(jī)取水量為每秒0.085m3/GW，而其空冷站點(diǎn)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(wú)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(shí)329g，但其裝機(jī)取水量在考慮節(jié)水30%后為每秒0.56m3/GW。通過(guò)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(jī)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(jìn)行一定的改造。

2 火力發(fā)電空冷機(jī)組節(jié)能降耗技術(shù)

火力發(fā)電中空冷機(jī)組的節(jié)能降耗技術(shù)也主要分為間接空冷機(jī)組及直接空冷機(jī)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(jī)組發(fā)展、運(yùn)行方式合理及空冷氣輪機(jī)、聯(lián)合循環(huán)空冷機(jī)組等的改造。

2.1 間接空冷機(jī)組

間接空冷機(jī)組主要是利用自然通風(fēng)空冷塔運(yùn)行，某發(fā)電廠中采用20MW超高壓參數(shù)的空冷氣輪機(jī)，其機(jī)組熱能消耗大約為9002kJ/kW·h，每年的耗煤量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)量約2.46t，而當(dāng)在高溫炎熱時(shí)節(jié)更容易降低機(jī)組的滿(mǎn)發(fā)背壓，從而使其發(fā)電出力降低。通常當(dāng)環(huán)境氣溫處于23℃時(shí)，機(jī)組額定功率為20萬(wàn)kW，則其僅帶負(fù)電荷為13.8萬(wàn)kW，而其消耗煤量達(dá)到396.5g/kW·h。而在改進(jìn)是則可針對(duì)其機(jī)組容量進(jìn)行改進(jìn)，主要是將其末級(jí)葉片高度由680mm降低為580mm，并將其滿(mǎn)發(fā)背壓改由原來(lái)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(jì)背壓則由5.3kPa改為8.8kPa。經(jīng)過(guò)改進(jìn)后能夠有效的降低機(jī)組的熱能損耗，其熱耗為8367kJ/ kW·h，而夏季帶負(fù)電荷能力也提高至20萬(wàn)kW，且其供電消耗煤量也降低至375g/kW·h。

在進(jìn)行空冷機(jī)組節(jié)能降耗改造時(shí)還需考慮其運(yùn)行方式的合理性，而間接空冷機(jī)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(yùn)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(wàn)kW的空冷機(jī)組其發(fā)電煤耗也會(huì)受到不同影響。當(dāng)氣溫高于30℃時(shí)其發(fā)電煤耗增加則更多，而當(dāng)氣溫處于15℃的中段時(shí)其發(fā)電煤耗則較低，而當(dāng)其環(huán)境氣溫為全程氣溫段時(shí)機(jī)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(shí)且時(shí)間較久的偏冷地區(qū)對(duì)于空冷機(jī)組的運(yùn)行極為有利，能夠有效的降低發(fā)電煤耗。②風(fēng)環(huán)境對(duì)間接空冷機(jī)組的影響，間接空冷機(jī)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(jī)組的帶負(fù)荷能力及發(fā)電煤耗。當(dāng)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(jī)組的瞬間電負(fù)荷，其機(jī)組所帶的額定負(fù)荷能力僅占60%，嚴(yán)重影響帶負(fù)荷能力及發(fā)電能力，也大大提高了空冷機(jī)組的發(fā)電煤耗值。此外，當(dāng)氣溫處于或低于5℃時(shí)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(shí)際則需溫度為25℃，因而需增加發(fā)電煤耗確保其機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。③當(dāng)機(jī)組運(yùn)行不當(dāng)時(shí)也會(huì)對(duì)其發(fā)電煤耗產(chǎn)生影響，例如當(dāng)夏季時(shí)期干燥缺水時(shí)，電廠依然采用空機(jī)組投運(yùn)，因而不但增加了空冷機(jī)組的發(fā)電煤耗，也降低其使用性能。

由此可見(jiàn)，間接空冷機(jī)組雖能有效的節(jié)省水資源，但其發(fā)電煤耗遠(yuǎn)比濕冷機(jī)組較高，而隨著近年來(lái)相關(guān)專(zhuān)家不斷對(duì)其空冷氣輪機(jī)加以改進(jìn)。主要針對(duì)其能夠在高溫段提高其帶負(fù)荷能力，低溫時(shí)保證滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，而其投運(yùn)時(shí)間降低，運(yùn)行時(shí)間增加，從而保證其運(yùn)行方式的合理性，能夠有效的降低空冷機(jī)組的發(fā)電煤耗，且已逐漸實(shí)現(xiàn)帶額定功率20萬(wàn)kW的運(yùn)行[3]。

2.2 直接空冷機(jī)組

直接空冷機(jī)組主要通過(guò)鼓風(fēng)式機(jī)械通風(fēng)的空冷風(fēng)機(jī)群組成，以集群方式運(yùn)行。而目前直接空冷機(jī)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(guò)單機(jī)最大容量為2.5萬(wàn)kW的2×MW空冷供熱機(jī)組替代老式空冷機(jī)，其機(jī)組為小火電凝汽機(jī)組，有效的通過(guò)小型機(jī)組實(shí)現(xiàn)大面積供熱，且能夠節(jié)約發(fā)電煤耗。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，在經(jīng)改造后其年底耗煤量?jī)H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(jì)效益。

在改造中還應(yīng)主要機(jī)組中空冷風(fēng)機(jī)群的運(yùn)行模式，針對(duì)其為實(shí)現(xiàn)直接空冷機(jī)組的節(jié)能、防凍、降噪等目的，改造時(shí)應(yīng)針對(duì)其配備低電壓變頻器伴隨空氣溫度、帶負(fù)荷能力、空冷風(fēng)機(jī)群的轉(zhuǎn)速瞬間調(diào)整等方面進(jìn)行改造。首先，針對(duì)其春秋季進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整區(qū)的運(yùn)行模式，由于其環(huán)境氣溫段大多處于3～ 20℃時(shí)為春季保護(hù)運(yùn)行模式，因而通過(guò)簡(jiǎn)單的調(diào)整空冷風(fēng)機(jī)群的轉(zhuǎn)速則能保證機(jī)組經(jīng)濟(jì)、可靠的運(yùn)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(dāng)夏季時(shí)處于高溫時(shí)節(jié)，其氣溫基本大于20℃以上時(shí)為保護(hù)運(yùn)行模式階段，因而采用定速運(yùn)行的方式[4]。當(dāng)夏季時(shí)應(yīng)確?？桌浞鍣C(jī)群在額定的轉(zhuǎn)速下運(yùn)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(shí)節(jié)，但其歷時(shí)較短。而冬季時(shí)溫度處于3℃以下為保護(hù)運(yùn)行模式階段，其通常在全年中所占日歷較長(zhǎng)，而其主要是針對(duì)空冷機(jī)組進(jìn)行防凍運(yùn)行，通常以低速運(yùn)行的模式，保證機(jī)組運(yùn)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(jī)群于集群運(yùn)行的方式能夠在保證空冷機(jī)組背壓不變時(shí)有效的降低風(fēng)機(jī)群的運(yùn)行速度且可停止部分機(jī)群運(yùn)行，因而有效的降低了耗電量。直接空冷機(jī)組運(yùn)行中應(yīng)盡量保持個(gè)同列風(fēng)機(jī)的頻率相同，從而在保證空冷機(jī)組背壓不變時(shí)有效的降低各風(fēng)機(jī)群的運(yùn)行速度，通常直接空冷機(jī)系統(tǒng)中將所有空冷風(fēng)機(jī)以半速運(yùn)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(jī)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(wèn)題，具有較高的節(jié)能環(huán)保價(jià)值。為進(jìn)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(jī)組具有較大意義，普通的600MW標(biāo)準(zhǔn)煤耗指標(biāo)中工況下發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗為300.9g/kW·h，其加權(quán)平均發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗為312.2g/kW·h，而1000MW空冷機(jī)組工況下發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗為281.3g/kW·h，加權(quán)平均發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗為292.7g/kW· h，有效的降低了發(fā)電煤耗[6]。在對(duì)火力發(fā)電空冷機(jī)組進(jìn)行節(jié)能降耗改造時(shí)除需考慮其自身機(jī)組適應(yīng)狀況外，還需針對(duì)其所處的地區(qū)氣候合理分析改造。例如末級(jí)葉片的高度則應(yīng)依據(jù)南北地區(qū)的氣候差異適當(dāng)調(diào)整。其次，改造中還應(yīng)針對(duì)用戶(hù)需求狀況分析，確保其經(jīng)濟(jì)改造?？赏ㄟ^(guò)空冷熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組將損失的冷源轉(zhuǎn)化為供熱熱源，實(shí)現(xiàn)綜合用能、聯(lián)產(chǎn)節(jié)能的效果，而對(duì)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(jī)抽汽作為熱源，從而實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電供熱，但其空冷凝汽機(jī)改為空冷供熱機(jī)組能夠更為有效的降低其發(fā)電煤耗。

3 結(jié)束語(yǔ)

火力發(fā)電空冷機(jī)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(jī)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(jī)組主要針對(duì)空冷汽輪機(jī)低壓缸及末級(jí)葉片的高度進(jìn)行調(diào)整改造，并保證其運(yùn)行方式的合理性。而直接空冷則主要是通過(guò)對(duì)其容量、集群、空冷供熱機(jī)組等方面進(jìn)一步改造，且發(fā)展1000MW超超臨界空冷機(jī)組，從而有效的降低電耗及發(fā)電煤耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)。

[1]楊志平.大型燃煤發(fā)電機(jī)組能耗時(shí)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(jī)組節(jié)能降耗的技術(shù)途徑[J].電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2009，03：45～48.

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

[4]周一工.中國(guó)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(jī)組火力發(fā)電廠供電煤耗計(jì)算及管理系統(tǒng)的開(kāi)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(jī)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(jí)工程師，本科，主要從事電力建設(shè)及管理方面工作。