300MW循環(huán)流化床空冷機(jī)組節(jié)能降耗實(shí)踐研究

程榮新 王福才 譚 興

（遼寧調(diào)兵山煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 鐵嶺112700）

0 引言

2013年遼寧調(diào)兵山煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)為該公司）機(jī)組供電煤耗為374.75g／kW·h，廠用電率10.52%，高壓缸效率78.10%，負(fù)荷率68.34%。為了進(jìn)一步降低供電煤耗，針對(duì)低負(fù)荷時(shí)高壓缸效率低、輔機(jī)電耗大、廠用電率升高、供電煤耗增大問(wèn)題，公司采取了設(shè)備改造、調(diào)整運(yùn)行方式、提高負(fù)荷率等節(jié)能實(shí)踐，有效降低了大型循環(huán)流化床空冷機(jī)組供電煤耗，提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

1 設(shè)備概況

該公司設(shè)計(jì)為NZK300－16.7／537／537亞臨界直接空冷機(jī)組，30臺(tái)空冷風(fēng)機(jī)，額定背壓為11kPa。因周邊煤礦有大量煤矸石等低熱值劣質(zhì)煤，配套SG－1065／17.5－M804型循環(huán)流化床鍋爐。在投產(chǎn)后的2年時(shí)間內(nèi)，由于循環(huán)流化床鍋爐配套空冷機(jī)組廠用電率高達(dá)13%，造成供電煤耗400g／kW·h以上居高不下，燃料成本上升。

2 影響供電煤耗的主要因素

2.1 高壓缸效率對(duì)供電煤耗的影響

“高壓缸效率”是指主蒸汽門前到高排管的實(shí)際焓降和理想焓降的比值，是反映汽輪機(jī)性能的主要技術(shù)指標(biāo)之一。2013年10月的性能試驗(yàn)表明：300MW工況，高壓缸效率為82.45%，低于設(shè)計(jì)值4.33%；225MW 工況，高壓缸效率為77.8%，低于設(shè)計(jì)值8.76%。165MW 工況，高壓缸效率為73.86%，低于設(shè)計(jì)值9.19%。試驗(yàn)說(shuō)明：機(jī)組負(fù)荷越低，高壓缸效率越低，而且與設(shè)計(jì)值差距比額定負(fù)荷工況下更大。

通過(guò)試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)了汽輪機(jī)存在噴嘴組通流面積過(guò)大的問(wèn)題。該公司73B型300MW汽輪機(jī)噴嘴組設(shè)計(jì)通流面積為224cm2，比合理的通流面積190cm2大34cm2，噴嘴組最大通流能力遠(yuǎn)大于1 065t／h。當(dāng)汽輪機(jī)在低負(fù)荷工況下運(yùn)行時(shí)，由于噴嘴組通流面積過(guò)大，若提高主汽壓力，需關(guān)小調(diào)門開(kāi)度，則調(diào)節(jié)級(jí)效率下降，高壓缸效率降低；若降低主汽壓力，開(kāi)大調(diào)門，則蒸汽初參數(shù)降低，汽輪機(jī)循環(huán)效率下降。噴嘴組通流面積過(guò)大，使得汽輪機(jī)始終處于偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)較大的運(yùn)行狀態(tài)，經(jīng)濟(jì)性下降；低負(fù)荷工況下，噴嘴組通流面積過(guò)大將導(dǎo)致閥門開(kāi)度減小，節(jié)流損失增大，調(diào)節(jié)級(jí)和高壓缸效率降低。

2.2 發(fā)電廠用電率對(duì)供電煤耗的影響

發(fā)電廠用電率的大小直接影響供電煤耗，主要輔機(jī)電機(jī)功率設(shè)計(jì)余量過(guò)大使廠用電明顯增大。在負(fù)荷率低工況，廠用電率就會(huì)愈發(fā)增大。機(jī)組負(fù)荷率68.34%時(shí)，給水泵電耗2.89%、二次風(fēng)機(jī)電耗0.52%。廠用電率每降低1%，供電煤耗下降將近4g／kW·h。

3 節(jié)能降耗措施

3.1 汽輪機(jī)高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴改造，降低機(jī)組熱耗率

汽輪機(jī)原噴嘴組汽道型線設(shè)計(jì)制造相對(duì)粗糙。通過(guò)優(yōu)化噴嘴組葉片型線，改善調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)、靜葉片的氣動(dòng)載荷分布，減少葉柵通道的二次流損失；優(yōu)化子午面收縮型線及通道收縮比，降低靜葉通道前段的負(fù)荷，減少葉柵的二次流損失。

增加葉頂汽封齒道數(shù)，將葉頂汽封齒數(shù)由原設(shè)計(jì)的2道增加至4道，同時(shí)減小調(diào)節(jié)級(jí)葉頂及葉根汽封的徑向間隙；在噴嘴組水平中分面上增加門型密封鍵，減少噴嘴組中分面處弧段之間的漏汽損失。通過(guò)上述措施保證蒸汽以正確的方向最大程度地進(jìn)入動(dòng)葉通道做功。過(guò)大的噴嘴組出口面積將導(dǎo)致調(diào)節(jié)級(jí)效率、高壓缸效率以及機(jī)組的循環(huán)熱效率顯著下降。在高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴改造完成后，高壓缸效率225MW工況時(shí)為82.23%，比 改 造 前 的 77.8% 提 高 4.43%，熱 耗 率 下 降66kJ／kW·h，供電煤耗降低2.36g／kW·h。

3.2 采用先進(jìn)技術(shù)，減少給水泵耗電量

機(jī)組為空冷機(jī)組配套3臺(tái)液力耦合器調(diào)速電動(dòng)給水泵，機(jī)組負(fù)荷285MW、225MW、170MW工況下運(yùn)行時(shí)液力耦合器勺管開(kāi)度分別為55%、48%、41%，實(shí)際運(yùn)行效率分別為44%～35%，效率較低。采用工變頻切換型液力耦合器調(diào)速的電動(dòng)給水泵組技術(shù)。所謂工變頻切換型多功能液力耦合器，就是保留液力耦合器不動(dòng)，應(yīng)用泵輪調(diào)速法對(duì)液力耦合器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)進(jìn)行改造，使同一臺(tái)液力耦合器具有工頻定速輸入時(shí)是調(diào)速型液力耦合器、變頻調(diào)速輸入時(shí)是增速齒輪箱2種運(yùn)行方式，且2種運(yùn)行方式可以切換運(yùn)行的工變頻切換型多功能液力耦合器。實(shí)現(xiàn)這一改造后，液力耦合器具有了2種功能，一是工頻運(yùn)行時(shí)的液力耦合器的調(diào)速功能，二是變頻調(diào)速運(yùn)行時(shí)的增速齒輪箱的輸出功能，2種功能可以互相切換。工變頻切換型液力耦合器，便于工變頻切換，方便靈活，安全可靠，實(shí)現(xiàn)通過(guò)切換的變頻運(yùn)行方式，便于給水泵的定期切換運(yùn)行，又便于互相備用。

從流體力學(xué)的原理得知，使用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)、水泵負(fù)載、軸功率P與流量Q、揚(yáng)程H的關(guān)系為：

當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由n1變化到n2時(shí)，Q、H、P與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如下：

可見(jiàn)流量Q和電機(jī)的轉(zhuǎn)速n是成正比關(guān)系的，而所需的軸功率P與轉(zhuǎn)速的立方成正比關(guān)系。所以當(dāng)需要80%的額定流量時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速的80%，即調(diào)節(jié)頻率到40Hz即可，這時(shí)所需功率將僅為原來(lái)的51.2%。

如圖1所示，從水泵的運(yùn)行曲線圖來(lái)分析采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果。

圖1 水泵的運(yùn)行曲線圖

當(dāng)所需流量從Q1減小到Q2時(shí)，采用調(diào)節(jié)閥門的辦法，管網(wǎng)阻力增加，管網(wǎng)特性曲線上移，系統(tǒng)運(yùn)行工況點(diǎn)從A點(diǎn)變到新的運(yùn)行工況點(diǎn)B點(diǎn)運(yùn)行，所需軸功率P2與H2×Q2成正比；如果采用調(diào)速控制方式，風(fēng)機(jī)、水泵轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，其管網(wǎng)特性并不發(fā)生改變，但風(fēng)機(jī)、水泵的特性曲線將下移，其運(yùn)行工況點(diǎn)由A點(diǎn)移至C點(diǎn)。此時(shí)所需軸功率P3與HB×Q2成正比。從理論上分析，所節(jié)約的軸功率Delt（P）與（H2－HB）×（BC）成正比。

改造后給水泵電耗下降了0.63%，廠用電率降低0.63%，降低供電煤耗2.52g／kW·h。

3.3 優(yōu)化運(yùn)行方式，降低二次風(fēng)機(jī)耗電量

二次風(fēng)機(jī)為2臺(tái)同時(shí)運(yùn)行方式，由于風(fēng)機(jī)出口擋板門不嚴(yán)，停運(yùn)時(shí)出現(xiàn)風(fēng)機(jī)倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，存在安全隱患。通過(guò)風(fēng)機(jī)出口加裝插板門改造，在負(fù)荷低時(shí)，保持單臺(tái)二次風(fēng)機(jī)運(yùn)行。1臺(tái)二次風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電耗為0.36%，2臺(tái)二次風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電耗為0.52%。按全年負(fù)荷率68.84%計(jì)算全年僅二次風(fēng)機(jī)廠用電率下降0.07%，供電煤耗降低0.28g／kW·h。

4 結(jié)語(yǔ)

該公司節(jié)能降耗實(shí)踐過(guò)程中，通過(guò)設(shè)備改造優(yōu)化運(yùn)行具體措施，有效控制汽輪機(jī)組熱耗率和輔機(jī)的電耗，降低了廠用電率，從而大幅降低供電煤耗，提高機(jī)組的整體經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于治療清潔高效大型循環(huán)流化床鍋爐配套空冷發(fā)電機(jī)組能耗指標(biāo)居高不下的頑癥，具有很好的指導(dǎo)意義。

［1］楊杰，李彥霞，趙學(xué)斌，等.火電機(jī)組節(jié)能降耗分析及應(yīng)對(duì)措施［J］.電站系統(tǒng)工程，2011（4）

［2］李小龍.電動(dòng)給水泵容量?jī)?yōu)化對(duì)空冷機(jī)組節(jié)電的影響［J］.節(jié)能，2013（6）

［3］何映光.300MW循環(huán)流化床鍋爐減排與輔機(jī)節(jié)電［J］.電力需求側(cè)管理，2008（1）