火力发电空冷机组节能降耗技术探讨

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传统的火力发电厂主要通过湿冷机组进行能源生产及转换，其消耗的土地资源、煤炭能源及水资源较大，对于我国富煤少水的地区工业技术发展能源消耗的平衡有较大影响，而通过采用空冷机组则能够有效的利用外界空气替代传统冷却介质水，从而排出的高温蒸汽，有效的降低了水资源，也是目前富煤少水地区所采用的重要火力发电技术。

1空冷电厂的能耗

空冷电厂中主要分为直接空冷系统（ACC）电厂及间接空冷系统（F-ISC）电厂，笔者主要通过分析单机容量为600MW的两类空冷电厂能耗，从而比较其能耗特征。某ACC亚临界2×600MW电厂，其供电煤耗为每小时351g/kW，而其装机取水量为每秒0.197m3/GW，而其空冷站点占地为12.56m2/MW，空冷单容厂用电为12.32kW/MW，其中每台空冷机产生的噪声为70dB。而某F-ISC亚临界2×600MW电厂供电煤耗为每小时347g/kW，其装机取水量为每秒0.085m3/GW，而其空冷站点占地为31m2/MW，空冷单容厂用电为8kW/MW，其主要采用自然通风方式，无噪声[1]。而亚临界2×600MW电厂为常规湿冷系统，其供电煤耗量为每小时329g，但其装机取水量在考虑节水30%后为每秒0.56m3/GW。通过比较三种发电厂系统的供电煤耗量及耗水量，采用空冷机组能够有效的节约水资源的消耗，但其耗煤量较高，因而为降低其供电煤耗，需进行一定的改造。

2火力发电空冷机组节能降耗技术

火力发电中空冷机组的节能降耗技术也主要分为间接空冷机组及直接空冷机组的节能降耗，而其降耗途径主要是从容量的改造、空冷热电联产的发展、超临界空冷机组发展、运行方式合理及空冷气轮机、联合循环空冷机组等的改造。

2.1间接空冷机组

间接空冷机组主要是利用自然通风空冷塔运行，某发电厂中采用20MW超高压参数的空冷气轮机，其机组热能消耗大约为9002kJ/kW•h，每年的耗煤量超过标准量约2.46t，而当在高温炎热时节更容易降低机组的满发背压，从而使其发电出力降低。通常当环境气温处于23℃时，机组额定功率为20万kW，则其仅带负电荷为13.8万kW，而其消耗煤量达到396.5g/kW•h。而在改进是则可针对其机组容量进行改进，主要是将其末级叶片高度由680mm降低为580mm，并将其满发背压改由原来的17.6kPa提升为29kPa，且最高值为32kPa，阻塞背压则改为5.5kPa，而设计背压则由5.3kPa改为8.8kPa。经过改进后能够有效的降低机组的热能损耗，其热耗为8367kJ/kW•h，而夏季带负电荷能力也提高至20万kW，且其供电消耗煤量也降低至375g/kW•h。在进行空冷机组节能降耗改造时还需考虑其运行方式的合理性，而间接空冷机组中影响其供电煤耗的主要因素为环境气温段、风环境、防冻影响及运行方式几方面[2]：①不同地区、不同气温段中超高压参数为20万kW的空冷机组其发电煤耗也会受到不同影响。当气温高于30℃时其发电煤耗增加则更多，而当气温处于15℃的中段时其发电煤耗则较低，而当其环境气温为全程气温段时机组的煤耗量则每年要高出8.5~9.0g/kW•h，因而在环境气温低于15℃时且时间较久的偏冷地区对于空冷机组的运行极为有利，能够有效的降低发电煤耗。②风环境对间接空冷机组的影响，间接空冷机组的空冷散热器通常是与自然通风的空冷塔塔外布置，而其受到风环境的影响则更大，能够影响空冷机组的带负荷能力及发电煤耗。当环境风速处于3.4~5.4m/s的微风阶段则极易影响机组的瞬间电负荷，其机组所带的额定负荷能力仅占60%，严重影响带负荷能力及发电能力，也大大提高了空冷机组的发电煤耗值。此外，当气温处于或低于5℃时为防冻期，而其全年气温较多低于5℃的地区，其空冷塔出水的温度也应保持在20℃，但其实际则需温度为25℃，因而需增加发电煤耗确保其机组安全稳定运行。③当机组运行不当时也会对其发电煤耗产生影响，例如当夏季时期干燥缺水时，电厂依然采用空机组投运，因而不但增加了空冷机组的发电煤耗，也降低其使用性能。由此可见，间接空冷机组虽能有效的节省水资源，但其发电煤耗远比湿冷机组较高，而随着近年来相关专家不断对其空冷气轮机加以改进。主要针对其能够在高温段提高其带负荷能力，低温时保证满负荷运行，而其投运时间降低，运行时间增加，从而保证其运行方式的合理性，能够有效的降低空冷机组的发电煤耗，且已逐渐实现带额定功率20万kW的运行[3]。

2.2直接空冷机组

直接空冷机组主要通过鼓风式机械通风的空冷风机群组成，以集群方式运行。而目前直接空冷机组中采用热电联产或以大代小、增加容量的方式能够取得较好的节能降耗效果。某热电厂中通过单机最大容量为2.5万kW的2×MW空冷供热机组替代老式空冷机，其机组为小火电凝汽机组，有效的通过小型机组实现大面积供热，且能够节约发电煤耗。经统计分析，在经改造后其年底耗煤量仅为360g/kW•h，不但有效的降低了耗煤量，也能节约用电，取得较大的工业生产的经济效益。在改造中还应主要机组中空冷风机群的运行模式，针对其为实现直接空冷机组的节能、防冻、降噪等目的，改造时应针对其配备低电压变频器伴随空气温度、带负荷能力、空冷风机群的转速瞬间调整等方面进行改造。首先，针对其春秋季进行优化调整区的运行模式，由于其环境气温段大多处于3~20℃时为春季保护运行模式，因而通过简单的调整空冷风机群的转速则能保证机组经济、可靠的运行，且其发出电力往往高于以往平均功率，也能大大降低发电煤耗。而当夏季时处于高温时节，其气温基本大于20℃以上时为保护运行模式阶段，因而采用定速运行的方式[4]。当夏季时应确保孔冷峰机群在额定的转速下运行，或其转速高于额定转速10%，但其耗煤量较高，处于高峰时节，但其历时较短。而冬季时温度处于3℃以下为保护运行模式阶段，其通常在全年中所占日历较长，而其主要是针对空冷机组进行防冻运行，通常以低速运行的模式，保证机组运行、生产的稳定性，也能有效的降低发电煤耗及用电消耗。由空冷风机群于集群运行的方式能够在保证空冷机组背压不变时有效的降低风机群的运行速度且可停止部分机群运行，因而有效的降低了耗电量。直接空冷机组运行中应尽量保持个同列风机的频率相同，从而在保证空冷机组背压不变时有效的降低各风机群的运行速度，通常直接空冷机系统中将所有空冷风机以半速运行能够有效的降低耗电量，且不影响其稳定生产[5]。直接空冷机组节能降耗技术能够有效的降低水资源的消耗，因而在缺水地区采用能够取得较好的效果，通常采用燃煤IGCC空冷发电技术，能够有效的提高燃煤的利用率，且节水率较高，并能解决燃煤污染的问题，具有较高的节能环保价值。为进一步降低水资源、煤矿资源等的消耗，发展1000MW超超临界空冷机组具有较大意义，普通的600MW标准煤耗指标中工况下发电标准煤耗为300.9g/kW•h，其加权平均发电标准煤耗为312.2g/kW•h，而1000MW空冷机组工况下发电标准煤耗为281.3g/kW•h，加权平均发电标准煤耗为292.7g/kW•h，有效的降低了发电煤耗[6]。在对火力发电空冷机组进行节能降耗改造时除需考虑其自身机组适应状况外，还需针对其所处的地区气候合理分析改造。例如末级叶片的高度则应依据南北地区的气候差异适当调整。其次，改造中还应针对用户需求状况分析，确保其经济改造。可通过空冷热电联产机组将损失的冷源转化为供热热源，实现综合用能、联产节能的效果，而对于气候偏冷的地区则可依据其采暖供热需求采用空冷汽轮机抽汽作为热源，从而实现火力发电供热，但其空冷凝汽机改为空冷供热机组能够更为有效的降低其发电煤耗。

3结束语

火力发电空冷机组节能降耗的技术主要为间接空冷及直接空冷两种机组的系统改造技术，能够有效的降低煤矿、水资源的消耗，间接空冷机组主要针对空冷汽轮机低压缸及末级叶片的高度进行调整改造，并保证其运行方式的合理性。而直接空冷则主要是通过对其容量、集群、空冷供热机组等方面进一步改造，且发展1000MW超超临界空冷机组，从而有效的降低电耗及发电煤耗，实现节能降耗目标。

作者:李波 单位:中国电建集团四川电力建设三公司

参考文献:

[1]杨志平.大型燃煤发电机组能耗时空分布与节能研究[D].华北电力大学，2013.

[2]王佩璋.火力发电空冷机组节能降耗的技术途径[J].电力勘测设计，2009，03：45~48.

[3]杨勇平，杨志平，徐钢，王宁玲.中国火力发电能耗状况及展望[J].中国电机工程学报，2013，23：1~11+15.

[4]周一工.中国燃煤发电节能技术的发展及前景[J].中外能源，2011，07：91~95.

[5]戴新.多机组火力发电厂供电煤耗计算及管理系统的开发与研制[D].华北电力大学（北京），2003.

[6]路鹏.漳山发电公司600MW机组空冷改造工程分析[D].华北电力大学，2014.