300MW循環流化床空冷機組節能降耗實踐研究

程榮新 王福才 譚 興

（遼寧調兵山煤矸石發電有限責任公司，遼寧 鐵嶺112700）

0 引言

2013年遼寧調兵山煤矸石發電有限責任公司（以下簡為該公司）機組供電煤耗為374.75g／kW·h，廠用電率10.52%，高壓缸效率78.10%，負荷率68.34%。為了進一步降低供電煤耗，針對低負荷時高壓缸效率低、輔機電耗大、廠用電率升高、供電煤耗增大問題，公司采取了設備改造、調整運行方式、提高負荷率等節能實踐，有效降低了大型循環流化床空冷機組供電煤耗，提高了企業經濟效益。

1 設備概況

該公司設計為NZK300－16.7／537／537亞臨界直接空冷機組，30臺空冷風機，額定背壓為11kPa。因周邊煤礦有大量煤矸石等低熱值劣質煤，配套SG－1065／17.5－M804型循環流化床鍋爐。在投產后的2年時間內，由于循環流化床鍋爐配套空冷機組廠用電率高達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際焓降和理想焓降的比值，是反映汽輪機性能的主要技術指標之一。2013年10月的性能試驗表明：300MW工況，高壓缸效率為82.45%，低于設計值4.33%；225MW 工況，高壓缸效率為77.8%，低于設計值8.76%。165MW 工況，高壓缸效率為73.86%，低于設計值9.19%。試驗說明：機組負荷越低，高壓缸效率越低，而且與設計值差距比額定負荷工況下更大。

通過試驗也發現了汽輪機存在噴嘴組通流面積過大的問題。該公司73B型300MW汽輪機噴嘴組設計通流面積為224cm2，比合理的通流面積190cm2大34cm2，噴嘴組最大通流能力遠大于1 065t／h。當汽輪機在低負荷工況下運行時，由于噴嘴組通流面積過大，若提高主汽壓力，需關小調門開度，則調節級效率下降，高壓缸效率降低；若降低主汽壓力，開大調門，則蒸汽初參數降低，汽輪機循環效率下降。噴嘴組通流面積過大，使得汽輪機始終處于偏離設計點較大的運行狀態，經濟性下降；低負荷工況下，噴嘴組通流面積過大將導致閥門開度減小，節流損失增大，調節級和高壓缸效率降低。

2.2 發電廠用電率對供電煤耗的影響

發電廠用電率的大小直接影響供電煤耗，主要輔機電機功率設計余量過大使廠用電明顯增大。在負荷率低工況，廠用電率就會愈發增大。機組負荷率68.34%時，給水泵電耗2.89%、二次風機電耗0.52%。廠用電率每降低1%，供電煤耗下降將近4g／kW·h。

3 節能降耗措施

3.1 汽輪機高壓缸調節級噴嘴改造，降低機組熱耗率

汽輪機原噴嘴組汽道型線設計制造相對粗糙。通過優化噴嘴組葉片型線，改善調節級動、靜葉片的氣動載荷分布，減少葉柵通道的二次流損失；優化子午面收縮型線及通道收縮比，降低靜葉通道前段的負荷，減少葉柵的二次流損失。

增加葉頂汽封齒道數，將葉頂汽封齒數由原設計的2道增加至4道，同時減小調節級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。通過上述措施保證蒸汽以正確的方向最大程度地進入動葉通道做功。過大的噴嘴組出口面積將導致調節級效率、高壓缸效率以及機組的循環熱效率顯著下降。在高壓缸調節級噴嘴改造完成后，高壓缸效率225MW工況時為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 采用先進技術，減少給水泵耗電量

機組為空冷機組配套3臺液力耦合器調速電動給水泵，機組負荷285MW、225MW、170MW工況下運行時液力耦合器勺管開度分別為55%、48%、41%，實際運行效率分別為44%～35%，效率較低。采用工變頻切換型液力耦合器調速的電動給水泵組技術。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，應用泵輪調速法對液力耦合器內部結構和系統進行改造，使同一臺液力耦合器具有工頻定速輸入時是調速型液力耦合器、變頻調速輸入時是增速齒輪箱2種運行方式，且2種運行方式可以切換運行的工變頻切換型多功能液力耦合器。實現這一改造后，液力耦合器具有了2種功能，一是工頻運行時的液力耦合器的調速功能，二是變頻調速運行時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，實現通過切換的變頻運行方式，便于給水泵的定期切換運行，又便于互相備用。

從流體力學的原理得知，使用感應電動機驅動的風機、水泵負載、軸功率P與流量Q、揚程H的關系為：

當電動機的轉速由n1變化到n2時，Q、H、P與轉速的關系如下：

可見流量Q和電機的轉速n是成正比關系的，而所需的軸功率P與轉速的立方成正比關系。所以當需要80%的額定流量時，通過調節電機的轉速至額定轉速的80%，即調節頻率到40Hz即可，這時所需功率將僅為原來的51.2%。

如圖1所示，從水泵的運行曲線圖來分析采用變頻調速后的節能效果。

圖1 水泵的運行曲線圖

當所需流量從Q1減小到Q2時，采用調節閥門的辦法，管網阻力增加，管網特性曲線上移，系統運行工況點從A點變到新的運行工況點B點運行，所需軸功率P2與H2×Q2成正比；如果采用調速控制方式，風機、水泵轉速由n1下降到n2，其管網特性并不發生改變，但風機、水泵的特性曲線將下移，其運行工況點由A點移至C點。此時所需軸功率P3與HB×Q2成正比。從理論上分析，所節約的軸功率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 優化運行方式，降低二次風機耗電量

二次風機為2臺同時運行方式，由于風機出口擋板門不嚴，停運時出現風機倒轉現象，存在安全隱患。通過風機出口加裝插板門改造，在負荷低時，保持單臺二次風機運行。1臺二次風機運行時的電耗為0.36%，2臺二次風機運行時的電耗為0.52%。按全年負荷率68.84%計算全年僅二次風機廠用電率下降0.07%，供電煤耗降低0.28g／kW·h。

4 結語

該公司節能降耗實踐過程中，通過設備改造優化運行具體措施，有效控制汽輪機組熱耗率和輔機的電耗，降低了廠用電率，從而大幅降低供電煤耗，提高機組的整體經濟性。對于治療清潔高效大型循環流化床鍋爐配套空冷發電機組能耗指標居高不下的頑癥，具有很好的指導意義。

［1］楊杰，李彥霞，趙學斌，等.火電機組節能降耗分析及應對措施［J］.電站系統工程，2011（4）

［2］李小龍.電動給水泵容量優化對空冷機組節電的影響［J］.節能，2013（6）

［3］何映光.300MW循環流化床鍋爐減排與輔機節電［J］.電力需求側管理，2008（1）