300MW循环流化床空冷机组节能降耗实践研究

程荣新 王福才 谭 兴

（辽宁调兵山煤矸石发电有限责任公司，辽宁 铁岭112700）

0 引言

2013年辽宁调兵山煤矸石发电有限责任公司（以下简为该公司）机组供电煤耗为374.75g／kW·h，厂用电率10.52%，高压缸效率78.10%，负荷率68.34%。为了进一步降低供电煤耗，针对低负荷时高压缸效率低、辅机电耗大、厂用电率升高、供电煤耗增大问题，公司采取了设备改造、调整运行方式、提高负荷率等节能实践，有效降低了大型循环流化床空冷机组供电煤耗，提高了企业经济效益。

1 设备概况

该公司设计为NZK300－16.7／537／537亚临界直接空冷机组，30台空冷风机，额定背压为11kPa。因周边煤矿有大量煤矸石等低热值劣质煤，配套SG－1065／17.5－M804型循环流化床锅炉。在投产后的2年时间内，由于循环流化床锅炉配套空冷机组厂用电率高达13%，造成供电煤耗400g／kW·h以上居高不下，燃料成本上升。

2 影响供电煤耗的主要因素

2.1 高压缸效率对供电煤耗的影响

“高压缸效率”是指主蒸汽门前到高排管的实际焓降和理想焓降的比值，是反映汽轮机性能的主要技术指标之一。2013年10月的性能试验表明：300MW工况，高压缸效率为82.45%，低于设计值4.33%；225MW 工况，高压缸效率为77.8%，低于设计值8.76%。165MW 工况，高压缸效率为73.86%，低于设计值9.19%。试验说明：机组负荷越低，高压缸效率越低，而且与设计值差距比额定负荷工况下更大。

通过试验也发现了汽轮机存在喷嘴组通流面积过大的问题。该公司73B型300MW汽轮机喷嘴组设计通流面积为224cm2，比合理的通流面积190cm2大34cm2，喷嘴组最大通流能力远大于1 065t／h。当汽轮机在低负荷工况下运行时，由于喷嘴组通流面积过大，若提高主汽压力，需关小调门开度，则调节级效率下降，高压缸效率降低；若降低主汽压力，开大调门，则蒸汽初参数降低，汽轮机循环效率下降。喷嘴组通流面积过大，使得汽轮机始终处于偏离设计点较大的运行状态，经济性下降；低负荷工况下，喷嘴组通流面积过大将导致阀门开度减小，节流损失增大，调节级和高压缸效率降低。

2.2 发电厂用电率对供电煤耗的影响

发电厂用电率的大小直接影响供电煤耗，主要辅机电机功率设计余量过大使厂用电明显增大。在负荷率低工况，厂用电率就会愈发增大。机组负荷率68.34%时，给水泵电耗2.89%、二次风机电耗0.52%。厂用电率每降低1%，供电煤耗下降将近4g／kW·h。

3 节能降耗措施

3.1 汽轮机高压缸调节级喷嘴改造，降低机组热耗率

汽轮机原喷嘴组汽道型线设计制造相对粗糙。通过优化喷嘴组叶片型线，改善调节级动、静叶片的气动载荷分布，减少叶栅通道的二次流损失；优化子午面收缩型线及通道收缩比，降低静叶通道前段的负荷，减少叶栅的二次流损失。

增加叶顶汽封齿道数，将叶顶汽封齿数由原设计的2道增加至4道，同时减小调节级叶顶及叶根汽封的径向间隙；在喷嘴组水平中分面上增加门型密封键，减少喷嘴组中分面处弧段之间的漏汽损失。通过上述措施保证蒸汽以正确的方向最大程度地进入动叶通道做功。过大的喷嘴组出口面积将导致调节级效率、高压缸效率以及机组的循环热效率显著下降。在高压缸调节级喷嘴改造完成后，高压缸效率225MW工况时为82.23%，比 改 造 前 的 77.8% 提 高 4.43%，热 耗 率 下 降66kJ／kW·h，供电煤耗降低2.36g／kW·h。

3.2 采用先进技术，减少给水泵耗电量

机组为空冷机组配套3台液力耦合器调速电动给水泵，机组负荷285MW、225MW、170MW工况下运行时液力耦合器勺管开度分别为55%、48%、41%，实际运行效率分别为44%～35%，效率较低。采用工变频切换型液力耦合器调速的电动给水泵组技术。所谓工变频切换型多功能液力耦合器，就是保留液力耦合器不动，应用泵轮调速法对液力耦合器内部结构和系统进行改造，使同一台液力耦合器具有工频定速输入时是调速型液力耦合器、变频调速输入时是增速齿轮箱2种运行方式，且2种运行方式可以切换运行的工变频切换型多功能液力耦合器。实现这一改造后，液力耦合器具有了2种功能，一是工频运行时的液力耦合器的调速功能，二是变频调速运行时的增速齿轮箱的输出功能，2种功能可以互相切换。工变频切换型液力耦合器，便于工变频切换，方便灵活，安全可靠，实现通过切换的变频运行方式，便于给水泵的定期切换运行，又便于互相备用。

从流体力学的原理得知，使用感应电动机驱动的风机、水泵负载、轴功率P与流量Q、扬程H的关系为：

当电动机的转速由n1变化到n2时，Q、H、P与转速的关系如下：

可见流量Q和电机的转速n是成正比关系的，而所需的轴功率P与转速的立方成正比关系。所以当需要80%的额定流量时，通过调节电机的转速至额定转速的80%，即调节频率到40Hz即可，这时所需功率将仅为原来的51.2%。

如图1所示，从水泵的运行曲线图来分析采用变频调速后的节能效果。

图1 水泵的运行曲线图

当所需流量从Q1减小到Q2时，采用调节阀门的办法，管网阻力增加，管网特性曲线上移，系统运行工况点从A点变到新的运行工况点B点运行，所需轴功率P2与H2×Q2成正比；如果采用调速控制方式，风机、水泵转速由n1下降到n2，其管网特性并不发生改变，但风机、水泵的特性曲线将下移，其运行工况点由A点移至C点。此时所需轴功率P3与HB×Q2成正比。从理论上分析，所节约的轴功率Delt（P）与（H2－HB）×（BC）成正比。

改造后给水泵电耗下降了0.63%，厂用电率降低0.63%，降低供电煤耗2.52g／kW·h。

3.3 优化运行方式，降低二次风机耗电量

二次风机为2台同时运行方式，由于风机出口挡板门不严，停运时出现风机倒转现象，存在安全隐患。通过风机出口加装插板门改造，在负荷低时，保持单台二次风机运行。1台二次风机运行时的电耗为0.36%，2台二次风机运行时的电耗为0.52%。按全年负荷率68.84%计算全年仅二次风机厂用电率下降0.07%，供电煤耗降低0.28g／kW·h。

4 结语

该公司节能降耗实践过程中，通过设备改造优化运行具体措施，有效控制汽轮机组热耗率和辅机的电耗，降低了厂用电率，从而大幅降低供电煤耗，提高机组的整体经济性。对于治疗清洁高效大型循环流化床锅炉配套空冷发电机组能耗指标居高不下的顽症，具有很好的指导意义。

［1］杨杰，李彦霞，赵学斌，等.火电机组节能降耗分析及应对措施［J］.电站系统工程，2011（4）

［2］李小龙.电动给水泵容量优化对空冷机组节电的影响［J］.节能，2013（6）

［3］何映光.300MW循环流化床锅炉减排与辅机节电［J］.电力需求侧管理，2008（1）