雷平和，劉 利，彭紅文，陳保華

（北京國電華北電力工程有限公司，北京市，100120）

0 引言

目前國內(nèi)電力市場受宏觀經(jīng)濟(jì)形勢影響，電量需求下降。位于北方地區(qū)的600MW級空冷機(jī)組，全年較長時(shí)間維持在50%～60%負(fù)荷運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)性較差。為了適應(yīng)低負(fù)荷運(yùn)行的現(xiàn)狀，以某工程660MW超臨界直接空冷機(jī)組為例對機(jī)組運(yùn)行工況進(jìn)行分析。該機(jī)組制粉系統(tǒng)配6臺中速磨煤機(jī)，給水系統(tǒng)配2臺50%汽動(dòng)給水泵，屬600MW級空冷機(jī)組典型配置之一。機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，磨煤機(jī)可相應(yīng)退出，主輔機(jī)負(fù)荷基本匹配，故磨煤機(jī)可不在分析之列。鍋爐三大風(fēng)機(jī)以及給水泵運(yùn)行方式按常規(guī)為2臺同時(shí)運(yùn)行，應(yīng)了解單臺運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；空冷系統(tǒng)配置56個(gè)單元，呈8列7行布置，運(yùn)行方式靈活多變，應(yīng)了解采用何種運(yùn)行方式最為經(jīng)濟(jì)。通過對上述問題分析計(jì)算，找出經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式，為機(jī)組低負(fù)荷經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供參考[1]。

1 給水泵系統(tǒng)運(yùn)行工況分析

機(jī)組單臺給水泵配置在國內(nèi)外已有先例，國內(nèi)較少見。習(xí)慣運(yùn)行方式是2臺泵并列運(yùn)行，在低負(fù)荷狀態(tài)下也是如此。本案例的給水泵系統(tǒng)配置2臺50%汽動(dòng)給水泵組，無備用電動(dòng)給水泵。以下分析比較在低負(fù)荷條件下單泵和雙泵運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)特征。主機(jī)在30%～100%負(fù)荷工況下，給水系統(tǒng)2臺給水泵并列運(yùn)行時(shí)每臺泵及給水泵汽輪機(jī)的主要參數(shù)見表1。

主機(jī)在30%～65%負(fù)荷工況下，給水系統(tǒng)采用單臺泵運(yùn)行時(shí)，每臺給水泵及給水泵汽輪機(jī)的主要參數(shù)見表2。

給水泵不同運(yùn)行方式比較如下：

就給水泵而言，65%THA以上負(fù)荷時(shí)，給水流量超出給水泵的設(shè)計(jì)出力值，不能單泵運(yùn)行。

當(dāng)主機(jī)負(fù)荷在30%THA～65%THA之間，單臺泵運(yùn)行與2臺泵并列運(yùn)行相比，其效率高3.8%～15.4%。對汽動(dòng)給水泵而言，不同的轉(zhuǎn)速對應(yīng)不同的出力。泵在不同轉(zhuǎn)速下均有數(shù)值基本相同的高效區(qū)。在30%THA～65%THA負(fù)荷區(qū)間，單臺泵運(yùn)行雖出力不同，但大多都可以在高效區(qū)運(yùn)行，效率略有差異，與設(shè)計(jì)工況相比效率僅降低1%～2%。當(dāng)采用2臺泵并列運(yùn)行，每臺泵的出力僅為泵的設(shè)計(jì)工況的15%～30%，運(yùn)行點(diǎn)已經(jīng)嚴(yán)重偏離高效區(qū)，效率降低較多；負(fù)荷越低，效率降低越多。

表1 主機(jī)在30%～100%負(fù)荷時(shí)給水系統(tǒng)主要參數(shù)Tab.1 Feed system parameters under 30%～100%load of main unit

表2 主機(jī)在30%～65%負(fù)荷時(shí)給水系統(tǒng)主要參數(shù)Tab.2 Feed system parameters under 30%～65%load of main unit

對于給水泵汽輪機(jī)，當(dāng)主機(jī)在65%THA負(fù)荷工況下，給水泵汽輪機(jī)的低壓進(jìn)汽汽源，4段抽汽的壓力將從主機(jī)額定負(fù)荷的（100%THA工況）0.93 MPa降到0.62 MPa，且主機(jī)組負(fù)荷越低，抽汽壓力越低。

由于小汽機(jī)的低壓進(jìn)汽閥通徑和小汽機(jī)的通流能力是一定的。當(dāng)蒸汽壓力降低，蒸汽比容增大，通過小汽機(jī)的蒸汽質(zhì)量流量將減少。另外，本案例給水泵汽輪機(jī)的進(jìn)汽方式為外切換，當(dāng)小汽機(jī)低壓汽源壓力不足時(shí)，高壓汽源無法補(bǔ)汽，故理論上只能有1路汽源進(jìn)入汽機(jī)。為此，主汽輪機(jī)的4段抽汽在65%THA及以下負(fù)荷，能否驅(qū)動(dòng)小汽機(jī)以滿足給水泵單泵運(yùn)行需要核算。經(jīng)配合核算，在65%THA工況時(shí)，小汽機(jī)采用低壓汽源供汽，其允許通過的最大蒸汽流量不能滿足給水泵單泵運(yùn)行的功率要求。60%THA及以下工況，雖抽汽壓力有所降低，但小汽機(jī)輸出功率也減小，進(jìn)汽量減少，小汽輪機(jī)的最大允許進(jìn)汽流量能夠滿足驅(qū)動(dòng)給水泵單泵運(yùn)行的要求。在相同負(fù)荷下，給水泵單泵運(yùn)行與2臺泵并列運(yùn)行相比，效率可提高5.7%～15.4%。負(fù)荷越低，單泵運(yùn)行的效率越高。

另經(jīng)核算，65%THA負(fù)荷時(shí)，小汽機(jī)的高壓汽源蒸汽可帶小汽機(jī)功率約9 500 kW，故理論上采用高壓蒸汽可滿足給水泵在65%THA負(fù)荷時(shí)單泵運(yùn)行。但采用高壓汽源主機(jī)的經(jīng)濟(jì)性將降低，且高壓蒸汽在進(jìn)入小汽機(jī)進(jìn)汽閥前還有一個(gè)節(jié)流，故65%THA負(fù)荷工況時(shí)，仍推薦采用低壓蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)且2臺泵并列運(yùn)行，不推薦采用高壓蒸汽驅(qū)動(dòng)給水泵汽輪機(jī)單泵運(yùn)行。

40%～60%負(fù)荷工況時(shí)，給水泵采用單泵運(yùn)行，相對于雙泵運(yùn)行而言，由于泵與小汽機(jī)效率的提高，小汽機(jī)需要的主汽輪機(jī)的抽汽量減少，機(jī)組的熱耗也隨之降低，經(jīng)計(jì)算單泵運(yùn)行與雙泵運(yùn)行相比，可節(jié)約機(jī)組發(fā)電標(biāo)煤耗1.5～1.9 g/（kW·h），機(jī)組效率提高0.49%～0.58%，如表3所示。

表3 單泵與2臺泵并列運(yùn)行主機(jī)煤耗比較Tab.3 Main unit coal consumption comparison for single pump operation and 2 pump operation in parallel

2 空冷系統(tǒng)運(yùn)行工況計(jì)算分析

每臺機(jī)組空冷系統(tǒng)配置及性能為：空冷總散熱面積1 630 696m2，配56臺直徑9.754m的變頻軸流風(fēng)機(jī)，夏季和年平均工況的典型環(huán)境溫度分別為30℃和17℃，蒸汽分配管頂部1m處風(fēng)速為5m/s。設(shè)計(jì)迎面風(fēng)速2.1m/s時(shí)，設(shè)計(jì)背壓13 kPa，夏季TRL工況背壓25 kPa。機(jī)組低負(fù)荷時(shí)空冷系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵是降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速或切除部分冷凝面積以保持設(shè)計(jì)背壓運(yùn)行、還是保持風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速降低背壓運(yùn)行。

變工況計(jì)算時(shí)全年分為4種工況：夏季工況，春、秋季工況和冬季工況。冬季工況在環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，即使?jié)M負(fù)荷運(yùn)行汽機(jī)背壓都可能接近或達(dá)到阻塞背壓[2]，在滿足防凍要求的前提下只是盡可能降低背壓運(yùn)行的問題，對全年經(jīng)濟(jì)性影響基本恒定。同時(shí)計(jì)算時(shí)排除空冷系統(tǒng)的漏風(fēng)、臟污、真空超標(biāo)泄漏、排熱量超過設(shè)計(jì)值等不確定因素。計(jì)算結(jié)果見表4、表5。

以夏季工況60%負(fù)荷時(shí)空冷系統(tǒng)提供的背壓分別為25 kPa和11.8 kPa為例，分析空冷風(fēng)機(jī)電耗和機(jī)組煤耗的關(guān)系。

表4 3種工況參數(shù)Tab.4 Parameters of 3 operation conditions

表5 不同背壓條件下計(jì)算結(jié)果對比Tab.5 Calculated result comparison under different back-pressure conditions

夏季工況（按3個(gè)月）機(jī)組60%負(fù)荷時(shí)，保持夏季設(shè)計(jì)背壓25 kPa不變，風(fēng)機(jī)可以降低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，這時(shí)56臺風(fēng)機(jī)消耗功率2 032.8 kW；同樣在夏季工況機(jī)組60%負(fù)荷時(shí)，保持風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速不變，56臺風(fēng)機(jī)消耗功率3 813.04 kW，此時(shí)背壓11.8 kPa。

經(jīng)計(jì)算，保持夏季設(shè)計(jì)背壓25 kPa不變，風(fēng)機(jī)降低轉(zhuǎn)速運(yùn)行節(jié)省電耗2 447.83MW·h，按0.2元/（kW·h）成本電價(jià)計(jì)算，單臺機(jī)組節(jié)省電費(fèi)48.96萬元。

經(jīng)計(jì)算，保持風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速不變，背壓為11.8 kPa與25 kPa時(shí)煤耗比較，單臺機(jī)組夏季3個(gè)月可以節(jié)約標(biāo)煤7 187.4 t。按500元/t標(biāo)煤計(jì)算，節(jié)煤費(fèi)用359.37萬元。

可見，機(jī)組降低背壓運(yùn)行是節(jié)能降耗的最佳途徑。

3 鍋爐三大風(fēng)機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行工況分析

當(dāng)機(jī)組運(yùn)行在50%～60%THA工況下，從三大風(fēng)機(jī)的能力來看，單臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行均可滿足運(yùn)行要求，其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性具體分析如下：

以60%THA工況為例，計(jì)算出該工況下風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，對照風(fēng)機(jī)性能曲線表估算風(fēng)機(jī)效率和功率，該負(fù)荷下風(fēng)機(jī)采用單臺運(yùn)行、2臺運(yùn)行的方式在經(jīng)濟(jì)性上的對比如下。

3.1 引風(fēng)機(jī)

引風(fēng)機(jī)與脫硫增壓風(fēng)機(jī)合并，每爐2臺風(fēng)機(jī)，采用上鼓的雙級葉輪動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，型號為SAF36/20.5-2，引風(fēng)機(jī)的性能曲線見圖1。

圖1 SAF36/20-2引風(fēng)機(jī)性能曲線Fig.1 SAF36/20-2 ID fan performance curve

計(jì)算60%THA工況的風(fēng)機(jī)全壓升約為3 839 Pa，折算為比功約為4 650 J/kg。從圖1可查出該工況風(fēng)機(jī)運(yùn)行的大致效率，并可進(jìn)一步計(jì)算出軸功率（表6）。

3.2 送風(fēng)機(jī)

送風(fēng)機(jī)采用上鼓動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，每爐2臺風(fēng)機(jī)，型號為FAF26.6-14-1，送風(fēng)機(jī)的性能曲線見圖2。

計(jì)算60%THA工況的風(fēng)機(jī)全壓升約為2 990 Pa，折算為比功約為2 818 J/kg。從圖2可查出該工況風(fēng)機(jī)運(yùn)行的大致效率，并可進(jìn)一步計(jì)算出軸功率（表7）。

從圖2和表7可以看出，當(dāng)60%THA工況時(shí)，當(dāng)送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)均2臺風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行時(shí)，由于風(fēng)機(jī)的工作線基本上是與風(fēng)機(jī)等效率線長軸方向一致，因此，機(jī)組負(fù)荷降低時(shí)，風(fēng)機(jī)開度雖然較小，但效率的降低比較平緩，與單臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行相比，運(yùn)行中風(fēng)機(jī)總的軸功率較小。

表6 引風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)表Tab.6 ID fan data

圖2 FAF26.6-14-1送風(fēng)機(jī)性能曲線Fig.2 FAF26.6-14-1 forced fan performance curve

表7 送風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)表Tab.7 Forced fan data

因此，在機(jī)組負(fù)荷較低時(shí)，如50%～60%THA工況下，正常運(yùn)行仍推薦采用2臺送風(fēng)機(jī)、2臺引風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行方式。

3.3 一次風(fēng)機(jī)

一次風(fēng)機(jī)采用上鼓雙級動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，每爐2臺風(fēng)機(jī)，型號為PAF19-14-2。

一次風(fēng)機(jī)提供磨煤機(jī)的干燥和輸送煤粉的空氣，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降低時(shí)，磨煤機(jī)運(yùn)行臺數(shù)減少，磨煤機(jī)及送粉管道、燃燒器的阻力基本不變，故一次風(fēng)機(jī)總風(fēng)量減少，但風(fēng)壓的變化相對而言并不大。經(jīng)計(jì)算60%THA工況，磨煤機(jī)3臺運(yùn)行時(shí)，一次風(fēng)機(jī)全壓升約為10 986 Pa，折算為比功約為9 830 J/kg。從一次風(fēng)機(jī)性能曲線可查出該工況風(fēng)機(jī)運(yùn)行的大致效率，并可進(jìn)一步計(jì)算出軸功率。

從圖3和表8可以看出，一次風(fēng)機(jī)的工作特點(diǎn)是風(fēng)壓隨負(fù)荷的變化較小，在60%THA工況磨煤機(jī)3臺運(yùn)行時(shí)，單臺一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率相對較高，風(fēng)機(jī)總軸功率相差2×651-1 230＝72 kW，此負(fù)荷下每運(yùn)行1 000 h節(jié)電約7.2萬kW·h。

圖3 PAF19-14-2一次風(fēng)機(jī)性能曲線Fig.3 PAF19-111114-2 Primary fan performance curve

表8 一次風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)表Tab.8 Primary fan data

在50%～60%THA以下的低負(fù)荷工況，采用單臺一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行從運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性上看略有優(yōu)勢，在風(fēng)機(jī)可靠性能夠保證的前提下是一種可選擇的運(yùn)行方式。

4 結(jié)論

（1）對直接空冷電廠而言，空冷系統(tǒng)的運(yùn)行模式對煤耗的影響作用巨大。在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，空冷系統(tǒng)降低背壓運(yùn)行與降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速或停掉部分風(fēng)機(jī)節(jié)省部分廠用電比較，降低背壓獲得的經(jīng)濟(jì)效益巨大。因此，降低背壓運(yùn)行是直接空冷電廠降低煤耗，提高經(jīng)濟(jì)性的最有效的措施。

（2）當(dāng)機(jī)組在40%～60%負(fù)荷工況長期運(yùn)行時(shí)，對2×50%汽動(dòng)泵配置的機(jī)組，其運(yùn)行模式對全廠經(jīng)濟(jì)性的影響僅次于直接空冷系統(tǒng)，推薦采用單臺給水泵組運(yùn)行的模式。

（3）在機(jī)組50%～60%負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，磨煤機(jī)3臺運(yùn)行與主機(jī)負(fù)荷基本匹配，對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性影響很小。三大風(fēng)機(jī)的運(yùn)行模式對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性影響不大，其中送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)根據(jù)性能曲線，2臺風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行模式更為經(jīng)濟(jì)；而一次風(fēng)機(jī)采用單臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行模式經(jīng)濟(jì)性略好。故低負(fù)荷時(shí)，不同的風(fēng)機(jī)運(yùn)行模式要依據(jù)風(fēng)機(jī)的性能決定。

[1]雷平和，等.國電電力大同第二發(fā)電廠三期工程2×660MW超臨界機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)空冷系統(tǒng)、主要輔機(jī)運(yùn)行方式及經(jīng)濟(jì)分析報(bào)告[R].北京國電華北電力工程有限公司，2009.

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