直接空冷机组低负荷运行工况分析

雷平和，刘 利，彭红文，陈保华

（北京国电华北电力工程有限公司，北京市，100120）

0 引言

目前国内电力市场受宏观经济形势影响，电量需求下降。位于北方地区的600MW级空冷机组，全年较长时间维持在50%～60%负荷运行，经济性较差。为了适应低负荷运行的现状，以某工程660MW超临界直接空冷机组为例对机组运行工况进行分析。该机组制粉系统配6台中速磨煤机，给水系统配2台50%汽动给水泵，属600MW级空冷机组典型配置之一。机组低负荷运行时，磨煤机可相应退出，主辅机负荷基本匹配，故磨煤机可不在分析之列。锅炉三大风机以及给水泵运行方式按常规为2台同时运行，应了解单台运行的经济性；空冷系统配置56个单元，呈8列7行布置，运行方式灵活多变，应了解采用何种运行方式最为经济。通过对上述问题分析计算，找出经济运行模式，为机组低负荷经济运行提供参考[1]。

1 给水泵系统运行工况分析

机组单台给水泵配置在国内外已有先例，国内较少见。习惯运行方式是2台泵并列运行，在低负荷状态下也是如此。本案例的给水泵系统配置2台50%汽动给水泵组，无备用电动给水泵。以下分析比较在低负荷条件下单泵和双泵运行的经济特征。主机在30%～100%负荷工况下，给水系统2台给水泵并列运行时每台泵及给水泵汽轮机的主要参数见表1。

主机在30%～65%负荷工况下，给水系统采用单台泵运行时，每台给水泵及给水泵汽轮机的主要参数见表2。

给水泵不同运行方式比较如下：

就给水泵而言，65%THA以上负荷时，给水流量超出给水泵的设计出力值，不能单泵运行。

当主机负荷在30%THA～65%THA之间，单台泵运行与2台泵并列运行相比，其效率高3.8%～15.4%。对汽动给水泵而言，不同的转速对应不同的出力。泵在不同转速下均有数值基本相同的高效区。在30%THA～65%THA负荷区间，单台泵运行虽出力不同，但大多都可以在高效区运行，效率略有差异，与设计工况相比效率仅降低1%～2%。当采用2台泵并列运行，每台泵的出力仅为泵的设计工况的15%～30%，运行点已经严重偏离高效区，效率降低较多；负荷越低，效率降低越多。

表1 主机在30%～100%负荷时给水系统主要参数Tab.1 Feed system parameters under 30%～100%load of main unit

表2 主机在30%～65%负荷时给水系统主要参数Tab.2 Feed system parameters under 30%～65%load of main unit

对于给水泵汽轮机，当主机在65%THA负荷工况下，给水泵汽轮机的低压进汽汽源，4段抽汽的压力将从主机额定负荷的（100%THA工况）0.93 MPa降到0.62 MPa，且主机组负荷越低，抽汽压力越低。

由于小汽机的低压进汽阀通径和小汽机的通流能力是一定的。当蒸汽压力降低，蒸汽比容增大，通过小汽机的蒸汽质量流量将减少。另外，本案例给水泵汽轮机的进汽方式为外切换，当小汽机低压汽源压力不足时，高压汽源无法补汽，故理论上只能有1路汽源进入汽机。为此，主汽轮机的4段抽汽在65%THA及以下负荷，能否驱动小汽机以满足给水泵单泵运行需要核算。经配合核算，在65%THA工况时，小汽机采用低压汽源供汽，其允许通过的最大蒸汽流量不能满足给水泵单泵运行的功率要求。60%THA及以下工况，虽抽汽压力有所降低，但小汽机输出功率也减小，进汽量减少，小汽轮机的最大允许进汽流量能够满足驱动给水泵单泵运行的要求。在相同负荷下，给水泵单泵运行与2台泵并列运行相比，效率可提高5.7%～15.4%。负荷越低，单泵运行的效率越高。

另经核算，65%THA负荷时，小汽机的高压汽源蒸汽可带小汽机功率约9 500 kW，故理论上采用高压蒸汽可满足给水泵在65%THA负荷时单泵运行。但采用高压汽源主机的经济性将降低，且高压蒸汽在进入小汽机进汽阀前还有一个节流，故65%THA负荷工况时，仍推荐采用低压蒸汽驱动汽轮机且2台泵并列运行，不推荐采用高压蒸汽驱动给水泵汽轮机单泵运行。

40%～60%负荷工况时，给水泵采用单泵运行，相对于双泵运行而言，由于泵与小汽机效率的提高，小汽机需要的主汽轮机的抽汽量减少，机组的热耗也随之降低，经计算单泵运行与双泵运行相比，可节约机组发电标煤耗1.5～1.9 g/（kW·h），机组效率提高0.49%～0.58%，如表3所示。

表3 单泵与2台泵并列运行主机煤耗比较Tab.3 Main unit coal consumption comparison for single pump operation and 2 pump operation in parallel

2 空冷系统运行工况计算分析

每台机组空冷系统配置及性能为：空冷总散热面积1 630 696m2，配56台直径9.754m的变频轴流风机，夏季和年平均工况的典型环境温度分别为30℃和17℃，蒸汽分配管顶部1m处风速为5m/s。设计迎面风速2.1m/s时，设计背压13 kPa，夏季TRL工况背压25 kPa。机组低负荷时空冷系统运行的关键是降低风机转速或切除部分冷凝面积以保持设计背压运行、还是保持风机额定转速降低背压运行。

变工况计算时全年分为4种工况：夏季工况，春、秋季工况和冬季工况。冬季工况在环境温度低于5℃时，即使满负荷运行汽机背压都可能接近或达到阻塞背压[2]，在满足防冻要求的前提下只是尽可能降低背压运行的问题，对全年经济性影响基本恒定。同时计算时排除空冷系统的漏风、脏污、真空超标泄漏、排热量超过设计值等不确定因素。计算结果见表4、表5。

以夏季工况60%负荷时空冷系统提供的背压分别为25 kPa和11.8 kPa为例，分析空冷风机电耗和机组煤耗的关系。

表4 3种工况参数Tab.4 Parameters of 3 operation conditions

表5 不同背压条件下计算结果对比Tab.5 Calculated result comparison under different back-pressure conditions

夏季工况（按3个月）机组60%负荷时，保持夏季设计背压25 kPa不变，风机可以降低转速运行，这时56台风机消耗功率2 032.8 kW；同样在夏季工况机组60%负荷时，保持风机额定转速不变，56台风机消耗功率3 813.04 kW，此时背压11.8 kPa。

经计算，保持夏季设计背压25 kPa不变，风机降低转速运行节省电耗2 447.83MW·h，按0.2元/（kW·h）成本电价计算，单台机组节省电费48.96万元。

经计算，保持风机额定转速不变，背压为11.8 kPa与25 kPa时煤耗比较，单台机组夏季3个月可以节约标煤7 187.4 t。按500元/t标煤计算，节煤费用359.37万元。

可见，机组降低背压运行是节能降耗的最佳途径。

3 锅炉三大风机低负荷运行工况分析

当机组运行在50%～60%THA工况下，从三大风机的能力来看，单台风机运行均可满足运行要求，其运行经济性具体分析如下：

以60%THA工况为例，计算出该工况下风机的运行参数，对照风机性能曲线表估算风机效率和功率，该负荷下风机采用单台运行、2台运行的方式在经济性上的对比如下。

3.1 引风机

引风机与脱硫增压风机合并，每炉2台风机，采用上鼓的双级叶轮动叶可调轴流风机，型号为SAF36/20.5-2，引风机的性能曲线见图1。

图1 SAF36/20-2引风机性能曲线Fig.1 SAF36/20-2 ID fan performance curve

计算60%THA工况的风机全压升约为3 839 Pa，折算为比功约为4 650 J/kg。从图1可查出该工况风机运行的大致效率，并可进一步计算出轴功率（表6）。

3.2 送风机

送风机采用上鼓动叶可调轴流风机，每炉2台风机，型号为FAF26.6-14-1，送风机的性能曲线见图2。

计算60%THA工况的风机全压升约为2 990 Pa，折算为比功约为2 818 J/kg。从图2可查出该工况风机运行的大致效率，并可进一步计算出轴功率（表7）。

从图2和表7可以看出，当60%THA工况时，当送风机和引风机均2台风机并列运行时，由于风机的工作线基本上是与风机等效率线长轴方向一致，因此，机组负荷降低时，风机开度虽然较小，但效率的降低比较平缓，与单台风机运行相比，运行中风机总的轴功率较小。

表6 引风机数据表Tab.6 ID fan data

图2 FAF26.6-14-1送风机性能曲线Fig.2 FAF26.6-14-1 forced fan performance curve

表7 送风机数据表Tab.7 Forced fan data

因此，在机组负荷较低时，如50%～60%THA工况下，正常运行仍推荐采用2台送风机、2台引风机并列运行方式。

3.3 一次风机

一次风机采用上鼓双级动叶可调轴流风机，每炉2台风机，型号为PAF19-14-2。

一次风机提供磨煤机的干燥和输送煤粉的空气，当机组负荷降低时，磨煤机运行台数减少，磨煤机及送粉管道、燃烧器的阻力基本不变，故一次风机总风量减少，但风压的变化相对而言并不大。经计算60%THA工况，磨煤机3台运行时，一次风机全压升约为10 986 Pa，折算为比功约为9 830 J/kg。从一次风机性能曲线可查出该工况风机运行的大致效率，并可进一步计算出轴功率。

从图3和表8可以看出，一次风机的工作特点是风压随负荷的变化较小，在60%THA工况磨煤机3台运行时，单台一次风机运行效率相对较高，风机总轴功率相差2×651-1 230＝72 kW，此负荷下每运行1 000 h节电约7.2万kW·h。

图3 PAF19-14-2一次风机性能曲线Fig.3 PAF19-111114-2 Primary fan performance curve

表8 一次风机数据表Tab.8 Primary fan data

在50%～60%THA以下的低负荷工况，采用单台一次风机运行从运行经济性上看略有优势，在风机可靠性能够保证的前提下是一种可选择的运行方式。

4 结论

（1）对直接空冷电厂而言，空冷系统的运行模式对煤耗的影响作用巨大。在机组低负荷运行时，空冷系统降低背压运行与降低风机转速或停掉部分风机节省部分厂用电比较，降低背压获得的经济效益巨大。因此，降低背压运行是直接空冷电厂降低煤耗，提高经济性的最有效的措施。

（2）当机组在40%～60%负荷工况长期运行时，对2×50%汽动泵配置的机组，其运行模式对全厂经济性的影响仅次于直接空冷系统，推荐采用单台给水泵组运行的模式。

（3）在机组50%～60%负荷运行时，磨煤机3台运行与主机负荷基本匹配，对机组经济性影响很小。三大风机的运行模式对机组经济性影响不大，其中送风机和引风机根据性能曲线，2台风机并列运行模式更为经济；而一次风机采用单台风机运行模式经济性略好。故低负荷时，不同的风机运行模式要依据风机的性能决定。

[1]雷平和，等.国电电力大同第二发电厂三期工程2×660MW超临界机组低负荷运行时空冷系统、主要辅机运行方式及经济分析报告[R].北京国电华北电力工程有限公司，2009.

[2]丁尔谋.发电厂空冷技术[M].北京：水利电力出版社，1992.

[3]Q/DG 1—A006.1—2007大型直接空冷系统设计导则第一部分：直接空冷系统总体性能设计导则[S].

[4]杨诗成，等.泵与风机[M].北京：中国电力出版社，2007.

[5]吴秉礼，高延福.空气冷却轴流通风机[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2007.

[6]郑体宽.热力发电厂[M].北京：水利电力出版社，1997

[7]刘官郡.火力发电厂直接空冷的几点思考[J].电力建设，2007，28（6）：69-73.

[8]张月军，李强.660MW超临界直接空冷机组汽轮机选型浅析[J].电力建设，2007，28（5）：51-54.

[9]石诚，王智.某电厂空冷系统的优选分析[J].电力建设，2008，29（8）：84-86.

[10]雷平和，李怀普.环境自然风对直接空冷系统的影响及预防措施[J].电力建设，2006，27（6）：1-5.