程榮新 王福才 譚 興
(遼寧調(diào)兵山煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司,遼寧 鐵嶺112700)
2013年遼寧調(diào)兵山煤矸石發(fā)電有限責(zé)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(shè)備改造、調(diào)整運行方式、提高負荷率等節(jié)能實踐,有效降低了大型循環(huán)流化床空冷機組供電煤耗,提高了企業(yè)經(jīng)濟效益。
該公司設(shè)計為NZK300-16.7/537/537亞臨界直接空冷機組,30臺空冷風(fēng)機,額定背壓為11kPa。因周邊煤礦有大量煤矸石等低熱值劣質(zhì)煤,配套SG-1065/17.5-M804型循環(huán)流化床鍋爐。在投產(chǎn)后的2年時間內(nèi),由于循環(huán)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。
“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(shù)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(shè)計值4.33%;225MW 工況,高壓缸效率為77.8%,低于設(shè)計值8.76%。165MW 工況,高壓缸效率為73.86%,低于設(shè)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(shè)計值差距比額定負荷工況下更大。
通過試驗也發(fā)現(xiàn)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(shè)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(guān)小調(diào)門開度,則調(diào)節(jié)級效率下降,高壓缸效率降低;若降低主汽壓力,開大調(diào)門,則蒸汽初參數(shù)降低,汽輪機循環(huán)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(shè)計點較大的運行狀態(tài),經(jīng)濟性下降;低負荷工況下,噴嘴組通流面積過大將導(dǎo)致閥門開度減小,節(jié)流損失增大,調(diào)節(jié)級和高壓缸效率降低。
發(fā)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(shè)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(fā)增大。機組負荷率68.34%時,給水泵電耗2.89%、二次風(fēng)機電耗0.52%。廠用電率每降低1%,供電煤耗下降將近4g/kW·h。
汽輪機原噴嘴組汽道型線設(shè)計制造相對粗糙。通過優(yōu)化噴嘴組葉片型線,改善調(diào)節(jié)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(yōu)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(shù),將葉頂汽封齒數(shù)由原設(shè)計的2道增加至4道,同時減小調(diào)節(jié)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(dǎo)致調(diào)節(jié)級效率、高壓缸效率以及機組的循環(huán)熱效率顯著下降。在高壓缸調(diào)節(jié)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。
機組為空冷機組配套3臺液力耦合器調(diào)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(diào)速的電動給水泵組技術(shù)。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(yīng)用泵輪調(diào)速法對液力耦合器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)進行改造,使同一臺液力耦合器具有工頻定速輸入時是調(diào)速型液力耦合器、變頻調(diào)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(xiàn)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(diào)速功能,二是變頻調(diào)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(xiàn)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(xué)的原理得知,使用感應(yīng)電動機驅(qū)動的風(fēng)機、水泵負載、軸功率P與流量Q、揚程H的關(guān)系為:
當電動機的轉(zhuǎn)速由n1變化到n2時,Q、H、P與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如下:
可見流量Q和電機的轉(zhuǎn)速n是成正比關(guān)系的,而所需的軸功率P與轉(zhuǎn)速的立方成正比關(guān)系。所以當需要80%的額定流量時,通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速的80%,即調(diào)節(jié)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(diào)速后的節(jié)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(diào)節(jié)閥門的辦法,管網(wǎng)阻力增加,管網(wǎng)特性曲線上移,系統(tǒng)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(diào)速控制方式,風(fēng)機、水泵轉(zhuǎn)速由n1下降到n2,其管網(wǎng)特性并不發(fā)生改變,但風(fēng)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(jié)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。
二次風(fēng)機為2臺同時運行方式,由于風(fēng)機出口擋板門不嚴,停運時出現(xiàn)風(fēng)機倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象,存在安全隱患。通過風(fēng)機出口加裝插板門改造,在負荷低時,保持單臺二次風(fēng)機運行。1臺二次風(fēng)機運行時的電耗為0.36%,2臺二次風(fēng)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(fēng)機廠用電率下降0.07%,供電煤耗降低0.28g/kW·h。
該公司節(jié)能降耗實踐過程中,通過設(shè)備改造優(yōu)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(jīng)濟性。對于治療清潔高效大型循環(huán)流化床鍋爐配套空冷發(fā)電機組能耗指標居高不下的頑癥,具有很好的指導(dǎo)意義。
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