摘要：火力发电厂空冷机组大量节水并有利于环境保护，与我国建设节约型社会相适应，近年来得到长足发展。但空冷机组热经济性差，同样条件下空冷汽轮机背压约为湿冷的2倍，年平均供电煤耗约增加5%-7%，加之空冷机组空冷风机耗电占厂用电比重较大，约占9%左右。而国内直接空冷机组最有利背压曲线的研究尚属空白，运行调整存在较大随意性，制约机组经济性的提高，基于以上原因，大唐甘谷发电厂立足于两台300MW空冷机组开展了空冷机组最佳背压曲线的研究，本文阐明了试验过程和方法，及初步成果，仅供同行探讨。
关键词：直接空冷；最佳背压；大气干球温度；耗差分析；自动寻优
前言：中国是一个干旱严重缺水的国家，人均占有淡水资源只有2200立方米，位列世界121位，节约水资源迫在眉睫，而火力发电厂是一个耗水大户，循环水耗水量约占电厂整个耗水量的60%以上，火力发电厂空冷机组理论不耗水，耗水量仅为湿冷机组的1/3；空冷机组不产生汽雾团、不产生循环水富盐污水排放，有利于环境保护；基于以上优点，近些年投产火力发电机组大部分采用直接空气冷却机组乏汽的冷却方式。大量空冷机组的相继投产，节约了国家水资源，但空冷机组热经济性差，同样条件下空冷汽轮机背压约为湿冷的2倍，年平均供电煤耗约增加5%-7%，加之空冷机组空冷风机耗电占厂用电比重较大，约占9%左右，与国家发展节约型社会存在较大差距。而国内直接空冷机组最有利背压曲线的研究尚属空白，运行调整存在较大随意性，制约机组经济性的提高，基于以上原因，大唐甘谷发电厂立足于两台300MW空冷机组开展了空冷机组最佳背压曲线的研究。
1.空冷风机电耗试验过程
直接空冷机组正常运行时通过调节空冷风机的转速（频率）来控制机组背压，风机频率变化范围一般在15～50Hz，超频运行时可达55Hz。在大幅调整空冷风机频率的同时，机组背压可以在大范围内连续变化，与湿冷机组相比，空冷机组背压调整更灵活。理论上，通过调整空冷风机的频率，可以使机组在最佳背压下运行。但空冷风机频率不同电耗也不相同，机组最佳背压曲线也不相同，试验如下：
在保证机组稳定运行，ACC自动投入的前提下，解除一台空冷风机自动，手动降低风机频率，分别在15HZ、20HZ、25HZ、30HZ、35HZ、40HZ、45HZ、50HZ、55HZ等位置停留，待参数稳定后记录各频率段的风机电流、电压，进而算出该风机的实际功率。依此类推，完成所有24台风机的试验数据记录。以下是1、2号机空冷电耗试验实际记录数据：
以1号机1街1风机为例，该风机频率15HZ时电流为82A，电压为392.5V，根据设备规范可知该风机电机额定功率因数为0.96,则该风机实际功率为P＝√3UIcosφ＝1.731×392.5×82×0.96＝54.07KW，而该频率下所有风机总功率则为上述24台风机频率之和，数值是1244KW。以此类推，可算出所有风机所有频率下的功耗，计算结果见下表，详细数据可参见附件1：
1号机第一阶段空冷电耗试验数据
由此可得出空冷频率—电耗关系曲线如下图
由上述曲线可看出，在风机频率处于15—35HZ区间运行时，曲线斜率较为平滑，功耗增加量较少；而风机频率处于35—50HZ区间运行时，曲线斜率则变得较为陡峭，功耗增加量也较大；在风机频率处于50—55HZ区间运行时，曲线斜率最陡峭，功耗增加最大。
2.风机频率—煤耗微增率曲线的绘制
通过上述数据还可得出空冷风机频率变化时，影响煤耗变化微增率曲线。具体作法是，利用空冷电耗变化计算出厂用电率变化量，再根据《中国大唐集团公司火电机组能耗指标分析指导意见》中厂用电率每变化1%影响煤耗变化3.41g/KWh的计算方法，折算出各个频率段煤耗变化情况，得出频率煤耗微增量曲线，煤耗微增量的含义是，当空冷风机频率上升，电耗增加时引起煤耗增加量。以2号机250MW负荷为例，空冷风机从15HZ上升至20HZ时，电耗增加引起的煤耗增加量为0.086 g/KWh,而从20HZ上升至25HZ时电耗增加引起的煤耗增加量为0.126 g/KWh,依此类推，最后当频率由50HZ上升至55HZ电耗增加引起煤耗增加量为1.00663 g/KWh。
以2号机组为例，各频率段折算煤耗及煤耗微增量情况见下表：
由上图数据可绘出不同负荷段空冷风机频率—煤耗微增量曲线如下：
由各负荷段风机频率—煤耗微增量曲线可看出，负荷越小提升风机转速电耗增加引起的煤耗微增量越大。在50HZ提升到55HZ过程中煤耗微增量最大值在180MW负荷时出现，引起煤耗增加值为1.3981 g/KWh。而在50HZ提升到55HZ过程中煤耗微增量最小值在310MW负荷时出现，仅为0.8118 g/KWh。
4.空冷机组最佳背压试验过程
背压变化，汽轮机功率变化与空冷风机耗功变化的差值为最大时的背压称凝汽器的最佳背压（最有利背压）,也称经济背压。本项目根据最佳背压理论，依托目前正在使用的耗差系统平台，自动寻优功能，计算出全年大气干球温度、不同机组负荷、不同空冷风机频率所对应的最佳背压，最后根据试验结果制作出大容量空冷机组最佳背压曲线，为运行优化调整给出指导建议。
根据主汽压力与主蒸汽流量关系曲线确立试验最低压力为8.8MPa，主蒸汽流量为430t/h。如下图：
主汽压力每升高0.5MPa确立一个压力试验点，从8.8MPa-17.8MPa共19个压力采集点；主蒸汽流量每升高3t/h确立一个流量试验点，从430t/h-1026t/h共198个流量采集点。涵盖机组正常运行时的主汽压力和主蒸汽流量。
根据甘谷发电厂2007年投产以来的当地大气干球温度确定试验大气干球温度为-10℃-+40℃，大气干球温度每升高1℃确立一个新的试验温度点，共确立51个大气干球温度试验点。基本涵盖全年当地大气干球温度变化量。
通过耗差系统设置当前机组有功与空冷电耗之差最大寻优值所对应的大气干球温度、主蒸汽压力、主蒸汽流量下的机组背压，此时的机组背压即为最佳背压，耗差系统每分钟刷新采集一次，无论机组运行参数如何变化，只要耗差系统采集到寻优最大值、及最大值对应的机组背压，均与当前大气干球温度、主蒸汽流量、主蒸汽压力一一对应，并记录当前时间，依次往复，耗差系统数据采集积累着全年不同大气干球温度、不同机组负荷、不同主蒸汽流量下的最佳背压，通过数据连接最终获得机组在不同大气干球温度、不同主蒸汽压力、不同主蒸汽流量对应的最佳背压曲线。
5.空冷机组最佳背压试验结果
通过耗差系统采集的寻优数据库，同一大气干球温度对应不同机组负荷和试验所得最佳背压，由于参考试验数据较多，采集产生的寻优值对应的最佳背压较为凌乱，经过同一大气干球温度对应同一机组负荷的最佳背压加权平均得出具有代表性的最佳背压点，依次将同一大气干球温度对应不同机组负荷的最佳背压连线，形成相同大气干球温度下不同机组负荷的最佳背压曲线，以供运行人员监视调整，达到机组始终运行在最佳背压曲线，以提高机组经济性。下图为大气干球温度在11℃时的空冷机组最佳背压曲线图。
通过以上试验方法所得机组最佳背压曲线可以看出，该背压曲线为机组负荷对应最佳背压区间的平均值，虽具有最佳背压的指导趋势，但不是真正意义上的机组最佳背压。在上述试验基础上为找出机组真正意义上的机组最佳背压曲线，研究小组与耗差系统研发人员联系，制定出新的试验方案，即在同一大气干球温度下不同主蒸汽流量对应机组最佳背压点，通过耗差系统找出最佳背压值，更具最佳背压点自动覆盖前期采集的寻优值，达到最具代表性的真正意义上的最佳背压，通过同一大气干球温度下同一主蒸汽流量对应最小背压点的连线，形成机组最佳背压曲线，最终形成机组背压曲线组，如下耗差系统不同大气干球温度的试验界面截图，红曲线为该大气干球温度下最佳背压曲线图。
上图为14℃-15℃最佳背压曲线
上图为17℃-18℃最佳背压曲线
上图为24℃-25℃最佳背压曲线
以上各个大气干球温度下不同主蒸汽流量对应最佳背压曲线的集合，构成机组最佳背压曲线组。在耗差系统自动寻优界面形成完整的可查询的试验曲线结果，指导运行精细调整，达到机组冷端治理优化运行，提高机组经济性的目的。
6.结束语
空冷机组最佳背压曲线试验一般需要通过电力科学研究院试验获得，但由于该试验获得机组当地全年大气干球温度值，和机组不同负荷值，最少需要一年时间方可绘制完毕，工期长耗费人力大，故目前尚无该实验结果，本试验所获得的最佳背压曲线是通过真实可靠数据为依据，是值得借鉴和使用的。在此要感谢大唐先一科技宋雷刚先生。
参考文献：
[1]叶涛，热力发电厂，4版，北京：中国电力出版社.2012
[2]温高.发电厂空冷技术.北京.中国电力出版社.2008
[3]魏松涛.空冷汽轮机设计的几个问题.东方汽轮机厂.1999
论文作者:王自发
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：机组论文; 煤耗论文; 曲线论文; 频率论文; 大气论文; 电耗论文; 风机论文; 《电力设备》2018年第24期论文;