“雙碳”目標(biāo)下空冷汽輪發(fā)電機的適應(yīng)性及技術(shù)升級路徑探析

　隨著“雙碳”戰(zhàn)略的深入推進，空冷汽輪發(fā)電機作為一種節(jié)水型發(fā)電裝備，通過空氣而非水作為冷卻介質(zhì)，特別適用于缺水地區(qū)的燃煤電站。然而，空冷發(fā)電機也存在著初始投資大、熱效率相對較低、受環(huán)境因素影響顯著等問題。在雙碳目標(biāo)背景下，如何提升空冷發(fā)電機的運行效率和經(jīng)濟性，已成為電力行業(yè)關(guān)注的焦點。近年來，通過通流改造、空冷增容、抽真空系統(tǒng)優(yōu)化及數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用等技術(shù)手段，空冷發(fā)電機的性能得到了顯著提升。

　　一、空冷發(fā)電機的技術(shù)特點與雙碳適應(yīng)性

　　從雙碳目標(biāo)視角看，空冷發(fā)電機不僅具有節(jié)水效益，還具有一定的節(jié)能潛力。通過系統(tǒng)優(yōu)化，空冷發(fā)電機能夠有效降低廠用電率，提高整體發(fā)電效率。然而，空冷發(fā)電機也面臨著熱效率較低的問題——由于空氣的比熱容遠(yuǎn)小于水，其傳熱效率較低，導(dǎo)致機組熱耗較高，煤耗相對較大。此外，空冷發(fā)電機的運行性能受環(huán)境溫度影響顯著——夏季高溫時段，冷卻效率下降，可能導(dǎo)致機組出力受限；冬季低溫則存在管道凍結(jié)風(fēng)險。(見表1）

表1：空冷技術(shù)與傳統(tǒng)水冷技術(shù)性能對比

　　從雙碳適應(yīng)性角度分析，空冷發(fā)電機雖然在一定程度上存在熱效率偏低的問題，但通過技術(shù)升級和創(chuàng)新，能夠顯著提升其性能。

　　二、空冷汽輪發(fā)電機的技術(shù)升級路徑

　　1、汽輪機通流改造與空冷系統(tǒng)增容

　　汽輪機AIBT通流改造技術(shù)是提高空冷發(fā)電機熱效率的有效手段。該技術(shù)通過優(yōu)化汽輪機通流部分設(shè)計，改進葉片型號和密封結(jié)構(gòu)，降低蒸汽流動損失，從而提高汽輪機內(nèi)效率。某330MW亞臨界空冷機組采用AIBT通流改造技術(shù)后，額定工況下汽輪機熱耗率下降至8096.47kJ/(kW·h)，供電煤耗率降低19.66g/(kW·h)。

　　結(jié)合通流改造，進行空冷系統(tǒng)增容改造，可以進一步提升機組性能?？绽湓鋈莞脑焱ㄟ^增加散熱面積或提高風(fēng)機性能，增強冷卻能力，降低汽輪機背壓，能夠?qū)崿F(xiàn)整體性能的優(yōu)化。

　　2、數(shù)字孿生與智能控制技術(shù)

　　基于數(shù)字孿生技術(shù)的空冷島智能化管控系統(tǒng)是提升空冷發(fā)電機運行效率的重要方向。數(shù)字孿生技術(shù)通過構(gòu)建空冷系統(tǒng)的虛擬模型，實時映射物理實體的運行狀態(tài)，實現(xiàn)對空冷系統(tǒng)的高精度監(jiān)控和優(yōu)化控制。數(shù)字孿生系統(tǒng)通過以下方式提升空冷系統(tǒng)性能：

　　蒸汽分配可視化：三維立體展示蒸汽分配過程，幫助運維人員多角度查看凝汽器單元、管束等設(shè)備內(nèi)部的實時工況，避免各單元流量分配不均。

　　通風(fēng)系統(tǒng)智能化：實時監(jiān)測風(fēng)機運轉(zhuǎn)狀態(tài)和場站情況，根據(jù)環(huán)境條件自動優(yōu)化風(fēng)機轉(zhuǎn)速，尋找最佳背壓。

　　智能預(yù)警系統(tǒng)：通過實時數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)對比，判斷設(shè)備是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，提前發(fā)現(xiàn)異常并預(yù)警，改善冬季“局部凍結(jié)”與夏季“熱風(fēng)回流”現(xiàn)象。

　　3、機爐余熱耦合利用技術(shù)

　　機爐余熱耦合利用技術(shù)是空冷發(fā)電機節(jié)能降耗的創(chuàng)新路徑。該技術(shù)通過綜合利用汽輪機乏汽和鍋爐排煙熱量，提高整體能源利用效率。陜投集團清水川能源開發(fā)的《1000MW間接空冷發(fā)電機組機爐余熱耦合利用關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用》是典型代表，該技術(shù)被評為“國際領(lǐng)先水平”，可降低機組供電煤耗2.53g/kW·h。

　　余熱耦合利用技術(shù)主要包括乏汽余熱回收和煙氣余熱利用兩個方面。乏汽余熱回收通過熱泵技術(shù)或低溫省煤器回收汽輪機排汽熱量；煙氣余熱利用則通過優(yōu)化鍋爐尾部受熱面，回收煙氣熱量，用于加熱凝結(jié)水或供熱。

　　三、案例分析與實施效果

　　某330MW亞臨界直接空冷燃煤機組實施了綜合節(jié)能改造，包括汽輪機通流改造、空冷增容改造和抽真空系統(tǒng)改造三個方面。改造后，機組性能顯著提升：額定工況下汽輪機熱耗率下降至8096.47kJ/(kW·h)；負(fù)荷率加權(quán)至年平均負(fù)荷率下，機組供電煤耗率下降19.66g/(kW·h)；年節(jié)約標(biāo)煤2.998萬噸，減少CO2排放8.82萬噸，減少SO2排放0.27萬噸，減少NOx排放0.13萬噸。

　　華能銅川照金煤電有限公司的空冷節(jié)能優(yōu)化項目則側(cè)重于數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用。通過空冷節(jié)能優(yōu)化系統(tǒng)，電廠實現(xiàn)了背壓的精準(zhǔn)控制和散熱片清潔度的科學(xué)評估。實際運行數(shù)據(jù)顯示，銅川#2機組負(fù)荷300MW穩(wěn)定時，機組背壓由9.1KPa降至6.9KPa，耗煤量由189t/h降至182t/h，折合每小時節(jié)約標(biāo)煤4.3噸，按當(dāng)天入爐煤熱值4300大卡/千克計算，每小時節(jié)約燃料成本4300元。（見表2）

　表2：空冷發(fā)電機技術(shù)改造案例效果對比

　　這些案例表明，不同的技術(shù)升級路徑均能夠有效提升空冷發(fā)電機的性能，但需要根據(jù)機組實際情況選擇合適的技術(shù)組合。對于老舊機組，通流改造和空冷增容等硬件改造效果顯著；對于較新機組，數(shù)字孿生和智能控制等軟件優(yōu)化可能是更經(jīng)濟的選擇。

　　四、結(jié)語

　　本文分析了雙碳目標(biāo)下空冷汽輪發(fā)電機的適應(yīng)性及技術(shù)升級路徑。研究表明，空冷發(fā)電機具有顯著的節(jié)水優(yōu)勢，尤其適合缺水地區(qū)，但在熱效率、環(huán)境適應(yīng)性和調(diào)峰能力方面存在不足。通過通流改造、空冷增容、數(shù)字孿生技術(shù)、余熱耦合利用等技術(shù)升級，可以顯著提升空冷發(fā)電機的性能和經(jīng)濟性。

文章來源：《重慶科技報》http://www.00559.cn/w/qt/35273.html