“双碳”目标下空冷汽轮发电机的适应性及技术升级路径探析

　随着“双碳”战略的深入推进，空冷汽轮发电机作为一种节水型发电装备，通过空气而非水作为冷却介质，特别适用于缺水地区的燃煤电站。然而，空冷发电机也存在着初始投资大、热效率相对较低、受环境因素影响显著等问题。在双碳目标背景下，如何提升空冷发电机的运行效率和经济性，已成为电力行业关注的焦点。近年来，通过通流改造、空冷增容、抽真空系统优化及数字孪生技术应用等技术手段，空冷发电机的性能得到了显著提升。

　　一、空冷发电机的技术特点与双碳适应性

　　从双碳目标视角看，空冷发电机不仅具有节水效益，还具有一定的节能潜力。通过系统优化，空冷发电机能够有效降低厂用电率，提高整体发电效率。然而，空冷发电机也面临着热效率较低的问题——由于空气的比热容远小于水，其传热效率较低，导致机组热耗较高，煤耗相对较大。此外，空冷发电机的运行性能受环境温度影响显著——夏季高温时段，冷却效率下降，可能导致机组出力受限；冬季低温则存在管道冻结风险。(见表1）

表1：空冷技术与传统水冷技术性能对比

　　从双碳适应性角度分析，空冷发电机虽然在一定程度上存在热效率偏低的问题，但通过技术升级和创新，能够显著提升其性能。

　　二、空冷汽轮发电机的技术升级路径

　　1、汽轮机通流改造与空冷系统增容

　　汽轮机AIBT通流改造技术是提高空冷发电机热效率的有效手段。该技术通过优化汽轮机通流部分设计，改进叶片型号和密封结构，降低蒸汽流动损失，从而提高汽轮机内效率。某330MW亚临界空冷机组采用AIBT通流改造技术后，额定工况下汽轮机热耗率下降至8096.47kJ/(kW·h)，供电煤耗率降低19.66g/(kW·h)。

　　结合通流改造，进行空冷系统增容改造，可以进一步提升机组性能。空冷增容改造通过增加散热面积或提高风机性能，增强冷却能力，降低汽轮机背压，能够实现整体性能的优化。

　　2、数字孪生与智能控制技术

　　基于数字孪生技术的空冷岛智能化管控系统是提升空冷发电机运行效率的重要方向。数字孪生技术通过构建空冷系统的虚拟模型，实时映射物理实体的运行状态，实现对空冷系统的高精度监控和优化控制。数字孪生系统通过以下方式提升空冷系统性能：

　　蒸汽分配可视化：三维立体展示蒸汽分配过程，帮助运维人员多角度查看凝汽器单元、管束等设备内部的实时工况，避免各单元流量分配不均。

　　通风系统智能化：实时监测风机运转状态和场站情况，根据环境条件自动优化风机转速，寻找最佳背压。

　　智能预警系统：通过实时数据与历史数据对比，判断设备是否处于稳定状态，提前发现异常并预警，改善冬季“局部冻结”与夏季“热风回流”现象。

　　3、机炉余热耦合利用技术

　　机炉余热耦合利用技术是空冷发电机节能降耗的创新路径。该技术通过综合利用汽轮机乏汽和锅炉排烟热量，提高整体能源利用效率。陕投集团清水川能源开发的《1000MW间接空冷发电机组机炉余热耦合利用关键技术及应用》是典型代表，该技术被评为“国际领先水平”，可降低机组供电煤耗2.53g/kW·h。

　　余热耦合利用技术主要包括乏汽余热回收和烟气余热利用两个方面。乏汽余热回收通过热泵技术或低温省煤器回收汽轮机排汽热量；烟气余热利用则通过优化锅炉尾部受热面，回收烟气热量，用于加热凝结水或供热。

　　三、案例分析与实施效果

　　某330MW亚临界直接空冷燃煤机组实施了综合节能改造，包括汽轮机通流改造、空冷增容改造和抽真空系统改造三个方面。改造后，机组性能显著提升：额定工况下汽轮机热耗率下降至8096.47kJ/(kW·h)；负荷率加权至年平均负荷率下，机组供电煤耗率下降19.66g/(kW·h)；年节约标煤2.998万吨，减少CO2排放8.82万吨，减少SO2排放0.27万吨，减少NOx排放0.13万吨。

　　华能铜川照金煤电有限公司的空冷节能优化项目则侧重于数字孪生技术的应用。通过空冷节能优化系统，电厂实现了背压的精准控制和散热片清洁度的科学评估。实际运行数据显示，铜川#2机组负荷300MW稳定时，机组背压由9.1KPa降至6.9KPa，耗煤量由189t/h降至182t/h，折合每小时节约标煤4.3吨，按当天入炉煤热值4300大卡/千克计算，每小时节约燃料成本4300元。（见表2）

　表2：空冷发电机技术改造案例效果对比

　　这些案例表明，不同的技术升级路径均能够有效提升空冷发电机的性能，但需要根据机组实际情况选择合适的技术组合。对于老旧机组，通流改造和空冷增容等硬件改造效果显著；对于较新机组，数字孪生和智能控制等软件优化可能是更经济的选择。

　　四、结语

　　本文分析了双碳目标下空冷汽轮发电机的适应性及技术升级路径。研究表明，空冷发电机具有显著的节水优势，尤其适合缺水地区，但在热效率、环境适应性和调峰能力方面存在不足。通过通流改造、空冷增容、数字孪生技术、余热耦合利用等技术升级，可以显著提升空冷发电机的性能和经济性。

文章来源：《重庆科技报》https://www.zzqklm.com/w/qt/35273.html