朱小東， 王乃軍， 胡　鑫， 王鵬輝

（1.華電電力科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古呼和浩特010010；2.內(nèi)蒙古岱海發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古涼城013700）

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某600MW直接空冷機(jī)組冬季低背壓運(yùn)行研究及經(jīng)濟(jì)性分析

朱小東1， 王乃軍2， 胡鑫1， 王鵬輝1

（1.華電電力科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古呼和浩特010010；2.內(nèi)蒙古岱海發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古涼城013700）

摘要：某600MW發(fā)電廠二期機(jī)組采用直接空冷方式。直接空冷技術(shù)空冷機(jī)組進(jìn)入冬季運(yùn)行時(shí)，鑒于廠家建議，同時(shí)迫于空冷島防凍壓力，機(jī)組維持較高背壓運(yùn)行，一般維持高于阻塞背壓3～5kPa，嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。通過對機(jī)組運(yùn)行現(xiàn)狀的調(diào)查，分析制約機(jī)組冬季低背壓運(yùn)行的原因，并針對具體的原因制定了詳細(xì)的對策及實(shí)施措施。措施實(shí)施后，在保證空冷凝汽器安全運(yùn)行的前提下有效降低了機(jī)組冬季運(yùn)行背壓，提高了機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：直接空冷； 冬季； 低背壓； 節(jié)能

0　引言

某發(fā)電廠二期機(jī)組裝機(jī)容量為2×600MW，汽輪機(jī)由上海汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)，其型號是N600-16. 67/538/538，型式是亞臨界、單軸、三缸四排汽、一次中間再熱、反動(dòng)式、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)?？绽淠饔射X鋼單排橢圓翅片管束按列布置組成。共設(shè)有8列8排共64個(gè)冷卻單元，配套64臺變頻調(diào)速軸流風(fēng)機(jī)，其中每列3、7排為逆流單元，對應(yīng)風(fēng)機(jī)可反向旋轉(zhuǎn)，8列共設(shè)7個(gè)蒸汽分配閥，僅第5列無蒸汽分配閥。

該發(fā)電廠二期空冷機(jī)組進(jìn)入冬季運(yùn)行，鑒于廠家建議，同時(shí)迫于空冷島防凍壓力，機(jī)組維持高背壓運(yùn)行，一般維持高于阻塞背壓3～5kPa，按日平均負(fù)荷460MW，機(jī)組背壓每升高1kPa增加機(jī)組煤耗2.32g/kWh計(jì)，影響機(jī)組煤耗達(dá)6.96～11.6g/kWh，嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。本文找出制約機(jī)組冬季低背壓運(yùn)行的原因，針對具體原因制定詳細(xì)的對策，在保證空冷凝汽器安全運(yùn)行的前提下，實(shí)現(xiàn)了二期空冷機(jī)組冬季低背壓運(yùn)行，從而降低機(jī)組煤耗，提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益。

1　空冷系統(tǒng)原冬季運(yùn)行情況

該電廠所在地海撥1227m，屬典型中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，冬季持續(xù)時(shí)間長，且天氣寒冷，一月份平均氣溫低至-13℃，極端最低氣溫達(dá)-34.3℃。為了防止空冷系統(tǒng)發(fā)生凍損的事故，機(jī)組冬季運(yùn)行時(shí)大部分時(shí)間將排汽背壓人為地提高3~5kPa。由表1可以看出，冬季機(jī)組高背壓運(yùn)行時(shí)，雖然保證了空冷島散熱管束不凍結(jié)，但是卻嚴(yán)重影響了機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

表1　冬季高背壓運(yùn)行數(shù)據(jù)及折算煤耗損失

2　制約機(jī)組冬季低背壓運(yùn)行的原因分析

直接空冷機(jī)組在正常運(yùn)行中，機(jī)組的背壓是經(jīng)常變化的，影響機(jī)組背壓的因素有很多，其中主要有：汽輪機(jī)排汽量、環(huán)境溫度、空氣流量、真空泵出力等。在外界環(huán)境穩(wěn)定的情況下，機(jī)組背壓主要靠改變空冷風(fēng)機(jī)出力（空氣流量）進(jìn)行調(diào)節(jié)。由前分析可以知道，二期空冷機(jī)組冬季運(yùn)行背壓偏高，下面將對制約機(jī)組冬季低背壓運(yùn)行的原因進(jìn)行分析。

2.1運(yùn)行人員更改背壓設(shè)定值不及時(shí)

機(jī)組在正常運(yùn)行中，投入AGC自動(dòng)，機(jī)組負(fù)荷受到電網(wǎng)調(diào)度，頻繁變化。運(yùn)行規(guī)程規(guī)定負(fù)荷變化大于50MW，運(yùn)行人員更改背壓設(shè)定值延時(shí)時(shí)間≤5min。由表2可以看出，實(shí)際運(yùn)行中，由于在負(fù)荷變化時(shí)候需要調(diào)整的內(nèi)容非常多，比如鍋爐制粉系統(tǒng)投停、鍋爐汽壁溫調(diào)整等，所以運(yùn)行人員往往忽視甚至遺忘對空冷系統(tǒng)背壓的調(diào)整，造成機(jī)組背壓偏高或者偏低，導(dǎo)致的后果就是機(jī)組經(jīng)濟(jì)性降低或者空冷島散熱片過冷。所以運(yùn)行人員更改背壓設(shè)定值不及時(shí)是制約機(jī)組冬季低背壓運(yùn)行的主要原因之一。

2.2空冷島散熱器及管道漏真空

表2　負(fù)荷變化后人員更改背壓設(shè)定值平均延時(shí)時(shí)間

機(jī)組在嚴(yán)寒天氣運(yùn)行，若空冷凝汽器系統(tǒng)存在漏空點(diǎn)，漏入的空氣積聚在空冷系統(tǒng)內(nèi)，將導(dǎo)致蒸汽流被不凝結(jié)氣體阻塞，使蒸汽不能暢通流動(dòng)，不凝結(jié)氣體在此過程中形成空氣障，降低空冷散熱器的傳熱系數(shù)，從而造成機(jī)組運(yùn)行背壓升高[1]。而且大量的冷空氣漏入散熱器內(nèi)，使該處散熱器內(nèi)溫度逐步降低，同時(shí)該處壓力增大，隨著泄漏區(qū)壓力的增大，導(dǎo)致空冷散熱器內(nèi)流向此處的蒸汽量逐步減少，加劇了漏空區(qū)溫度的降低，隨著時(shí)間的延長，漏空點(diǎn)處蒸汽迅速冷凝結(jié)冰、積聚，當(dāng)結(jié)冰量積聚到一定程度后，散熱片將變形，嚴(yán)重可能出現(xiàn)裂紋，進(jìn)一步加劇漏空。通過對兩臺機(jī)組做真空嚴(yán)密性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)結(jié)果不合格，真空系統(tǒng)存在漏點(diǎn)。

2.3冬季低背壓運(yùn)行措施不完善

該電廠二期空冷機(jī)組進(jìn)入冬季運(yùn)行，為了保證空冷島散熱管束不凍結(jié)，根據(jù)廠家建議，機(jī)組背壓一般維持在高于阻塞背壓3～5kPa運(yùn)行，雖然保證了空冷島散熱管束不凍結(jié)，卻嚴(yán)重影響了機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。生產(chǎn)現(xiàn)場缺乏以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為支撐的機(jī)組低背壓運(yùn)行的指導(dǎo)措施。

2.4機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行空冷系統(tǒng)易凍結(jié)

該電廠發(fā)電后直接接入華北電網(wǎng)，華北電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差較大，夜間是環(huán)境溫度最低的時(shí)段，而夜間機(jī)組負(fù)荷又較低，甚至常常參與深度調(diào)峰，機(jī)組負(fù)荷降低至260MW，極不利于機(jī)組低背壓運(yùn)行及空冷凝汽器防凍。理想狀態(tài)來說，根據(jù)廠家說明書，機(jī)組正常運(yùn)行負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度所對應(yīng)的最小空冷熱負(fù)荷，見表4，機(jī)組在極端環(huán)境溫度情況下也不會(huì)發(fā)生凍結(jié)。但實(shí)際情況是各列蒸汽分配閥由于種種原因，關(guān)閉情況下均有不同程度的內(nèi)漏現(xiàn)象，所以在低負(fù)荷運(yùn)行期間，由于空冷島進(jìn)汽量少，加之夜間環(huán)境溫度低，隔離列蒸汽分配閥后的空冷管束很容易發(fā)生凍結(jié)。

表4　環(huán)境溫度對應(yīng)的最小空冷熱負(fù)荷（關(guān)閉7個(gè)隔離閥）

3　降低冬季運(yùn)行背壓的措施

根據(jù)上文分析可以知道，制約機(jī)組冬季低背壓運(yùn)行的主要原因包括：運(yùn)行人員更改背壓設(shè)定值不及時(shí)，空冷島散熱片及管道漏真空，冬季低背壓運(yùn)行措施不完善，機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行空冷系統(tǒng)易凍結(jié)。根據(jù)各個(gè)具體原因制定詳細(xì)的對策，并且加以實(shí)施。

（1）針對運(yùn)行人員更改背壓設(shè)定值不及時(shí)，聯(lián)系熱工人員，根據(jù)圖2蒸汽流量對應(yīng)阻塞背壓曲線圖，增加了空冷背壓指令自動(dòng)跟蹤蒸汽流量變化的邏輯。這樣一來，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷發(fā)生變化的時(shí)候，空冷系統(tǒng)背壓指令將自動(dòng)隨著蒸汽流量變化，更改背壓設(shè)定值延時(shí)時(shí)間變?yōu)?。

（2）針對空冷島散熱片及管道漏真空的情況，對空冷島負(fù)壓真空系統(tǒng)進(jìn)行全面排查、治理，室外負(fù)壓系統(tǒng)利用超聲波檢測法結(jié)合使用紅外測溫成像儀，室內(nèi)負(fù)壓系統(tǒng)采用氦氣檢測法，查找空冷島負(fù)壓系統(tǒng)漏點(diǎn)。最終查明并解決多個(gè)漏空點(diǎn)，尤其發(fā)現(xiàn)在四號機(jī)A側(cè)凝結(jié)水總回水管上有一條長約12cm裂縫，該處漏點(diǎn)不僅嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行背壓，更會(huì)由于嚴(yán)重的氣塞現(xiàn)象造成排汽裝置液位大幅波動(dòng)。

真空系統(tǒng)漏空點(diǎn)檢修處理完畢后，重新進(jìn)行真空嚴(yán)密性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果基本可維持在合格要求值，見表5。

表5　補(bǔ)焊前后真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果

（3）針對冬季低背壓運(yùn)行技術(shù)措施不完善的情況，在保證空冷凝汽器不發(fā)生凍結(jié)損壞的前提下，組織進(jìn)行了二期機(jī)組不同負(fù)荷段低背壓運(yùn)行試驗(yàn)，經(jīng)試驗(yàn)證明在一定真空嚴(yán)密性條件下，保持機(jī)組低背壓運(yùn)行是可行的。然后通過廠用監(jiān)控系統(tǒng)（SIS）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，完善了空冷島冬季運(yùn)行技術(shù)措施，并且經(jīng)2014年度冬季運(yùn)行考核證明是可行的。以下為部分主要控制措施：

1）冬季運(yùn)行方式下，根據(jù)環(huán)境風(fēng)速、機(jī)組負(fù)荷及空冷島運(yùn)行情況，環(huán)境溫度大于-10℃時(shí)，機(jī)組設(shè)定背壓應(yīng)控制在高于阻塞背壓0.5～1.0kPa運(yùn)行，環(huán)境溫度小于-10℃時(shí)，機(jī)組設(shè)定背壓應(yīng)控制在高于阻塞背壓0.5～3.0kPa運(yùn)行，機(jī)組負(fù)荷高時(shí)，應(yīng)設(shè)低限運(yùn)行，負(fù)荷低時(shí)應(yīng)設(shè)高限運(yùn)行，在確?？绽鋶u安全運(yùn)行前提下，提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性[3]。

2）空冷島正常運(yùn)行期間，盡量保持同列中各風(fēng)機(jī)的頻率相同，低負(fù)荷時(shí)盡可能保持各排風(fēng)機(jī)多投、低頻運(yùn)行。絕不允許發(fā)生由于某一風(fēng)機(jī)頻率過高造成局部過冷現(xiàn)象[4]。

3）嚴(yán)密監(jiān)視空冷凝汽器各列凝結(jié)水溫度，應(yīng)控制在35℃以上運(yùn)行，并保證其系統(tǒng)過冷度在2～5℃之間。凝結(jié)水的過冷度最大不應(yīng)超過6.7℃，否則，應(yīng)啟動(dòng)一臺真空泵或提高機(jī)組背壓。

4）嚴(yán)密監(jiān)視空冷凝汽器各列逆流區(qū)抽空氣管壁溫度（每列8個(gè)測點(diǎn)），應(yīng)控制至少5個(gè)測點(diǎn)在25℃以上且無低于零下溫度的點(diǎn)運(yùn)行；嚴(yán)密監(jiān)視抽空氣閥前抽空氣溫度（每列2個(gè)測點(diǎn)），應(yīng)控制不低于25℃。

5）當(dāng)抽空氣閥前溫度低于25℃時(shí)或抽空氣管壁溫度有3點(diǎn)低于25℃，或抽空氣管壁溫度有1點(diǎn)低于0℃時(shí)，停運(yùn)相應(yīng)列的兩臺逆流風(fēng)機(jī)，10min后，若抽氣口溫度繼續(xù)下降，啟動(dòng)兩臺逆流風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)，并維持兩臺風(fēng)機(jī)頻率15Hz，30min后或該列任一凝結(jié)水溫度有明顯下降趨勢時(shí)停運(yùn)，并恢復(fù)正常運(yùn)行方式。反轉(zhuǎn)方式啟動(dòng)逆流風(fēng)機(jī)時(shí)，同列的兩臺風(fēng)機(jī)盡量同時(shí)啟停，逆流風(fēng)機(jī)同時(shí)反轉(zhuǎn)的列數(shù)不得超過兩列。逆流風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)盡量低頻運(yùn)行，反轉(zhuǎn)頻率最大不得超過20Hz。

6）風(fēng)機(jī)投入反轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)確認(rèn)該散熱單元小間隔離門關(guān)閉，防止抽吸到相鄰順流風(fēng)機(jī)送出的冷風(fēng)，保證散熱管束外側(cè)可抽吸的為熱風(fēng)，否則禁止風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)[5]。

4　冬季低背壓運(yùn)行效果檢查

針對具體的制約機(jī)組冬季低背壓運(yùn)行原因，采取了相應(yīng)措施后，在保證安全的前提下，使機(jī)組背壓盡量接近阻塞背壓，雖然空冷風(fēng)機(jī)電耗有所增加，但是總的來說，空冷背壓、發(fā)電機(jī)組煤耗在入爐煤質(zhì)穩(wěn)定的情況下明顯下降。

4.1不同負(fù)荷段背壓變化情況

表5　采取措施前后機(jī)組背壓情況對比

由表5可以看出，運(yùn)行人員根據(jù)環(huán)境和機(jī)組負(fù)荷情況，人為地在自動(dòng)阻塞背壓值上設(shè)定0.5~3.0kPa的偏置。與采取措施前相比，運(yùn)行背壓值大大降低。同時(shí)避免了僅僅跟蹤阻塞背壓，使得運(yùn)行背壓過低，造成空冷管束大面積凍結(jié)的事故發(fā)生前后機(jī)組背壓情況發(fā)生。

4.2不同負(fù)荷段煤耗情況對比

采取上述措施之后，在入爐煤質(zhì)穩(wěn)定的情況下，不同負(fù)荷段發(fā)電機(jī)組煤耗明顯下降。

4.3就地空冷管束溫度情況對比

由圖8、圖9就地高、低背壓紅外測溫照片對比可知，低背壓運(yùn)行期間雖然散熱管束溫度稍低，但溫度分布均勻，不發(fā)生凍結(jié)情況。

4.4經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

按照機(jī)組背壓每升高1kPa增加機(jī)組煤耗2.32g/kWh計(jì)，則背壓降低1kPa單機(jī)每月節(jié)約標(biāo)煤768t。標(biāo)煤單價(jià)按照350元/t計(jì)，則背壓降低1kPa單機(jī)每月節(jié)約費(fèi)用：768t×350元/t=26.8萬元。

根據(jù)2015年02月四號機(jī)組參數(shù)采集統(tǒng)計(jì)，機(jī)組平均負(fù)荷460MW。實(shí)施冬季低背壓運(yùn)行之后，機(jī)組的平均背壓由10.6kPa降低至7.5kPa，降幅達(dá)到3.1kPa。所以按照日平均負(fù)荷460MW計(jì)算，實(shí)施冬季低背壓運(yùn)行之后，每月節(jié)約費(fèi)用為：3.1kPa×26.8萬元=83萬元/月。

另外，要使空冷背壓降低，需增加空冷風(fēng)機(jī)出力，空冷風(fēng)機(jī)電耗增加。但是空冷背壓降低，整個(gè)機(jī)組的熱力系統(tǒng)（制粉系統(tǒng)、凝結(jié)水泵、風(fēng)煙系統(tǒng)）多個(gè)轉(zhuǎn)機(jī)電耗略有降低。經(jīng)過對廠用設(shè)備用電的統(tǒng)計(jì)，可以知道負(fù)荷460MW時(shí)，采取低背壓運(yùn)行前后廠用電耗分別為3.984 萬kWh和4.031萬kWh。按發(fā)電成本0.19元/kWh，負(fù)荷460MW計(jì)算，則每月因?yàn)榭绽浔硥航档停崩渥儔浩麟姾脑黾?，引起廠用電增加值為：（4.031-3.984）×24× 30×0.19=6.43萬元/月。

所以考慮到廠用電耗的增加，按照日平均負(fù)荷460MW計(jì)算，實(shí)施冬季低背壓運(yùn)行之后，單臺機(jī)組實(shí)際節(jié)約生產(chǎn)成本：83萬元/月-6.43萬元/月=76.57萬元/月，收益可觀。

5　結(jié)語

該電廠二期機(jī)組冬季采取低背壓運(yùn)行之后，發(fā)電機(jī)組煤耗降低，經(jīng)濟(jì)效益明顯，但在客觀上空冷島管束發(fā)生凍結(jié)的概率也提高了。這就需要我們擴(kuò)大試驗(yàn)負(fù)荷及環(huán)境溫度范圍，豐富試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繼續(xù)完善空冷島冬季運(yùn)行技術(shù)措施；優(yōu)化就地紅外測溫巡查，及早發(fā)現(xiàn)凍結(jié)點(diǎn)；增加空冷背壓的小指標(biāo)權(quán)重，提高運(yùn)行人員調(diào)整積極性；同時(shí)還要做好空冷島管束大面積凍結(jié)的事故預(yù)想。

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修回日期：2016-03-30

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.02.004

中圖分類號：TM621

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：2095-3429（2016）02-0017-05

作者簡介：朱小東（1983-），男，四川人，學(xué)士，工程師，從事火電廠汽輪機(jī)專業(yè)技術(shù)監(jiān)督工作。

收稿日期：2016-02-16

Winter Low Back Pressure Operation and Economic Analysis of A Certain 600MW Direct Air-cooled Unit

ZHU Xiao-dong1， WANG Nai-jun2， HU Xin1， WANG Peng-hui1
（1.Huadian Electric Power Research Institute，Hohhot 010010，China；2.Inner Mongolia Daihai Power Incorporated Company，Liangcheng 013700，China）

Abstract：In view of the factory suggestion and under the antifreezing pressure of air-cooled inland，the air-cooled unit of the two period in Mongolia dai hai power plant needed to maintain a high back pressure while it operated in winter，usurally with 3-5kPa higher than the blocking pressure.This condition affected the economy of unit operation seriously.，this paper analysed the causes of restricting the unit operation under low pressure in winter and taked detailed countermeasures and measures to solve specific reasons According to the investigation on unit operation status.It was just the implementation of these measures that reduced the back pressure of unit while running in winter in the precondition of ensuring safe operation of the air-cooled condenser，accordingly improving the economy of unit operation.

Key words：direct air cooling； winter； low back pressure； energy saving