許　寧，李永華，楊海生，李軍爍，張耀祖

(1. 華北電力大學 能源動力與機械工程學院，河北保定071003；2. 國網(wǎng)河北省電力公司 電力科學研究院，河北石家莊050021)

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直接空冷機組空冷島風機優(yōu)化試驗研究

許寧1，李永華1，楊海生2，李軍爍1，張耀祖1

(1. 華北電力大學 能源動力與機械工程學院，河北保定071003；2. 國網(wǎng)河北省電力公司 電力科學研究院，河北石家莊050021)

摘要：空冷島風機采取超頻方式運行可以降低機組背壓，提高機組出力。為探索超頻方式運行的可行性，對某600 MW直接空冷機組進行了空冷島風機優(yōu)化試驗。重點研究了機組負荷與背壓的特性曲線，風機頻率變化對機組背壓和空冷島耗功的影響，并求取了風機采用超頻方式運行后取得的經(jīng)濟效益。結(jié)果表明，在環(huán)境溫度高于30 ℃，機組負荷超過360 MW時，空冷島風機應(yīng)采取超頻方式運行；每年可節(jié)約成本約212.5萬元。該結(jié)果為空冷島風機的運行方式指明了方向。

關(guān)鍵詞：直接空冷機組；空冷島；風機頻率；背壓

0引言

直接空冷機組不會產(chǎn)生循環(huán)水排污和蒸發(fā)汽霧，同時又能夠節(jié)約大量的水資源。因此，在我國水資源比較匱乏的西北、華北地區(qū)被大規(guī)模推廣使用[1-2]。但空冷技術(shù)在發(fā)展過程中仍存在著許多問題，一方面，空冷換熱為表面式換熱，相同的環(huán)境條件下，與濕冷機組相比運行背壓較高，供電煤耗較高，在夏季極端高溫環(huán)境下運行時，機組還會出現(xiàn)出力受阻的情況；另一方面，直接空冷機組背壓的由空冷島變頻風機來控制，涉及到風機的啟停和轉(zhuǎn)速控制[3]。汽輪機運行過程中，提高空冷島風機頻率可以降低背壓，但空冷島耗功反而會升高，兩者成相反趨勢。鑒于上述原因，對某600 MW直接空冷機組進行了空冷島風機優(yōu)化試驗，探索風機超頻方式運行的可能性[4,5]。

1風機優(yōu)化試驗目的及方法

1.1試驗目的

本次風機優(yōu)化試驗包括以下試驗項目：試驗負荷工況分為100%負荷(600 MW)、90%負荷(540 MW)、75%負荷(450 MW)、60%負荷(360 MW)4個工況。機組不同運行負荷下空冷島風機優(yōu)化運行試驗中，試驗環(huán)境溫度跟隨試驗期間的環(huán)境溫度[6-8]。在各個試驗環(huán)境溫度下，逐漸提高或降低空冷島風機轉(zhuǎn)速(根據(jù)試驗情況)，記錄空冷島風機功率及發(fā)電機功率的變化，以確定風機的最佳運行方式及其所需達到的條件[9-10]。

1.2試驗方法

(1) 確認環(huán)境的邊界條件是否達到試驗要求。

(2) 機組處于正常運行狀態(tài)，鍋爐停止吹灰，保持機組補水穩(wěn)定。調(diào)整機組運行參數(shù)，使其接近目標值，并使各運行參數(shù)保持穩(wěn)定。在試驗過程中，要求偏差以及波動值始終處于試驗規(guī)程規(guī)定的范圍內(nèi)。由鄰機帶動輔助蒸汽系統(tǒng)。

(3) 機組不同運行負荷下的變背壓特性試驗：試驗在機組運行負荷下進行，各主要運行參數(shù)處于穩(wěn)定狀態(tài)。機組運行切至機爐基本運行方式或機跟爐方式，此時，應(yīng)保持鍋爐側(cè)各項參數(shù)運行穩(wěn)定不再變化，如風量、煤量、再熱壓力/溫度、主汽壓力/溫度、再減流量、過減流量等。煤量及爐側(cè)風量的調(diào)節(jié)應(yīng)為手動調(diào)節(jié)，汽機主調(diào)閥閥位不可改變，功率調(diào)整不處于閉環(huán)調(diào)整狀態(tài)。調(diào)整汽輪機背壓直至連續(xù)變化6 kPa以上(可以采取真空嚴密性試驗的方式或者直接采取調(diào)整風機轉(zhuǎn)速的方式)，觀察機組出力在汽輪機背壓變化過程中的變化情況，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

(4) 不同環(huán)境溫度下的空冷島風機最佳運行方案試驗：機組運行方式為機跟爐，鍋爐保持燃燒量穩(wěn)定，主汽溫度、再熱溫度不發(fā)生較大波動。要求汽機調(diào)閥控制汽輪機機前主汽壓力保持穩(wěn)定。試驗過程中需努力控制給水流量及鍋爐燃燒量不發(fā)生較大改變。對風機轉(zhuǎn)速進行調(diào)整，試驗溫度為環(huán)境溫度，記錄發(fā)電機功率和風機功率的變化，以確定風機的最佳運行方式及其運行頻率。需注意風機轉(zhuǎn)速調(diào)整時的最高超頻轉(zhuǎn)速，按現(xiàn)場實際情況控制。

(5) 在風機頻率調(diào)整的過程中，待其穩(wěn)定運行20 min后，記錄試驗數(shù)據(jù)所需的參數(shù)。其中，包括機組背壓、發(fā)電機功率、風機頻率、風機進口電流、大氣壓力、環(huán)境風速、環(huán)境溫度。試驗溫度均由實際運行負荷下的環(huán)境溫度確定，盡量控制在相同負荷下進行試驗的環(huán)境溫度近似。實際試驗工況均由試驗時實際運行工況確定。

(6) 試驗結(jié)束時，由試驗項目責任人當場匯總?cè)斯び涗洈?shù)據(jù)和試驗采集數(shù)據(jù)。

2試驗結(jié)果分析

2.1100%負荷(600 MW)下試驗結(jié)果

600 MW負荷工況下未能進行風機優(yōu)化試驗。由于試驗當天環(huán)境溫度較高(35 ℃以上)，在運行狀態(tài)下背壓上升較快，降負荷最低至485 MW仍無法控制背壓，期間DCS背壓最高升至36.77 kPa，因此未能采集穩(wěn)定運行的數(shù)據(jù)。

2.290%負荷(540 MW)下試驗結(jié)果

本次試驗期間，環(huán)境溫度為35 ℃左右，由于環(huán)境溫度較高，汽輪機背壓維持在較高水平。試驗期間，空冷島噴淋裝置處于連續(xù)投運狀態(tài)。

試驗期間，首先進行了汽輪機變背壓試驗，將試驗數(shù)據(jù)進行修正后，得到如圖1所示的機組背壓與負荷特性曲線。

圖1　540 MW左右機組負荷與背壓變化關(guān)系

接著進行了空冷島風機變頻率試驗，改變風機的頻率，觀察汽輪機背壓的變化情況，得到如表1中的背壓響應(yīng)數(shù)據(jù)。試驗期間，空冷島噴淋裝置處于連續(xù)運行狀態(tài)。

表1　540 MW負荷試驗數(shù)據(jù)

空冷島在不同風機頻率下的耗功如圖2所示。

圖2　540 MW左右空冷島耗功與風機頻率變化關(guān)系

由表1中數(shù)據(jù)可知，在風機頻率變化后，隨著風機頻率的增加，由背壓降低導致的機組出力增加值均大于空冷島風機耗功的增加量。因此，在此運行工況下，風機頻率應(yīng)取54 Hz運行，即風機應(yīng)在54 Hz下超頻運行。

2.375%負荷(450 MW)下試驗結(jié)果

本次試驗期間，環(huán)境溫度為31.5 ℃左右，由于環(huán)境溫度較高，汽輪機背壓維持在較高水平。試驗期間，空冷島噴淋裝置處于連續(xù)投運狀態(tài)。

試驗期間，首先進行了汽輪機變背壓試驗，將試驗數(shù)據(jù)進行修正后，得到如圖3所示的機組 背壓與負荷特性曲線。

圖3　450 MW左右機組負荷與背壓變化關(guān)系

接著進行了空冷島風機變頻率試驗，改變風機的頻率，觀察汽輪機背壓的變化情況，得到如表2中的背壓響應(yīng)數(shù)據(jù)。試驗期間，空冷島噴淋裝置處于連續(xù)運行狀態(tài)。

表2　450 MW負荷試驗數(shù)據(jù)

空冷島在不同風機頻率下的耗功如圖4所示。

圖4　450 MW左右空冷島耗功與風機頻率變化關(guān)系

由表2中數(shù)據(jù)可知，在風機頻率變化后，隨著風機頻率的增加，由背壓降低導致的機組出力增加值均大于空冷島風機耗功的增加量。因此，在此運行工況下，風機頻率應(yīng)取54 Hz運行，即風機應(yīng)在54 Hz下超頻運行。

2.460%負荷(360 MW)下試驗結(jié)果

本次試驗期間，環(huán)境溫度為30 ℃左右，由于環(huán)境溫度較高，汽輪機背壓維持在較高水平。試驗期間，空冷島噴淋裝置處于連續(xù)投運狀態(tài)。

試驗期間，首先進行了汽輪機變背壓試驗，將試驗數(shù)據(jù)進行修正后，得到如圖5所示的機組背壓與負荷特性曲線。

圖5　360 MW左右機組負荷與背壓變化關(guān)系

接著進行了空冷島風機變頻率試驗，改變風機的頻率，觀察汽輪機背壓的變化情況，得到如表3中的背壓響應(yīng)數(shù)據(jù)。試驗期間，空冷島噴淋裝置處于連續(xù)運行狀態(tài)。

表3　360 MW負荷試驗數(shù)據(jù)

空冷島在不同風機頻率下的耗功如圖6所示。

圖6　360 MW左右空冷島耗功與風機頻率變化關(guān)系

由表3中數(shù)據(jù)可知，在風機頻率變化后，隨著風機頻率的增加，由背壓降低導致的機組出力增加值均大于空冷島風機耗功的增加量。因此，在此運行工況下，風機頻率應(yīng)取54 Hz運行，即風機應(yīng)在54 Hz下超頻運行。

但需注意，目前的試驗結(jié)果是在空冷島噴淋系統(tǒng)運行狀態(tài)下的試驗結(jié)果。當噴淋系統(tǒng)停運時，由空冷島風機頻率調(diào)整導致的背壓變化可能大于目前試驗得到的背壓變化量，風機的最優(yōu)運行狀態(tài)更偏向于高頻率運行。

3經(jīng)濟性分析

3.1節(jié)煤分析

由6號機組歷史運行數(shù)據(jù)可知，在8～11月，機組平均發(fā)電負荷在540 MW左右，則機組平均背壓可降低2.59 kPa。按照空冷機組每kPa可降低煤耗1.35 g考慮，當6號機組風機采取超頻方式運行時，可降低煤耗約3.24 g。按運行2 880 h計算，可節(jié)約標煤0.56萬t；標準煤價為750元/t，可節(jié)約用煤費用420萬元。

3.2耗電量分析

夏季空冷島耗功共增加約1 645 kW·h，成本電價為0.438元/kW·h，則增加運行費用為207.5萬元。

綜上所述，在滿足條件的情況下，空冷島風機采取超頻方式運行，可增加效益為212.5萬元。

4結(jié)論

(1)在環(huán)境溫度高于30 ℃，機組負荷超過360 MW時，空冷島風機應(yīng)該采用超頻方式運行，超頻頻率宜設(shè)置在54 Hz。

(2)實際驗證了空冷島風機采取超頻方式運行具有良好的經(jīng)濟效果，每年夏季大約可節(jié)約成本212.5萬元。

(3)空冷島風機在夏季滿足條件的情況下，采取超頻方式運行是可行的。風機超頻方式運行是降低機組背壓，增加機組出力的有效手段。風機超頻運行后一定程度上解決了背壓高限負荷的問題，提高了機組運行的安全性。

(4)需要注意冬季機組空冷島風機不適合采取超頻方式運行，過高的風機頻率不利于機組防凍。

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Test Analysis on Air Cooling Island Fan Optimized Operation for Direct Air-cooled Unit

XU Ning1，LI Yonghua1，YANG Haisheng2，LI Junshuo1，ZHANG Yaozu1

(1.School of Energy Power and Mechanical Engineering，North China Electric Power University，Baoding 071003，China；2.State Grid Electric Power Research Institute Hebei Electric Power Company, Shijiazhuang 050021，China)

Abstract：Cold-air-island fan who works under overclocking mode can reduce the back pressure of the unit and increase the output at the same time. In order to explore the feasibility of overclocking operation mode, optimization test of cold-air-island fan for a 600 MW direct air cooling unit was carried out. The characteristic curve of the load and backpressure for the unit and influence of frequency variation of the fan on the backpressure and power consumption are studied with emphasis. The economic benefits when the unit works under overclocking mode are calculated as well. After analysis, the results are concluded as follows: when the environment temperature is higher than 30 ℃ and the load of the unit is beyond 360 MW, cold-air-island fan should work under overclocking mode, and the scheme is economical and can save about 2.125 million yuan annually. The results give directions to the operation of cold-air-island fan.

Keywords：direct air cooling units; cooling island; fan frequency; backpressure

收稿日期：2016-03-02。

作者簡介：許寧(1992-)，男，碩士研究生，研究方向為熱力發(fā)電廠節(jié)能及經(jīng)濟性分析，E-mail：602341438@qq.com。

中圖分類號:TK264.1

文獻標識碼:A

DOI:10.3969/j.issn.1672-0792.2016.04.012