國(guó)電內(nèi)蒙古東勝熱電有限公司 高殿波

淺析影響直接空冷機(jī)組背壓因素

國(guó)電內(nèi)蒙古東勝熱電有限公司 高殿波

空冷風(fēng)機(jī)的運(yùn)行性能直接關(guān)系到汽輪機(jī)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本文對(duì)影響330MW直接空冷機(jī)組背壓的因素進(jìn)行了分析，指出了影響空冷機(jī)組背壓的主要因素，并采取了相應(yīng)措施確保了機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

空冷機(jī)組；背壓；影響因素

國(guó)電東勝熱電單臺(tái)機(jī)組空冷島冷卻面積為84萬(wàn)平方米，共有6列散熱單元，其中1、2、6列設(shè)有隔離閥。每列有5組風(fēng)機(jī)，1、3、5號(hào)風(fēng)機(jī)為順流風(fēng)機(jī)，2、4號(hào)風(fēng)機(jī)為逆流風(fēng)機(jī)，共有30組風(fēng)扇,每組風(fēng)扇都采用變頻調(diào)節(jié)，變頻調(diào)節(jié)范圍在25%-110%之間。直接空冷機(jī)組背壓的高低直接關(guān)系到整個(gè)機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

1 影響空冷機(jī)組背壓因素分析

1.1 環(huán)境溫度升高對(duì)背壓的影響

我公司處于北方地區(qū)如環(huán)境溫度過(guò)低，機(jī)組負(fù)荷低，空冷凝汽器易凍結(jié)，如大面積凍結(jié)，此種情況一旦發(fā)生就無(wú)法挽回，只能立即停機(jī)，否則會(huì)導(dǎo)致空冷島管束損壞；環(huán)境溫度高對(duì)空冷機(jī)組的背壓影響也非常大，夏季環(huán)境溫度較高最高可達(dá)38℃，空冷島與外界溫差減小，散熱效果變差。因環(huán)境溫度的影響使330MW 空冷機(jī)組的年平均煤耗率比相同容量的濕冷機(jī)組高25g／kWh左右。環(huán)境溫度越高，空冷機(jī)組與濕冷機(jī)組煤耗率的差值就越大。

1.2 機(jī)組的熱耗率影響

目前我公司機(jī)組的熱耗率較高，和汽輪機(jī)廠提供的額定功率條件下不同背壓對(duì)應(yīng)的主汽流量和排汽量數(shù)據(jù)相比，實(shí)際運(yùn)行中主汽流量大于設(shè)計(jì)流量，一般超出5%-8%，較低時(shí)也達(dá)到了3%，最終導(dǎo)進(jìn)入空冷系統(tǒng)的排汽量大于原設(shè)計(jì)排汽量，這樣就使得進(jìn)入空冷系統(tǒng)的實(shí)際熱負(fù)荷高于了設(shè)計(jì)熱負(fù)荷，增大了空冷系統(tǒng)的散熱任務(wù)，提高了機(jī)組背壓。在環(huán)境溫度較高的夏季，負(fù)荷帶不上時(shí)，一旦增大進(jìn)汽量后，機(jī)組的背壓會(huì)進(jìn)一步提高，甚至可能超過(guò)機(jī)組安全運(yùn)行背壓高限值。為保證機(jī)組夏季工況的安全運(yùn)行，在環(huán)境溫度較高時(shí)，必須限制機(jī)組背壓在40kPa以下，但這導(dǎo)致了機(jī)組在夏季高溫情況下不能滿發(fā)。

1.3 空冷凝汽器真空嚴(yán)密性對(duì)背壓的影響

直接空冷機(jī)組的真空系統(tǒng)十分龐大，運(yùn)行中排汽將通過(guò)直徑達(dá)幾米的排汽分配管送往容積大的空冷散熱器，而這一龐大的系統(tǒng)始終處于負(fù)壓和真空狀態(tài)。因此，空冷系統(tǒng)本身或與該系統(tǒng)相關(guān)的焊縫、法蘭、閥門(mén)、爆破膜、人孔門(mén)和測(cè)點(diǎn)接口等都有可能出現(xiàn)漏空氣現(xiàn)象，而管路系統(tǒng)和散熱器本身由于不均勻沉降和過(guò)應(yīng)力等引起的變形開(kāi)裂也可能造成空氣泄漏；另外，冬季由于調(diào)整等原因，造成空冷散熱器凍結(jié)，頻繁啟停機(jī)也會(huì)造成空冷散熱器焊縫、法蘭、閥門(mén)疲勞破壞，也會(huì)造成漏空氣現(xiàn)象。

1.4 空冷風(fēng)機(jī)故障對(duì)空冷背壓的影響

空冷風(fēng)機(jī)需要長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)行，因此風(fēng)機(jī)故障停運(yùn)率較高，常見(jiàn)的有風(fēng)機(jī)葉片扭轉(zhuǎn)、風(fēng)機(jī)減速機(jī)故障、風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻器故障等，這些故障都會(huì)引起空冷風(fēng)機(jī)停運(yùn)。單臺(tái)空冷風(fēng)機(jī)故障停運(yùn)，影響機(jī)組熱耗率約為25 kJ／kWh，影響機(jī)組煤耗率約為1.15g／kWh，對(duì)機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性影響非常大。

1.5 空冷管束磨損老化，損傷對(duì)背壓的影響

空冷管束磨損老化問(wèn)題不容忽視。根據(jù)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，空冷管束運(yùn)行十四年后，傳熱系數(shù)降低了5%，削弱了管束散熱能力，從而使機(jī)組背壓升高，所以，設(shè)計(jì)空冷島散熱面積時(shí)應(yīng)充分考慮老化裕量。另外，空冷管束冬季凍結(jié)，造成彎曲變形，甚至永久變形或打折，造成空冷管束損傷、泄露，壽命縮短。

1.6 熱風(fēng)回流現(xiàn)象對(duì)背壓的影響

發(fā)生“熱風(fēng)回流”的風(fēng)機(jī)會(huì)向空冷平臺(tái)下其它的風(fēng)機(jī)入口輸送熱空氣，導(dǎo)致這些風(fēng)機(jī)的入口溫度上升。外界環(huán)境風(fēng)速越大，現(xiàn)象越明顯，對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行影響也越大。熱風(fēng)回流會(huì)使空冷凝汽器入口的空氣溫度上升5℃左右，對(duì)平均溫差為l5℃的空冷散熱器，將降低30%傳熱量，這嚴(yán)重影響了空冷散熱器的傳熱性能和機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。實(shí)際運(yùn)行中熱風(fēng)回流會(huì)導(dǎo)致機(jī)組背壓迅速升高而迫使機(jī)組快速減負(fù)荷，嚴(yán)重時(shí)將造成背壓高保護(hù)動(dòng)作，這種現(xiàn)象存夏季時(shí)有發(fā)生，某些空冷機(jī)就曾發(fā)生過(guò)熱風(fēng)回流引起的跳機(jī)事故。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和數(shù)值模擬分析，從爐后及側(cè)后吹來(lái)的大風(fēng)對(duì)空冷凝汽器最為不利，這些方向的大風(fēng)最容易造成空冷凝汽器的熱風(fēng)回流。

1.7 空冷島管束翅片臟污情況對(duì)背壓的影晌

空冷島所處地區(qū)環(huán)境污染嚴(yán)重，風(fēng)沙大，灰塵多，空氣中固體小顆粒較多，空氣中的灰塵容易在翅片上積聚而堵塞通風(fēng)間隙。另外春夏之交的柳絮、楊絮也會(huì)吸附到管束翅片上，造成空冷島翅片臟污。同時(shí)，空冷島的夜間照明也會(huì)吸引飛蛾等昆蟲(chóng).導(dǎo)致昆蟲(chóng)尸體沾附在翅片管表面，造成翅片管污染。這些堵塞和粘污都會(huì)使空冷管束散熱能力變差、機(jī)組背壓升高，如果空冷島管束翅片污染嚴(yán)重而未進(jìn)行及時(shí)沖洗，將會(huì)導(dǎo)致同負(fù)荷下背壓升高10-15kPa。

2 降低直接空冷背壓，提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性

2.1 直接空冷機(jī)組運(yùn)行背壓的控制

合理控制運(yùn)行背壓是提高空冷機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)空冷風(fēng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化控制。盡量降低空冷機(jī)組的運(yùn)行背壓，是提高直接空冷機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的有效途徑。為了優(yōu)化空冷島設(shè)備的運(yùn)行方式，提高直接空冷機(jī)組低背壓下運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，我公司結(jié)合機(jī)組設(shè)備特性、所處地域特點(diǎn)及不同的季節(jié)特點(diǎn)，探索出了一些降低機(jī)組運(yùn)行背壓的有效措施。

2.1.1 冬季空冷運(yùn)行背壓控制及運(yùn)行方式

冬季運(yùn)行期間，要全面掌握空冷島溫度場(chǎng)變化，通過(guò)監(jiān)視DCS空冷畫(huà)面抽真空管和疏水管各點(diǎn)溫度是不夠的，因?yàn)樗荒芗皶r(shí)反應(yīng)是否有過(guò)冷管束存在。全面檢測(cè)空冷管束外側(cè)溫度，如外表面溫度在5-12℃視為正常，超過(guò)12℃可再降低機(jī)組背壓，如果發(fā)現(xiàn)個(gè)別管束表面溫度低于2℃時(shí),認(rèn)為該管束有過(guò)冷現(xiàn)象，應(yīng)立即調(diào)整。對(duì)局部過(guò)冷管束，立即采取回暖措施。及時(shí)降低最近順、逆流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，直至停止逆流風(fēng)機(jī)，若不能恢復(fù)管束溫度，可以將逆流風(fēng)機(jī)低頻反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)頻率控制在40%以內(nèi)，利用熱空氣回流提高順流風(fēng)機(jī)入口空氣溫度，同時(shí)加熱逆流換熱管束，過(guò)冷管束恢復(fù)正常后，可將逆流風(fēng)機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)行方式。勤測(cè)溫、勤調(diào)整、勤反饋，及時(shí)發(fā)現(xiàn)過(guò)冷管束，是空冷低背壓防凍的關(guān)鍵，在冰塊充滿管束之前采取回暖升溫措施可以達(dá)到良好效果；若管束過(guò)冷發(fā)現(xiàn)較晚，錯(cuò)過(guò)了回暖的最佳時(shí)機(jī)，一旦冰塊充滿管束，凍結(jié)時(shí)間越長(zhǎng)，溶開(kāi)的機(jī)會(huì)就越小。如果管束已經(jīng)凍結(jié)，在凍結(jié)換熱面外表面覆蓋棉被是非常必要的，同時(shí)適當(dāng)提高機(jī)組排汽溫度升高背壓，此時(shí)要注意凍結(jié)管膨脹量小于正常管膨脹量，排汽溫度提高太高太快，將造成凍結(jié)管附近的正常管變形，甚至折斷。冬季機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行中，根據(jù)環(huán)境溫度可以隔離1、2、6列，減少空冷島冷卻面積，機(jī)組負(fù)荷＞100MW，環(huán)境溫度-12℃時(shí)隔離一到兩列即可滿足防凍需要。夜間運(yùn)行中，電網(wǎng)處于低谷時(shí)段，機(jī)組負(fù)荷最低，環(huán)境溫度將降至全天最低氣溫，空冷管束過(guò)冷現(xiàn)象頻繁且嚴(yán)重，特別是在負(fù)荷小于160MW、環(huán)境溫度-15℃以下時(shí)，反轉(zhuǎn)逆流風(fēng)機(jī)進(jìn)行升溫不能滿足要求，此時(shí)加大反轉(zhuǎn)逆流風(fēng)機(jī)頻率至60%-80%，同時(shí)調(diào)整臨近的兩臺(tái)順流風(fēng)機(jī)頻率，使熱空氣的流量、流速增大，能起到良好效果。冬季啟動(dòng)時(shí)，采取高中壓缸聯(lián)合帶旁路啟動(dòng)方式，盡量縮短抽真空時(shí)間，當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量低于最小防凍流量時(shí)嚴(yán)禁蒸汽進(jìn)入空冷島（不包括軸封），利用鍋爐干燒能力盡快達(dá)到最小防凍流量，抽真空時(shí)保持三臺(tái)真空泵運(yùn)行，當(dāng)背壓低于30KPa時(shí)，依次停運(yùn)兩臺(tái)真空泵，當(dāng)鍋爐滿足最小防凍流量時(shí)，通過(guò)旁路系統(tǒng)空冷島進(jìn)汽，開(kāi)啟管道疏水，升溫升壓。當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)后負(fù)荷達(dá)到最小防凍流量對(duì)應(yīng)的負(fù)荷時(shí)即可關(guān)閉旁路，鍋爐可按照滑壓?jiǎn)?dòng)曲線控制。在這之前鍋爐保持蒸發(fā)量穩(wěn)定，以滿足空冷島防凍要求。關(guān)閉空冷島各排散熱器端部小門(mén)以及各冷卻單元的隔離小門(mén)。低負(fù)荷情況下盡可能保持各排風(fēng)機(jī)低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，且同排風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速相同，避免由于某一風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高造成局部過(guò)冷現(xiàn)象：冬季運(yùn)行期間密切監(jiān)視各凝結(jié)水回水母管中結(jié)水的過(guò)冷程度，冬季凝結(jié)水的過(guò)冷度最大不得超過(guò)5.5℃。冬季機(jī)組運(yùn)行中，加強(qiáng)對(duì)逆流區(qū)散熱管束表面溫度的檢查，通過(guò)降低逆流段和相鄰順流段冷卻風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，避免散熱管束表面溫度出現(xiàn)較大偏差，控制表面溫差在10℃以內(nèi)。必要時(shí)可相應(yīng)增加機(jī)組負(fù)荷?？刂瓶绽鋶u各區(qū)抽真空蒸汽溫度比本排下聯(lián)箱凝結(jié)水溫度低1-5℃，但在任何時(shí)候不得低于5.5℃，運(yùn)行中若發(fā)現(xiàn)抽真空蒸汽溫度較正常值低，則應(yīng)降低對(duì)應(yīng)排的逆流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速或停止風(fēng)機(jī)運(yùn)行，若溫度沒(méi)有回升。則應(yīng)適當(dāng)降低順流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，必要時(shí)可在上述調(diào)整的基礎(chǔ)上啟動(dòng)備用真空泵，通過(guò)增加抽氣口的空氣流速來(lái)提高溫度。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，在冬季運(yùn)行模式下330MW 空冷機(jī)組最低背壓值在機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)可保持在9kPa。

2.1.2 夏季空冷背壓控制及應(yīng)對(duì)措施

空冷島風(fēng)機(jī)全速運(yùn)行時(shí)，空冷機(jī)組夏季背壓高限值為40 kPa，該值既考慮了汽輪機(jī)末級(jí)葉片的安全，也考慮了夏季工況大風(fēng)對(duì)空冷背壓的影響。當(dāng)大風(fēng)來(lái)臨時(shí)，能給運(yùn)行人員留下足夠的時(shí)間來(lái)調(diào)整背壓上升，防止背壓高保護(hù)動(dòng)作。在夏季機(jī)組背壓較高，遇到大風(fēng)天氣，機(jī)組背壓波動(dòng)幅度高達(dá)15KPa，對(duì)機(jī)組安全構(gòu)成威脅?？绽鋶u設(shè)計(jì)安裝了噴霧系統(tǒng)，在夏季高溫高負(fù)荷時(shí)段，投入空冷島噴霧，經(jīng)統(tǒng)計(jì)機(jī)組負(fù)荷270MW，環(huán)境溫度高于25℃，機(jī)組背壓大于20KPa時(shí)，投入噴霧系統(tǒng)，機(jī)組背壓可以降低約5KPa，當(dāng)環(huán)境溫度上升至29℃時(shí)，可以降低背壓8KPa以上，經(jīng)濟(jì)效益顯著。當(dāng)投入空冷島噴霧，機(jī)組背壓降低至25KPa內(nèi)，熱風(fēng)再循環(huán)和切向風(fēng)對(duì)背壓影響會(huì)大大減小，波動(dòng)幅度不超過(guò)5KPa，保證了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

風(fēng)速影響機(jī)組背壓，風(fēng)速大于30m/s時(shí)，背壓開(kāi)始升高，投入空冷島噴霧，機(jī)組不會(huì)因背壓高而影響負(fù)荷，增加了機(jī)組帶負(fù)荷能力?？绽鋶u噴頭集中布置在風(fēng)機(jī)出口邊緣，也就是風(fēng)壓最高的位置，每列的母管布置在風(fēng)機(jī)室的兩側(cè)，降低風(fēng)阻，每個(gè)單元共10個(gè)噴頭，分兩個(gè)母管分別供水，這樣可以視運(yùn)行環(huán)境、機(jī)組工況隔離每一條母管，運(yùn)行方式較為靈活，噴霧系統(tǒng)母管壓力為1.5MPa，以保證了噴頭霧化效果。由于夏季環(huán)境溫度較高，空冷風(fēng)機(jī)變頻器更容易發(fā)熱，因此空冷變頻器配電室內(nèi)溫度也較高，導(dǎo)致空冷變頻器運(yùn)行很不穩(wěn)定，極易因變頻器故障導(dǎo)致空冷風(fēng)機(jī)跳閘。由于空冷風(fēng)機(jī)已全速運(yùn)行，一臺(tái)或多臺(tái)空冷風(fēng)機(jī)跳閘，會(huì)使空冷背壓迅速升高，甚至超過(guò)控制高限值40kPa。為避免多臺(tái)空冷風(fēng)機(jī)跳閘情況的發(fā)生，需要在運(yùn)行中加強(qiáng)對(duì)空冷電機(jī)線圈溫度的監(jiān)視和控制，并將空冷變頻器室的溫度保持在25℃以下。為保證機(jī)組在夏季工況下安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，夏季以前對(duì)空冷系統(tǒng)進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)的清洗，用高壓除鹽水清除積附于空冷凝汽器表面的污垢和雜物，可提高機(jī)組出力5%-10%左右；采取措施消除或減弱熱風(fēng)回流對(duì)空冷出力的影響，設(shè)法降低空冷平臺(tái)下面進(jìn)風(fēng)口的空氣流速，減少負(fù)壓區(qū)；確保汽水系統(tǒng)閥門(mén)嚴(yán)密性，尤其是低壓旁路閥和疏水系統(tǒng)閥門(mén)的嚴(yán)密性，以防排汽裝置熱負(fù)荷增加；夏季運(yùn)行期間，除了要防止空冷背壓受外界影響急劇升高工況外，還需防止空冷背壓急劇下降的工況。另外，空冷島加裝水噴霧系統(tǒng)也可降低背壓。近一兩年許多電廠在空冷島加裝了水噴霧系統(tǒng)，一般情況下水噴霧系統(tǒng)的管道、噴嘴加裝在單元內(nèi)風(fēng)機(jī)出口的平臺(tái)上(噴嘴距凝汽器表面較遠(yuǎn))。從已加裝水噴霧系統(tǒng)機(jī)組的運(yùn)行情況看，運(yùn)行背壓可降低5-10kPa，但是同時(shí)要注意噴霧水量的控制，否則會(huì)造成水量的嚴(yán)重浪費(fèi)而得不償失。

2.2 消除真空系統(tǒng)漏點(diǎn)，提高真空嚴(yán)密性

根據(jù)我國(guó)已運(yùn)行的直接空冷機(jī)組的經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)空冷系統(tǒng)真空嚴(yán)密性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)確定為100PJmin較為合理。真空泵容量的選擇上要比濕冷機(jī)組多留有足夠的裕量。同時(shí)，在空冷系統(tǒng)抽真空管道上設(shè)置球閥，以便于運(yùn)行中對(duì)抽氣量進(jìn)行調(diào)節(jié)。每月定期做真空嚴(yán)密性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。為保證真空嚴(yán)密性，對(duì)容易查漏的部位可采用泡沫查漏法，定期對(duì)有可能漏氣的焊縫、法蘭、閥門(mén)、爆破膜、人孔門(mén)和測(cè)點(diǎn)接口等進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)及時(shí)處理；對(duì)不容易查漏的部位可采用氦氣查漏法或超聲波檢測(cè)儀進(jìn)行定期查漏，在檢修期間進(jìn)行消缺。

2.3 提高空冷凝汽器管束的潔凈度

空冷島翅片臟污影響散熱效果，使背壓升高，廠用電升高，每年4月底完成空冷島高壓沖洗系統(tǒng)安裝調(diào)試工作，在進(jìn)入夏季前，將空冷島高壓沖洗水壓力提高到9MPa，運(yùn)行人員利用10天時(shí)間對(duì)#1、#2機(jī)空冷島進(jìn)行了全面高壓沖洗，使空冷管束清潔干凈換熱效果良好，沖洗后機(jī)組背壓下降5-8KPa。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上對(duì)影響330MW 空冷機(jī)組背壓的因素分析，背壓對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的影響很大，空冷機(jī)組背壓達(dá)不到設(shè)計(jì)值是330MW汽輪機(jī)運(yùn)行中存在的普遍問(wèn)題，應(yīng)引起人們的高度重視。造成空冷機(jī)組背壓高的原因較多，應(yīng)區(qū)別對(duì)待。對(duì)機(jī)組進(jìn)行分析，調(diào)整空冷風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式，節(jié)約廠用電，提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性；只要對(duì)汽輪機(jī)真空系統(tǒng)有針對(duì)性的開(kāi)展工作，就可以使空冷機(jī)組背壓由較大的提高，進(jìn)一步降低300MW汽輪機(jī)組的煤耗。