李 偉，陳 勇，任江波，陳 陽(yáng)，劉興暉，馬 力，郭大民，孫運(yùn)海

（華能?chē)?guó)際電力股份有限公司上安電廠，石家莊 050310）

目前，直接空冷機(jī)組在我國(guó)水資源相對(duì)匱乏的西北、華北地區(qū)大規(guī)模使用，成為北方地區(qū)投產(chǎn)運(yùn)行機(jī)組的主力。但由于空冷機(jī)組存在高背壓、受環(huán)境影響大廠用電率高等特點(diǎn)，影響了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性［1］。由于在目前運(yùn)行狀況下，機(jī)組背壓與機(jī)組廠用電率成反趨勢(shì)，即，提高空冷風(fēng)機(jī)的頻率，降低背壓，但廠用電率會(huì)大幅提高，成為矛盾。以下結(jié)合華能?chē)?guó)際電力股份有限公司上安電廠（簡(jiǎn)稱“華能上安電廠”）600MW直接空冷發(fā)電機(jī)組空冷島的優(yōu)化運(yùn)行方式進(jìn)行試驗(yàn)，以確定機(jī)組經(jīng)濟(jì)、優(yōu)化運(yùn)行工況。

1 空冷島系統(tǒng)概況

華能上安電廠3期工程為2臺(tái)600MW直接空冷發(fā)電機(jī)組，汽輪機(jī)為超臨界、一次中間再熱、三缸、四排汽（雙分流低壓缸）單軸直接空冷凝汽式600MW 汽輪機(jī)，機(jī)組型號(hào) N600－24.2/569/569。汽輪機(jī)排汽采用直接空氣冷卻技術(shù)冷卻，空冷島（ACC）主要由空冷凝汽器、空冷風(fēng)機(jī)、凝汽器抽真空系統(tǒng)及空冷空冷凝汽器清洗系統(tǒng)等組成。每臺(tái)機(jī)組空冷平臺(tái)上共安裝有56組空冷凝汽器，分為8排冷卻單元垂直A列布置，每排有7組空冷凝汽器，其中第2、第6組為逆流凝汽器，其余5組為順流凝汽器。每組空冷凝汽器由12個(gè)空冷凝汽器管束組成，以接近60°角組成等腰三角形A形結(jié)構(gòu)，兩側(cè)分別布置6個(gè)空冷凝汽器管束?？绽淠鞴苁鵀閱闻疟馄匠崞?，采用鍍鋁防腐工藝處理。每組空冷凝汽器下部設(shè)置1臺(tái)軸流變頻調(diào)速冷卻風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)額定頻率50Hz，具有超頻能力到55Hz。冷卻風(fēng)機(jī)使空氣流過(guò)空冷凝汽器管束外表面將排汽凝結(jié)成水，流回到排汽裝置。

2 空冷島優(yōu)化運(yùn)行試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

為了確定空冷島在不同負(fù)荷、不同環(huán)境溫度下的最優(yōu)運(yùn)行方式，進(jìn)行了空冷島優(yōu)化運(yùn)行試驗(yàn)。空冷島優(yōu)化試驗(yàn)根據(jù)機(jī)組實(shí)際負(fù)荷情況，在不同運(yùn)行負(fù)荷下（試驗(yàn)環(huán)境溫度基本相同）改變空冷風(fēng)機(jī)頻率，記錄不同風(fēng)機(jī)頻率下發(fā)電機(jī)功率、主變壓器功率（上網(wǎng)電量）、空冷島風(fēng)機(jī)變電流、機(jī)組背壓、鍋爐容量風(fēng)、鍋爐總煤量，得出不同風(fēng)機(jī)頻率下發(fā)電煤耗、生產(chǎn)供電煤耗并進(jìn)行對(duì)比，確定機(jī)組空冷風(fēng)機(jī)超頻運(yùn)行的條件及低負(fù)荷運(yùn)行背壓。

改變風(fēng)機(jī)頻率，機(jī)組的風(fēng)機(jī)耗電量、背壓將變化，如果背壓降低對(duì)煤耗的影響值大于空冷風(fēng)機(jī)耗電量增加對(duì)煤耗的影響值，即生產(chǎn)供電煤耗下降（考慮風(fēng)機(jī)耗電量增加因素），可確定此時(shí)的頻率（或背壓）是經(jīng)濟(jì)的。

3 優(yōu)化運(yùn)行試驗(yàn)方法

a.確認(rèn)環(huán)境的邊界條件可以進(jìn)行試驗(yàn)。

b.機(jī)組正常運(yùn)行狀態(tài)，鍋爐停止吹灰，機(jī)組補(bǔ)水保持穩(wěn)定。調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，并維持參數(shù)穩(wěn)定，盡可能減少干擾因素，使偏差及波動(dòng)值符合試驗(yàn)規(guī)程要求，輔助蒸汽系統(tǒng)由鄰機(jī)帶。

c.機(jī)組燃料量不變的運(yùn)行工況下的變背壓特性試驗(yàn)：在試驗(yàn)運(yùn)行負(fù)荷下，直接調(diào)整空冷島風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方式改變各項(xiàng)主要運(yùn)行參數(shù)，觀察汽輪機(jī)背壓變化過(guò)程中機(jī)組負(fù)荷的變化情況。試驗(yàn)期間注意控制主要運(yùn)行參數(shù)的穩(wěn)定。

d.不同環(huán)境溫度下的最優(yōu)空冷風(fēng)機(jī)運(yùn)行方案試驗(yàn)：試驗(yàn)環(huán)境溫度下，調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，記錄煤耗的變化及空冷島風(fēng)機(jī)功率的變化，確定風(fēng)機(jī)的最佳運(yùn)行方式。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整時(shí)的最高超頻轉(zhuǎn)速按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際控制。

e.各工況下風(fēng)機(jī)調(diào)整后，穩(wěn)定運(yùn)行工況30 min，記錄試驗(yàn)各項(xiàng)參數(shù)。包括發(fā)電機(jī)功率、機(jī)組背壓、風(fēng)機(jī)變進(jìn)口電流、風(fēng)機(jī)頻率、大氣壓力、環(huán)境溫度。試驗(yàn)溫度按照實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷下的環(huán)境溫度進(jìn)行，盡量控制同負(fù)荷下的環(huán)境溫度接近。實(shí)際試驗(yàn)工況隨試驗(yàn)時(shí)實(shí)際環(huán)境溫度確定。

f.試驗(yàn)結(jié)束，匯總分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

4 優(yōu)化運(yùn)行試驗(yàn)過(guò)程分析

4.1 各負(fù)荷下超頻運(yùn)行試驗(yàn)

4.1.1 320MW 負(fù)荷

2012年8月23日和24日1：00—5：00，環(huán)境溫度19℃，5號(hào)機(jī)組平均負(fù)荷320MW，C、E、F磨煤機(jī)組運(yùn)行，調(diào)高空冷風(fēng)機(jī)頻率，運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 320MW負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過(guò)表1可知：機(jī)組負(fù)荷約320MW，環(huán)境溫度19℃，只將空冷風(fēng)機(jī)的頻率輸出指令由29.70Hz改變?yōu)?9.39Hz，風(fēng)機(jī)頻率提高9.69Hz，在其他參數(shù)基本不變的情況下，空冷島背壓降低3.17kPa，平均給煤量減小8.08t/h，生產(chǎn)供電天然煤耗減小21.13g/kWh。經(jīng)分析認(rèn)為，該工況下對(duì)應(yīng)供電天然煤耗的背壓與煤耗的變化率為6.67g/kPa，提高風(fēng)機(jī)頻率降低背壓運(yùn)行經(jīng)濟(jì)。

4.1.2 480MW 負(fù)荷

2012年8月24日，5號(hào)機(jī)組負(fù)荷480MW，B、C、E、F磨組穩(wěn)定運(yùn)行，改變頻率穩(wěn)定運(yùn)行60min后采集數(shù)據(jù)，見(jiàn)表2。

表2 480MW負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過(guò)表2可知：機(jī)組負(fù)荷約480MW，環(huán)境溫度26℃，只將空冷風(fēng)機(jī)的頻率輸出指令由52.62Hz改變?yōu)?8.67Hz，風(fēng)機(jī)頻率減低3.95Hz，在其他參數(shù)基本不變的情況下，空冷島背壓升高0.88kPa，平均給煤量增加1.856 4t/h，生產(chǎn)供電天然煤耗升高4.18g/kWh。經(jīng)分析認(rèn)為，該工況下對(duì)應(yīng)供電天然煤耗的背壓與煤耗的變化率為4.75g/kPa，風(fēng)機(jī)超頻率運(yùn)行經(jīng)濟(jì)。

4.1.3 450MW 負(fù)荷

2012年8月24日，6號(hào)機(jī)組負(fù)荷450MW，A、B、C、E、F磨組穩(wěn)定運(yùn)行，改變頻率穩(wěn)定運(yùn)行25min后采集數(shù)據(jù)，見(jiàn)表3。

表3 450MW負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過(guò)表3可知：機(jī)組負(fù)荷約450MW，環(huán)境溫度25.7℃，只將空冷風(fēng)機(jī)的頻率輸出指令由53.75 Hz改變?yōu)?9.8Hz，風(fēng)機(jī)頻率減低3.93Hz，在其他參數(shù)基本不變的情況下，空冷島背壓升高0.93 kPa，平均給煤量增加3.738 4t/h，生產(chǎn)供電天然煤耗升高8.07g/kWh。經(jīng)分析認(rèn)為，該工況下對(duì)應(yīng)供電天然煤耗的背壓與煤耗的變化率為8.68g/kPa，風(fēng)機(jī)超頻率運(yùn)行經(jīng)濟(jì)。

4.1.4 540MW 負(fù)荷

2012年8月28日，6號(hào)機(jī)組負(fù)荷540MW，A、B、C、E、F磨組穩(wěn)定運(yùn)行，改變頻率穩(wěn)定運(yùn)行30min后采集數(shù)據(jù)，見(jiàn)表4。

表4 540MW負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過(guò)表4可知：機(jī)組負(fù)荷約540MW，環(huán)境溫度26℃，只將空冷風(fēng)機(jī)的頻率輸出指令由53.65Hz改變?yōu)?8.79Hz，風(fēng)機(jī)頻率減低4.86Hz，在其他參數(shù)基本不變的情況下，空冷島背壓升高1.45kPa，平均給煤量增加12.78t/h，生產(chǎn)供電天然煤耗升高22.04g/kWh。經(jīng)分析認(rèn)為，該工況下對(duì)應(yīng)天然供電煤耗的背壓與煤耗的變化率為15.2g/kPa，風(fēng)機(jī)超頻率運(yùn)行經(jīng)濟(jì)。

4.1.5 365MW 負(fù)荷

2012年8月29日，6號(hào)機(jī)組負(fù)荷365MW，B、C、E、F磨組穩(wěn)定運(yùn)行，02：50改變頻率穩(wěn)定運(yùn)行40 min后采集數(shù)據(jù)，見(jiàn)表5。

表5 365MW負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過(guò)表5可知：數(shù)據(jù)說(shuō)明：機(jī)組負(fù)荷約365 MW，環(huán)境溫度24℃，風(fēng)機(jī)頻率減低8Hz，在其他參數(shù)基本不變的情況下，空冷島背壓升高0.55 kPa，平均給煤量增加1.42t/h，生產(chǎn)供電天然煤耗升高2.81g/kWh。經(jīng)分析認(rèn)為，該工況下對(duì)應(yīng)供電天然煤耗的背壓與煤耗的變化率為5.11g/kPa，風(fēng)機(jī)超頻率運(yùn)行經(jīng)濟(jì)。

4.1.6 360MW 負(fù)荷

生產(chǎn)系統(tǒng)變化管理是天脊集團(tuán)“大系統(tǒng)、大安全、大裝置”中的重中之重。天脊集團(tuán)對(duì)變化管理高度重視，專門(mén)成立了由董事長(zhǎng)、總經(jīng)理為組長(zhǎng)的變化管理監(jiān)督考核領(lǐng)導(dǎo)組，各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)干部把變化管理作為每天第一過(guò)問(wèn)的事、高度關(guān)注的事、必須落實(shí)的事來(lái)嚴(yán)抓細(xì)抓。同時(shí)，積極推行變化管理網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化、程序化、規(guī)范化的管理工作模式，嚴(yán)格實(shí)行零報(bào)告制度。

2012年8月30日，6號(hào)機(jī)組負(fù)荷360MW，B、C、E、F磨運(yùn)行。02：30將頻率由45Hz升至53 Hz。風(fēng)機(jī)升頻前后數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。

表6 360MW負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過(guò)表6可知：機(jī)組負(fù)荷360MW，環(huán)境溫度22℃，風(fēng)機(jī)頻率調(diào)高9.62Hz，在其他參數(shù)基本不變的情況下，空冷島背壓降低1.41kPa，平均給煤量減小6.62t/h，由于空冷風(fēng)機(jī)用電增加使上網(wǎng)電量在發(fā)電負(fù)荷少0.78MW情況下減少1.75MW，但背壓下降較多，生產(chǎn)供電天然煤耗減小14.35g/kWh。經(jīng)分析認(rèn)為，該工況下對(duì)應(yīng)供電天然煤耗的背壓與煤耗的變化率為10.18g/kPa。

4.2 連續(xù)調(diào)整背壓試驗(yàn)

2012年9月5日，5機(jī)組進(jìn)行10kPa到8kPa連續(xù)降背壓試驗(yàn)，C、E、F磨煤機(jī)運(yùn)行，B磨磨煤機(jī)2：00啟動(dòng)，3：30停運(yùn)，6：00啟動(dòng)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表7、表8。

從表7、表8數(shù)據(jù)分析可以看出，隨著背壓降低，煤耗總趨勢(shì)降低（除去B磨煤機(jī)啟停的影響），在4：00降負(fù)荷后，背壓降至8kPa，煤耗依然下降。

表7 5號(hào)機(jī)組背壓由10kPa降至9kPa試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表8 5號(hào)機(jī)組背壓由9kPa降至8kPa試驗(yàn)數(shù)據(jù)

5 試驗(yàn)結(jié)果

從以上的試驗(yàn)可以得出空冷風(fēng)機(jī)超頻運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)上是可行的，超頻時(shí)負(fù)荷越低煤耗降低越多，超頻越高煤耗降低越多。機(jī)組負(fù)荷在360MW以上，環(huán)境溫度16℃以上時(shí)，機(jī)組空冷島宜采用超頻方式運(yùn)行，超頻頻率指令宜設(shè)置在54Hz。每降低背壓1 kPa大約可以降低天然供電煤耗5g，折合標(biāo)煤大約為3g/kWh。

在2012年8月后對(duì)5號(hào)、6號(hào)機(jī)組采用以上試驗(yàn)調(diào)整運(yùn)行方式，記錄優(yōu)化運(yùn)行過(guò)程中空冷島電耗比例及背壓數(shù)據(jù)，并與2011年數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，見(jiàn)表9、表10。

表9 5號(hào)機(jī)組數(shù)據(jù)比較

表10 6號(hào)機(jī)組數(shù)據(jù)比較

與2011年同期相比，2012年8月－11月5號(hào)機(jī)組空冷島電耗平均上升0.28%，背壓平均降低1.7 kPa，以8月－11月5號(hào)機(jī)組發(fā)電量102 297萬(wàn)kWh計(jì)算，5號(hào)機(jī)組可減少用煤量102 297萬(wàn)kWh×3g/kWh×1.7＝5 217t，標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)856.95元，可節(jié)約燃料成本5 217×856.95≈447.1萬(wàn)元。6號(hào)機(jī)組空冷島電耗平均上升0.255%，背壓平均降低2.58kPa，以8—11月發(fā)電量117 392萬(wàn)kWh計(jì)算，6號(hào)機(jī)組可減少用煤量117 392萬(wàn)kWh×3g/kWh×2.58＝9 086t，可節(jié)約燃料成本2 726×856.95≈778萬(wàn)元。

6 結(jié)論及建議

600MW機(jī)組空冷島風(fēng)機(jī)在機(jī)組負(fù)荷360MW以上、環(huán)境溫度16℃以上超頻運(yùn)行（或環(huán)境溫度16℃以下機(jī)組低背壓運(yùn)行），雖增加了空冷風(fēng)機(jī)的耗電量，使機(jī)組廠用電率升高，但由于降低了機(jī)組的運(yùn)行背壓，總體上生產(chǎn)供電煤耗下降，在保證機(jī)組安全運(yùn)行情況下，將背壓控制在低限運(yùn)行可大幅減少燃煤的消耗，為電廠帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。但空冷風(fēng)機(jī)超頻運(yùn)行中可能會(huì)產(chǎn)生一些安全隱患，因此，應(yīng)合理控制空冷風(fēng)機(jī)超頻的工況及過(guò)程。

a.當(dāng)機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷及環(huán)境溫度與試驗(yàn)工況不同時(shí)，可采用下述簡(jiǎn)單試驗(yàn)方法判斷空冷風(fēng)機(jī)是否采用超頻運(yùn)行：機(jī)組運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定，改變空冷島風(fēng)機(jī)頻率至另一頻率，觀察機(jī)組背壓的變化量，根據(jù)夏季及秋季變背壓試驗(yàn)中得到的單位背壓變化對(duì)機(jī)組功率的影響值，計(jì)算風(fēng)機(jī)頻率變化后影響機(jī)組出力的變化量。根據(jù)夏季及秋季試驗(yàn)中獲得的空冷島風(fēng)機(jī)耗功的試驗(yàn)結(jié)果，確定空冷島風(fēng)機(jī)頻率變化導(dǎo)致的空冷島風(fēng)機(jī)耗功變化量，并與計(jì)算出的機(jī)組出力變化量比較，如增加的空冷島耗功量小于機(jī)組出力的增加量，則應(yīng)采用較高的空冷島風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率。

b.空冷風(fēng)機(jī)超頻時(shí)容易造成空冷風(fēng)機(jī)繞組溫度過(guò)高，所以要注意控制空冷風(fēng)機(jī)繞組溫度在允許范圍之內(nèi)，由于空冷風(fēng)機(jī)超頻造成空冷段進(jìn)線開(kāi)關(guān)的諧波污染，應(yīng)防止發(fā)生開(kāi)關(guān)機(jī)械脫扣現(xiàn)象。

c.超頻運(yùn)行時(shí)要注意各排冷卻單元的抽空汽溫度，防止發(fā)生凝結(jié)水過(guò)冷。冬季空冷風(fēng)機(jī)不適合超頻運(yùn)行，否則對(duì)空冷島的防凍不利。

［1］ 時(shí) 瑛.600MW 直接空冷機(jī)組冬季優(yōu)化運(yùn)行試驗(yàn)研究［J］.河北電力技術(shù)，2012，31（6）：16－17，34.