李嘉華　侯艷峰　常莉

摘 要：直接空冷機組由于可以極大減少火力發(fā)電過程中的耗水量，因此在我國北方地區(qū)廣泛使用。但由于各種各樣的原因，機組背壓在夏季炎熱環(huán)境下達到一個很高的水平，過高的背壓會限制機組功率，而此時又是用電量高峰期，要求機組能夠接近甚至達到額定功率。文章首先分析機組背壓高的原因及對策，然后從機組本身入手，通過計算，定性分析出解列加熱器對機組負荷的影響，為通過解列加熱器提高負荷提供參考。

關(guān)鍵詞：直接空冷機組；解列加熱器；高背壓

引言

我國是全球13個貧水國之一，尤其北方缺水情況尤為嚴(yán)重[1]。而我國北方山西、陜西、新疆等地有豐富的煤炭資源。為有效解決富煤貧水地區(qū)的發(fā)電問題，我國北方大量建造使用了直接空冷機組。與傳統(tǒng)水冷機組不同，直接空冷機組將汽輪機排汽排入空冷凝汽器，以空氣作為冷卻介質(zhì)。采用直接空冷機組可以使電廠總耗水量降低75%以上[2]。由于空冷凝汽器以空氣作為冷卻介質(zhì)，因此環(huán)境溫度對直接空冷機組背壓影響很大，冬季背壓較低，而夏季背壓較高，夏季環(huán)境溫度很高時機組背壓甚至超過40kPa[3]，達40-45kPa。較高的背壓將會嚴(yán)重制約機組出力，限制機組負荷。而環(huán)境溫度很高的時間段也是用電負荷很高的時間段，有時甚至要求機組滿負荷發(fā)電。韓永魁[4]等人提出加裝尖峰噴霧系統(tǒng)、濕式冷卻系統(tǒng)等措施降低背壓。但這些措施均需要提前準(zhǔn)備。對于未裝此類設(shè)備，而又必須要求機組滿負荷發(fā)電的機組，或者在各種降低背壓措施都使用但依然無法保持負荷的情況下，就需要從機組本身入手，采取措施。

文章首先分析了機組背壓高的原因及對策，然后以N300-16.7MPa/538℃/538℃直接空冷機組為研究對象，計算在相同主蒸汽流量、不同高背壓下解列不同加熱器后機組負荷、各加熱器抽汽口流量壓力等參數(shù)，定性分析出解列不同加熱器對機組負荷的影響。為機組通過解列加熱器從而保證發(fā)電負荷提供理論依據(jù)。（如圖1所示）

圖1中，NO.1為1號高壓加熱器，NO.2為2號高壓加熱器，NO.3為3號高壓加熱器，NO.4為除氧器，NO.5為5號低壓加熱器，NO.6為6號低壓加熱器，NO.7為7號低壓加熱器。該機組空冷島包括24個空冷單元，分為6列4排，每個空冷單元配一臺風(fēng)機，風(fēng)機額定功率110kW，風(fēng)量598■。設(shè)計條件下夏季工況汽輪機背壓15kPa。表1為各加熱器端差；表2為設(shè)計條件下機組回?zé)嵯到y(tǒng)抽汽點參數(shù)，此時機組功率300MW，主蒸汽流量953t/h。

1 機組背壓高的原因及對策

保持較低的排汽壓力需要空冷凝汽器有足夠的換熱量，否則排汽壓力便會升高，而換熱量的多少與換熱系數(shù)、換熱面積、換熱溫差等許多因素有關(guān)，導(dǎo)致?lián)Q熱量降低的主要有環(huán)境因素、設(shè)備因素、人員因素三方面因素。

1.1 環(huán)境因素

環(huán)境因素主要包括風(fēng)、光照、氣溫、風(fēng)沙等因素。

風(fēng)會影響流過空冷單元的冷卻風(fēng)量，隨著風(fēng)速的增加，冷卻風(fēng)量會減少，過大的風(fēng)還會導(dǎo)致“倒灌”現(xiàn)象的發(fā)生，使冷卻風(fēng)量驟然降低。同時，處在空冷島邊界的空冷單元還有可能出現(xiàn)“熱風(fēng)再循環(huán)”現(xiàn)象，導(dǎo)致冷卻風(fēng)溫度上升，降低換熱效果[5]。

例如新疆哈密等夏季光照強烈的地區(qū)，夏季午后直接暴露在陽光中的表面溫度甚至可達80℃，這樣的換熱表面溫度勢必會嚴(yán)重降低換熱效果[6]。

北方夏季多為炎熱干燥氣候，有時白天空氣溫度甚至可達45℃，在空冷單元冷卻風(fēng)體積流量相同時，較低的冷卻風(fēng)溫比較低的冷卻風(fēng)溫有更好的換熱效果。很高的冷卻風(fēng)溫會使換熱溫差降低，降低換熱效果。

在北方如新疆等地為灰塵風(fēng)沙較多的環(huán)境，這種環(huán)境下?lián)Q熱面積灰很快，如不及時清理，換熱面積灰后會增加換熱熱阻，降低換熱效果。

1.2 設(shè)備因素

設(shè)備因素主要包括空冷島冷卻裕量、真空嚴(yán)密程度等因素。對于一些機組，在設(shè)計過程中對夏季工況考慮不充足，導(dǎo)致空冷島冷卻裕量不能滿足需要，此時沒有足夠的換熱面積進行換熱，便會導(dǎo)致排汽壓力升高。

由于直接空冷機組真空系統(tǒng)龐大，焊口焊點很多，不可避免地導(dǎo)致系統(tǒng)潛在漏點多，從而使機組真空嚴(yán)密性差，惡化傳熱效果[7]。

1.3 人員因素

設(shè)備的正常運行需要工作人員的“細心呵護”。工作人員對工作的應(yīng)付、懈怠、責(zé)任心不強會使設(shè)備得不到應(yīng)有的“呵護”，導(dǎo)致檢查、檢修、維護不及時或不到位[8]，使設(shè)備不能工作在最佳狀態(tài)下。

1.4 對策

對于環(huán)境因素，可以通過加裝“擋風(fēng)墻[9]”等方式降低自然風(fēng)對空冷島的影響，也可以在電廠周邊植樹造林[8]，改善周邊環(huán)境，減少風(fēng)沙。對于設(shè)備因素，可以加裝尖峰噴霧系統(tǒng)、濕式冷卻系統(tǒng)等，同時認(rèn)真查找空冷系統(tǒng)漏點，及時堵漏[7]。對于人員因素，應(yīng)當(dāng)采取措施增強工作人員的責(zé)任心，狠抓設(shè)備整治和各項管理工作的情況。機組在多風(fēng)沙等環(huán)境惡劣環(huán)境下工作時，也應(yīng)更加頻繁地對換熱管進行清理，特別是采用高壓水沖洗的方法，深度清潔換熱器外部翅片中的積灰、雜草、飛蟲等雜物，從而保證設(shè)備的工作狀態(tài)。

2 高背壓工況解列加熱器的計算及分析

2.1 未解列加熱器背壓40kPa

主蒸汽流量953t/h不變，未解列任何加熱器的條件下背壓達到40kPa時，解列各加熱器后，機組回?zé)嵯到y(tǒng)抽汽點參數(shù)如表3所示。

根據(jù)表3可得出以下結(jié)論：

（1）排汽壓力由0.015MPa升至0.040MPa時，功率下降明顯，由300MW下降至276.91MW，下降7.80%。

（2）汽輪機排汽壓力升高時，各抽汽口壓力均升高。各抽汽口流量均下降，且越到末級，抽汽口流量下降越明顯。

（3）解列NO.1后，參數(shù)變化最明顯，功率由276.91MW上升至291.15MW，上升5.14%。排汽壓力由0.040MPa上升至為0.044MPa，上升10%。排汽流量由651.93t/h上升至700.51t/h，上升7.45%。

（4）解列NO.2后，參數(shù)變化明顯程度小于解列NO.2，功率略有上升，由276.91MW上升至279.88MW，上升1.07%。排汽壓力由0.040MPa上升至0.042MPa，上升5%。排汽流量由651.93t/h上升至671.68t/h，上升3.03%。

（5）解列NO.3后，功率有所下降，排汽流量有所下降，排汽壓力變化不明顯。

（6）解列NO.5、NO.6、NO.7后，功率有所下降，排汽流量有所上升，排汽壓力變化不明顯。

2.2 未解列加熱器背壓45kPa

主蒸汽流量953t/h不變，未解列任何加熱器的條件下背壓達到45kPa時，解列各加熱器后，機組回?zé)嵯到y(tǒng)抽汽點參數(shù)如表4。

根據(jù)表4可得出以下結(jié)論：

（1）排汽壓力由0.015MPa升至0.045MPa時，功率下降明顯，由300MW下降至274.26MW，下降8.58%。排氣壓力由0.040MPa升至0.045MPa時，功率下降不明顯，由276.91MW下降至274.26MW，下降0.96%。

（2）汽輪機排汽壓力升高時，各抽汽口壓力均升高。除NO.4以外，各抽汽口流量均下降，且越到末級，抽汽口流量下降越明顯。

（3）解列NO.1后，參數(shù)變化最明顯，功率由274.26MW上升至288.08MW，上升5.04%。排汽壓力由0.045MPa上升至為0.049MPa，上升8.89%。排汽流量由654.60t/h上升至703.94t/h，上升7.54%。

（4）解列NO.2后，參數(shù)變化明顯程度小于解列NO.2，功率略有上升，由274.26MW上升至276.95MW，上升0.98%。排汽壓力由0.045MPa上升至0.046MPa，上升2.22%。排汽流量由654.60t/h上升至674.94t/h，上升3.11%。

（5）解列NO.3后，功率有所下降，排汽流量有所下降，排汽壓力變化不明顯。

（6）解列NO.5、NO.6、NO.7后，功率有所下降，排汽流量有所上升，排汽壓力變化不明顯。

3 結(jié)束語

（1）隨著背壓的升高，機組功率下降明顯，但趨勢放緩。

（2）主蒸汽流量不變時，解列NO.1時功率升高最明顯，但排汽流量以及排汽壓力升高也最明顯，解列NO.2效果次之，解列其它加熱器甚至?xí)档凸β省?/p>

（3）文章計算工程中保持主蒸汽流量不變，旨在得到定性結(jié)論，而鍋爐均有裕量，因此在背壓升高導(dǎo)致負荷下降時，應(yīng)當(dāng)充分利用鍋爐裕量，鍋爐達到最大出力后再考慮通過解列加熱器維持功率。

（4）不同機組解列某一或某幾級加熱器時會有不同的效果，因此在解列前應(yīng)當(dāng)進行充分分析與準(zhǔn)備。

（5）解列加熱器會造成機組效率下降，降低經(jīng)濟性，應(yīng)當(dāng)視為一種在迫不得已時才應(yīng)使用的方式。各電廠應(yīng)當(dāng)未雨綢繆，通過及時沖洗空冷凝汽器換熱管束、提前加裝尖峰噴霧系統(tǒng)、濕式冷卻系統(tǒng)等措施保證機組在夏季最惡劣的環(huán)境條件下能夠達到額定出力。

（6）在解列加熱器前應(yīng)當(dāng)確認(rèn)如下工作：加熱器抽汽閥、逆止閥關(guān)閉；啟動電動給水泵熱備用；活動加熱器危急疏水門，確保加熱器疏水暢通可靠。加熱器解列過程中要及時調(diào)整汽包、除氧器以及熱井水位；及時使用噴水減溫對主蒸汽及再熱蒸汽氣溫進行調(diào)節(jié)，防止過熱器及再熱器超溫[10]。在汽輪機排汽壓力較高的情況下，解列加熱器后短時間內(nèi)會使流量發(fā)生突變，此時應(yīng)密切注視排汽壓力變化，嚴(yán)防超限引起機組保護動作。

參考文獻

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作者簡介：李嘉華（1992-），男，碩士研究生，所在院校：華北電力大學(xué)（保定），主要從事熱力發(fā)電廠節(jié)能技術(shù)的研究。

侯艷峰（1989-），男，碩士研究生，所在院校：華北電力大學(xué)（保定），主要從事熱力發(fā)電廠節(jié)能技術(shù)的研究。