馬濤 唐二偉 唐海峰 邢閣玉 王勇 黃建華

摘 要：近幾年，高參數(shù)大功率是我國火電機(jī)組的發(fā)展趨勢(shì)，尤其是在富煤缺水地區(qū)新投運(yùn)了大量的大功率亞臨界及超臨界空冷機(jī)組，節(jié)水效果十分顯著。然而，季節(jié)變化會(huì)明顯影響空冷機(jī)組運(yùn)行的安全高效性，當(dāng)前還存在一些關(guān)鍵問題還沒有得到充分的理論支持及實(shí)際論證。因此，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)就顯得尤為重要。該文通過三個(gè)電廠的8臺(tái)600MW級(jí)別的大功率機(jī)組案例，論述了季節(jié)對(duì)大功率機(jī)組安全高效運(yùn)行的主要影響及實(shí)際對(duì)策。調(diào)研結(jié)果顯示：相對(duì)傳統(tǒng)濕冷機(jī)組，季節(jié)變化對(duì)空冷機(jī)組的安全高效運(yùn)行影響很大；尤其是在高寒地區(qū)，冬季低溫情況下的機(jī)組有效防凍是其面臨的最大問題；最后，并從高寒地區(qū)電廠的實(shí)際運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)展開，闡述了如何實(shí)現(xiàn)了空冷機(jī)組在高寒地區(qū)的安全運(yùn)行。這對(duì)600MW級(jí)別機(jī)組的安全高效運(yùn)行具有一定的實(shí)際借鑒意義。

關(guān)鍵詞：高參數(shù) 大功率 季節(jié) 防凍 對(duì)策

中圖分類號(hào)：TK32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）09（b）-0079-02

高參數(shù)大功率是我國火電機(jī)組的發(fā)展趨勢(shì)，600MW亞臨界及超臨界機(jī)組是目前的主力機(jī)型，1000MW超超臨界機(jī)組是今后的發(fā)展主流機(jī)型。并且，我國是水資源匱乏的國家之一，水資源逐漸成為影響社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素，而在在富煤缺水地區(qū)，新投機(jī)組的凝汽設(shè)備大多采用了空冷系統(tǒng)。尤其是在富煤缺水地區(qū)新投運(yùn)了大量的600MW級(jí)別的亞臨界及超臨界空冷機(jī)組[1-2]，節(jié)水效果十分顯著。然而，對(duì)于空冷機(jī)組來講，不僅汽輪機(jī)的運(yùn)行方式會(huì)影響機(jī)組安全高效運(yùn)行[3-5]；而且季節(jié)變化會(huì)明顯影響空冷機(jī)組運(yùn)行的安全高效性[6]。以高寒地區(qū)空冷機(jī)組在冬季低溫情況下的有效防凍問題為例，至今也是存在一些關(guān)鍵問題還沒有得到充分論證和解決，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際只能依靠多方面的經(jīng)驗(yàn)來解決突發(fā)問題[7-8]。因此，不少研究者都對(duì)此問題進(jìn)行了不同方面的嘗試性探討研究。

該文首先選取了三個(gè)電廠的4臺(tái)空冷和4臺(tái)濕冷機(jī)組為研究案例；然后，從實(shí)際運(yùn)行的角度，論述了季節(jié)對(duì)600MW空冷機(jī)組安全高效運(yùn)行的影響及對(duì)策。研究結(jié)果顯示：高寒地區(qū)大功率機(jī)組在冬季低溫情況下的有效防凍是面臨的最大問題。最后，從電廠的實(shí)際運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)展開，闡述了如何實(shí)現(xiàn)了大功率空冷機(jī)組在高寒地區(qū)的安全運(yùn)行。這對(duì)600MW空冷機(jī)組安全高效運(yùn)行具有一定的借鑒意義。

1 季節(jié)對(duì)600MW機(jī)組安全高效運(yùn)行的影響

1.1 研究案例機(jī)組的概況

4臺(tái)空冷機(jī)組（2臺(tái)高寒地區(qū)的超臨界和2臺(tái)普通地區(qū)的超臨界）概況如下：國華呼倫貝爾廠發(fā)電有限公司一期2×600MW超臨界空冷機(jī)組，華能上安電廠三期兩臺(tái)中國東方電氣集團(tuán)公司制造的600MW超臨界空冷燃煤發(fā)電機(jī)組。4臺(tái)濕冷機(jī)組（2臺(tái)超臨界和2臺(tái)亞臨界）為神化河北國華滄東發(fā)電有限責(zé)任公司一期工程建設(shè)2×600MW燃煤發(fā)電機(jī)組核二期建設(shè)規(guī)模為2臺(tái)66萬kW超臨界燃煤機(jī)組。

1.2 季節(jié)對(duì)機(jī)組安全高效運(yùn)行的影響

在直接空冷機(jī)組設(shè)計(jì)方面，首先在考慮經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上優(yōu)化系統(tǒng)，而在運(yùn)行方面更關(guān)心的是空冷系統(tǒng)的安全性：一是夏季高溫能否保證機(jī)組滿發(fā)，二是在冬季低溫情況下能否有效防凍。特別是在冬季環(huán)境溫度較低時(shí)，如何保證機(jī)組安全過冬成為日常維護(hù)和運(yùn)行的首要任務(wù)。以呼倫貝爾廠發(fā)電有限公司空冷島主體設(shè)備國產(chǎn)化，由江蘇雙良公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)、空冷風(fēng)機(jī)由保定惠陽風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)、空冷減速機(jī)由弗蘭德生產(chǎn)的關(guān)鍵部件進(jìn)口產(chǎn)品，國內(nèi)組裝、空冷電機(jī)由湘電集團(tuán)有限公司生產(chǎn)、空冷變頻器由艾默生跨國公司生產(chǎn)、空冷蝶閥由德國ADAMS閥門廠生產(chǎn)、空冷膨脹節(jié)由江蘇恒坤機(jī)械有限公司生產(chǎn)、空冷鋼結(jié)構(gòu)由遼寧鞍特鋼結(jié)構(gòu)集團(tuán)有限公司生產(chǎn)。由于內(nèi)蒙古地區(qū)大部分屬于寒冷、半干旱草原氣候，冬季寒冷漫長；夏季溫涼短促；春季干燥風(fēng)大；秋季氣溫驟降、霜凍早。以海拉爾為例，當(dāng)?shù)囟嗄昶骄鶜鉁?1.0℃，極端溫度-43.6℃，典型年零度以下出現(xiàn)的小時(shí)數(shù)為3912h、約占全年的45%，屬于嚴(yán)寒地區(qū)，因此，防凍是本廠安全運(yùn)行需要解決的一個(gè)重要問題，這與華能上安電廠空冷機(jī)組季節(jié)變化面臨的問題有區(qū)別。

2 高寒地區(qū)機(jī)組防凍對(duì)策分析

2.1 機(jī)組出廠時(shí)的防凍設(shè)計(jì)策略

采用大直徑基管的單排管翅片管，蒸汽側(cè)通流面積增大，蒸汽側(cè)壓降低，并采用較短的管束極大地減小了冬季管束冰凍危險(xiǎn)。合理的順逆流比例配置（K/D），也可有效提高防凍性能。空冷風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)采用變頻調(diào)速使風(fēng)機(jī)有利于變工況運(yùn)行，也可降低廠用電耗，全部風(fēng)機(jī)均為變頻調(diào)速風(fēng)機(jī)，且兩臺(tái)逆流風(fēng)機(jī)具有反轉(zhuǎn)回暖功能。設(shè)置擋風(fēng)墻，防止冬季外界自然風(fēng)直接吹向散熱器，引起兩側(cè)凝結(jié)水溫相差較大。設(shè)置電動(dòng)真空隔離閥，在冬季啟動(dòng)時(shí)采取關(guān)斷某幾列空冷凝汽器，提高凝結(jié)水溫度。一臺(tái)機(jī)共8列空冷凝汽器，裝設(shè)6個(gè)電動(dòng)真空隔離閥。及時(shí)有效的抽出空氣冷凝器管束內(nèi)的不凝氣體是防凍和提高管束傳熱性能的有效措施之一。此外，隨著控制水平的提高，對(duì)空冷系統(tǒng)的防凍保護(hù)控制是一種非常有效的手段。

2.2 機(jī)組調(diào)試階段的防凍措施

機(jī)組調(diào)試過程中，啟動(dòng)排汽裝置灌水試驗(yàn)，擴(kuò)大灌水試驗(yàn)范圍，將所有真空狀態(tài)下的管道、閥門等部件設(shè)備均納入試驗(yàn)范圍；提高空冷氣密性試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)?？绽淠鞴苁墓S監(jiān)檢分兩步進(jìn)行：先對(duì)每臺(tái)換熱器的單管都在進(jìn)行氣密性實(shí)驗(yàn)，對(duì)翅片管的管端與管板的焊接頭進(jìn)行滲透探傷檢查。第二步，整臺(tái)空冷換熱器組裝完成后進(jìn)行水壓試驗(yàn)。制定詳細(xì)的焊接方案，對(duì)焊縫進(jìn)行了100%探傷監(jiān)測(cè)。通過優(yōu)化防凍邏輯，全力提高空冷凝汽器防凍性能；嚴(yán)格空冷蒸汽隔絕閥的調(diào)試驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，閥門調(diào)試期間打開管路人孔，確證所有蒸汽隔離閥均能嚴(yán)密關(guān)閉到位；嚴(yán)格空冷系統(tǒng)各測(cè)點(diǎn)的驗(yàn)收工作，確保測(cè)點(diǎn)準(zhǔn)確無誤。

同時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)空冷系統(tǒng)各測(cè)點(diǎn)和系統(tǒng)進(jìn)行了全面盤查，增加了主汽管路疏水至鍋爐疏水?dāng)U容器的排放管路，在每列空冷蝶閥后增加了2個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)和1個(gè)壓力測(cè)點(diǎn)，并將抽真空管路上的1個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)位置改到每列2、6冷卻單元抽氣口位置各安裝1個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)。空冷熱態(tài)沖洗前，嚴(yán)格做好人工清洗工作，有效去除空冷配汽管道及換熱管束由于與空氣接觸而在內(nèi)表面生產(chǎn)鐵銹與現(xiàn)場(chǎng)安裝工作殘留焊渣和塵垢；熱態(tài)沖洗時(shí)盡量加大清洗流量，清洗過程逐列進(jìn)行。利用壓降大增加流量的原理，各列凝汽器依次循環(huán)進(jìn)行清洗。同一列風(fēng)機(jī)交替運(yùn)行，使凝汽器產(chǎn)生溫度變化，增強(qiáng)清洗效果。

此外，在計(jì)算空冷最小防凍流量的基礎(chǔ)上，08年冬天在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地分-5℃～-15℃、

-15℃～-25℃、-25℃～-31℃三個(gè)階段進(jìn)行最小流量防凍試驗(yàn)，對(duì)以后運(yùn)行提供可靠的依據(jù)。如下表1和表2所示，為汽輪機(jī)冷起動(dòng)時(shí)，ACC最小需要的熱負(fù)荷和氣溫的關(guān)系表（表2將流量單位換算為t/h）。

2.3 日常維護(hù)中采取的防凍措施

在抽真空管道上加裝伴熱帶，每根管并列加裝6根伴熱電纜，根據(jù)運(yùn)行情況，調(diào)節(jié)伴熱電纜投入率。電動(dòng)門的電動(dòng)裝置上加裝伴熱并加裝保溫箱，防止電動(dòng)裝置內(nèi)潤滑脂凝固，降低潤滑效果。為防止空冷島1、8列下聯(lián)箱及排氣管道水平段疏水管道疏水過冷。將每臺(tái)機(jī)組第1列和第8列外側(cè)散熱器下聯(lián)箱加裝保溫及鋁皮進(jìn)行防凍。在空冷島上兩臺(tái)機(jī)組中間空閑位置設(shè)立庫房及值班室，便于存儲(chǔ)空冷島防寒防凍物資，同時(shí)為空冷島作業(yè)人員提供一個(gè)取暖及休息場(chǎng)所。維護(hù)人員定期監(jiān)測(cè)空冷島溫度變化情況，如發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)通知運(yùn)行人員回暖防凍，并通知專業(yè)主管現(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn)。準(zhǔn)備好合適的苫布和麻繩，并準(zhǔn)備一定量的炭火爐子，以備某些冷卻單元暖時(shí)急需。進(jìn)入冬季，空冷靠外側(cè)部分將要停運(yùn)，將每臺(tái)機(jī)相應(yīng)列管束外側(cè)加裝苫布，風(fēng)筒下部加裝苫布防風(fēng)。在每臺(tái)機(jī)組單元散熱管束上部蒸汽分配聯(lián)箱兩側(cè)（靠近管束處）加裝滑輪；在每列兩側(cè)管束下部凝結(jié)水收集聯(lián)箱處焊接掛鉤，當(dāng)管束過冷時(shí)為在管束上掛棉被或苫布創(chuàng)造條件。

此外，供熱改造后主要關(guān)心的是低負(fù)荷下的防凍能力，因此，對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)過程中要求運(yùn)行人員對(duì)空冷控制和巡檢的要求更加嚴(yán)格，同樣需要維護(hù)運(yùn)行人員的緊密配合，繼續(xù)不斷積累經(jīng)驗(yàn)，以保證空冷系統(tǒng)高效、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。同時(shí)，吸取借鑒同類型機(jī)組的施工經(jīng)驗(yàn)，確保供熱改造后的空冷系統(tǒng)在國內(nèi)高寒地區(qū)首例應(yīng)用提供可靠保證。

3 結(jié)語

該文針對(duì)實(shí)際電廠600MW級(jí)別空冷機(jī)組受季節(jié)變化影響的對(duì)比分析，從電廠的實(shí)際運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)展開闡述，特別關(guān)注是空冷機(jī)組在高寒地區(qū)的安全運(yùn)行。這對(duì)600MW級(jí)別機(jī)組安全高效運(yùn)行具有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 江飛，孫建國，劉錦川，等.國產(chǎn)亞臨界600MW空冷機(jī)組單閥-順序閥切換試驗(yàn)研究[J].節(jié)能技術(shù)，2011，29（5）：437-441.

[2] 谷軍生，郭謙，李智華，等.超臨界空冷機(jī)組高調(diào)門閥體激振故障的分析及解決[J].科技資訊，2014，12（6）：128-129.

[3] 呂雪霞，李照忠，邢媛，等.600MW亞臨界空冷機(jī)組汽輪機(jī)高調(diào)門擺動(dòng)問題的分析及解決方案[J].節(jié)能技術(shù)，2012， 30（3）：258-261.

[4] 于達(dá)仁，劉占生，李強(qiáng)，等.汽輪機(jī)配汽設(shè)計(jì)的優(yōu)化[J].動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，2007，27（1）：1-5.

[5] 萬杰，唐海峰，邢閣玉，等.高參數(shù)汽輪機(jī)高調(diào)門內(nèi)流動(dòng)失穩(wěn)故障的一種經(jīng)濟(jì)性解決方法[J].節(jié)能技術(shù)，2015，33（2）：159-164.

[6] 余耀，王麗，張義江，等.600MW機(jī)組空冷系統(tǒng)變工況對(duì)汽輪機(jī)出力的影響[J].華電技術(shù)，2015，37（3）：22-25.

[7] 隋文棟.高寒地區(qū)600MW超臨界直接空冷機(jī)組冬季啟動(dòng)空冷島防凍分析與探討[J].黑龍江科技信息，2013（21）：131.

[8] 李春山.600MW機(jī)組間接空冷系統(tǒng)冬季防凍措施[J].熱力發(fā)電，2010，39（10）：110-111.