陳秀軍

[摘 要]針對直接空冷機(jī)組夏季高溫天氣散熱不良造成真空低嚴(yán)重限制機(jī)組負(fù)荷的問題，通過多種方法的實踐探索，提高了機(jī)組真空度、增強(qiáng)了機(jī)組帶負(fù)荷能力，為同類型機(jī)組夏季真空低限負(fù)荷問題提供了借鑒經(jīng)驗。

[關(guān)鍵詞]空冷 出力受限 尖峰凝汽器 噴淋 超頻

中圖分類號：U64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）17-0318-02

0引言

直接空冷系統(tǒng)夏季低真空運行是影響機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運行的主要問題。內(nèi)蒙古大唐國際托克托發(fā)電有限責(zé)任公司（以下簡稱：托克托發(fā)電公司）5、6、7、8號直接空冷機(jī)組從投產(chǎn)以來一直面臨夏季限負(fù)荷的問題。當(dāng)環(huán)境溫度大于30℃時，負(fù)荷500MW工況，機(jī)組平均真空只有-57kPa。（機(jī)組額定容量600MW，實際最高負(fù)荷只能達(dá)到500MW，鍋爐熱負(fù)荷已達(dá)到最大連續(xù)設(shè)計熱負(fù)荷）。每年6、7、8月份電網(wǎng)處于迎峰渡夏高負(fù)荷運行時期，在此期間電網(wǎng)對負(fù)荷的需求偏高，因此夏季機(jī)組會出現(xiàn)長時間大負(fù)荷、低真空的運行工況。在這種工況下，一旦出現(xiàn)大風(fēng)天氣及熱風(fēng)回流等不利條件，極易造成機(jī)組真空低RB動作、甚至因真空低機(jī)組跳閘。

1、系統(tǒng)概述

托克托發(fā)電公司是我國最大的火力發(fā)電公司，目前擁有8×600MW和2×300MW在役火電機(jī)組，2×660MW在建火電機(jī)組，其中5、6、7、8號機(jī)組為4×600MW直接空冷汽輪發(fā)電機(jī)組，排汽采用直接空氣冷卻技術(shù)冷卻。直接空冷系統(tǒng)由空冷凝汽器、空冷風(fēng)機(jī)、凝汽器抽真空系統(tǒng)及空冷散熱器清洗系統(tǒng)等組成。每臺機(jī)組空冷平臺上共安裝有56組空冷凝汽器，分為8排冷卻單元，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個散熱器管束組成，以接近60°角組成等腰三角形A型結(jié)構(gòu)，兩側(cè)分別布置6個散熱器管束。散熱器管束為單排扁平翅片管，采用鍍鋁防腐工藝處理。

2、空冷系統(tǒng)存在的問題

托克托發(fā)電公司5—8號機(jī)組自投產(chǎn)以來每年夏季環(huán)境溫度高時機(jī)組真空僅-50kPa左右，機(jī)組真空-65kPa才可以滿負(fù)荷發(fā)電。如：2010年7月6日中午環(huán)境溫度33℃，5號機(jī)負(fù)荷477MW真空維持-51kPa，所以環(huán)境溫度高是限制空冷機(jī)組出力的重要因素。同時由于環(huán)境溫度高引起真空低嚴(yán)重影響了機(jī)組能耗指標(biāo)，運行極不經(jīng)濟(jì)。存在的主要問題有：

2.1 空冷機(jī)組真空低，影響電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)度、調(diào)整。每年6、7、8月份電網(wǎng)處于迎峰渡夏高負(fù)荷運行時期，在此期間電網(wǎng)對負(fù)荷的需求偏高，而由于夏季環(huán)境溫度高，空冷系統(tǒng)散熱差無法滿足機(jī)組滿負(fù)荷運行，機(jī)組被迫降出力運行，造成機(jī)組出力無法滿足電網(wǎng)需求，影響電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)度、調(diào)整。在電網(wǎng)上旋備不足時，給電網(wǎng)運行造成安全隱患。

2.2 空冷機(jī)組真空低，影響機(jī)組運行安全性。夏季大負(fù)荷期間，由于環(huán)境溫度高，空冷機(jī)組負(fù)荷高、真空低，一旦出現(xiàn)大風(fēng)天氣及熱風(fēng)回流等不利情況，極易造成機(jī)組真空低RB動作、甚至因真空低機(jī)組跳閘。而且由于真空低，機(jī)組負(fù)荷高，鍋爐煤量供應(yīng)達(dá)到上限值，在此工況長時間運行鍋爐極易出現(xiàn)管壁超溫和爐膛結(jié)焦，給鍋爐安全運行帶來隱患。長時間的低真空運行，對汽輪機(jī)軸系、葉片也會造成損傷。因此，空冷機(jī)組真空低給機(jī)組安全運行帶來威脅。

2.3 環(huán)境溫度高，空冷機(jī)組真空低，嚴(yán)重影響機(jī)組運行經(jīng)濟(jì)性。托克托發(fā)電公司地處內(nèi)蒙古呼和浩特托克托縣燕山營鄉(xiāng)，屬典型的蒙古高原大陸性氣候，夏季炎熱、少雨。呼和浩特夏季平均溫度是12.0℃-26.0℃，白天平均26.0℃。6、7、8月份托克托發(fā)電公司空冷機(jī)組平均真空只有-57kPa（機(jī)組設(shè)計背壓：13.8kPa，當(dāng)?shù)叵募敬髿鈮浩骄禐?8.91kPa）。5、6、7、8號機(jī)組的供電煤耗夏季月平均值達(dá)到350g/kWh（比機(jī)組平均煤耗偏大約20g/kWh），嚴(yán)重影響了機(jī)組運行的經(jīng)濟(jì)性。

3、提高機(jī)組真空的方法和途徑

托克托發(fā)電公司空冷機(jī)組因夏季高溫真空低，給機(jī)組運行的安全性、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性造成了嚴(yán)重影響，制約了企業(yè)健康發(fā)展。托克托發(fā)電公司面對挑戰(zhàn)，努力探索，通過采取多種真空優(yōu)化手段，徹底解決了夏季空冷機(jī)組真空低機(jī)組負(fù)荷受限的難題。下面介紹托克托發(fā)電公司提高機(jī)組真空所采取的方法和途徑：

3.1 對空冷島散熱面進(jìn)行水沖洗和噴淋，提高機(jī)組真空

春季內(nèi)蒙地區(qū)風(fēng)沙大，托克托發(fā)電公司周圍柳絮較多，一部分柳絮隨風(fēng)附著在空冷凝汽器的散熱片上，如清洗不及時會導(dǎo)致空冷凝汽器換熱效率降低，直接影響機(jī)組真空。

為了提高空冷系統(tǒng)冷凝效果，托克托發(fā)電公司每年春季開始定期對空冷凝汽器散熱片進(jìn)行水沖洗。下面對沖洗工藝進(jìn)行簡要說明：整個空冷管束沖洗一般由空冷風(fēng)室外部向內(nèi)自動沖洗。在管束的外表面布置一套自動沖洗裝置，由平行于管束外表面的沖洗爬梯及其驅(qū)動裝置、齒形帶清洗裝置及驅(qū)動機(jī)構(gòu)、噴嘴架組成，通過自動控制裝置可實現(xiàn)整個管束的自動沖洗。沖洗壓力一般為10～12MPa，沖洗過程中噴頭與管束始終保持垂直噴射，防止損壞翅片。

空冷島散熱面水沖洗具體要求：

①春季當(dāng)連續(xù)7天最低環(huán)境溫度高于2℃，投入空冷島本年度首次水沖洗，將所有空冷散熱器全面沖洗一次。

②當(dāng)空冷散熱器內(nèi)表面沾有柳絮等，目測贓污表面積占該單元總表面積約1/6～1/5及以上時，應(yīng)及時投入沖洗，直至贓污部分清潔為止。

③在最大風(fēng)速小于5m/s，相同負(fù)荷，相同運行風(fēng)機(jī)臺數(shù)及頻率下穩(wěn)定運行30min以上，兩臺機(jī)組背壓偏差大于2.5 kPa時投入背壓偏高機(jī)組空冷島水沖洗。

④機(jī)組正常運行最低環(huán)境溫度高于2℃時，最大風(fēng)速小于5m/s，機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定時間30min以上且排汽裝置水位穩(wěn)定。當(dāng)實際背壓-設(shè)計背壓≥2.5kPa時投入空冷島水沖洗，當(dāng)實際背壓-設(shè)計背壓≤1.5kPa可停止。設(shè)計背壓由空冷凝汽器性能曲線查出（圖1）：

另外：為了減少機(jī)組出力受阻和提高運行經(jīng)濟(jì)性，托克托發(fā)電公司利用空冷島噴淋系統(tǒng)進(jìn)行水噴淋。空冷島噴淋系統(tǒng)是將霧化的除鹽水直接噴在空冷島散熱面下表面，利用水氣化吸熱降低散熱面表面溫度， 從而增強(qiáng)空冷凝汽器的凝結(jié)效果。空冷島噴淋系統(tǒng)改善了空冷機(jī)組散熱器的散熱，降低了機(jī)組背壓， 提高了機(jī)組出力。采用空冷島噴淋系統(tǒng)后，在可接受的噴水強(qiáng)度下，可以將散熱器溫度降低4 ℃左右，汽輪機(jī)背壓可下降5kPa 左右。

3.2 通過加裝尖峰凝汽器，解決空冷機(jī)組夏季真空低的“頑疾”

面對5、6、7、8號直接空冷機(jī)組夏季負(fù)荷嚴(yán)重受限的問題，托克托發(fā)電公司全體職工奮勇而上，力克難題。6、7號空冷機(jī)組通過尖峰凝汽器改造，徹底解決了空冷機(jī)組夏季真空低負(fù)荷受限的難題。5、6號空冷機(jī)組和7、8號空冷機(jī)組各有一套機(jī)房循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，各有一個水塔。水塔冷卻面積2500m2，塔高84.8m，塔盆直徑59.648m。冷卻水塔的冷卻能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于機(jī)房冷卻水所攜帶的熱量，冷卻水塔經(jīng)?？床坏綗釟?。托克托發(fā)電公司利用現(xiàn)有冷卻系統(tǒng)，在6、7號機(jī)組加裝了尖峰凝汽器系統(tǒng)，以實現(xiàn)空冷機(jī)組夏季低背壓運行。所謂尖峰凝汽器就是在夏季空冷機(jī)組靠直接風(fēng)冷無法維持正常真空，投入部分傳統(tǒng)水冷凝汽器，維持機(jī)組真空，提高機(jī)組帶負(fù)荷能力。

以6號機(jī)組為例介紹空冷機(jī)組加裝尖峰凝汽器系統(tǒng)。在6號空冷機(jī)組排汽裝置出口的兩根 DN6000mm的排汽主管道兩側(cè)分別安裝了一個單背壓、單殼體、雙流程、表面式的水冷凝汽器。這兩個凝汽器的冷卻面積一共4000m2 （兩個獨立管束，每個2000 m2），凝汽量240t/h （兩個獨立管束，每個120t/h），冷卻水量18000t/h （兩個獨立管束，每個9000t/h）。兩個凝汽器的汽側(cè)連接在兩根 DN6000mm的排汽主管道兩側(cè)的安全隔膜處，凝汽器的水側(cè)連接在機(jī)房循環(huán)水回水管道上，通過循環(huán)水回水進(jìn)行冷卻。尖峰凝汽器的投運，減少了機(jī)組空冷島噴淋水的使用，綜合用水量并沒有增加。尖峰凝汽器占地面積少，對機(jī)組設(shè)備沒有其他不利影響。6號機(jī)通過尖峰凝汽器的投運，機(jī)組真空提高了約7kPa，機(jī)組供電煤耗平均下降了約7.5g/kWh。托克托發(fā)電公司通過加裝尖峰凝汽器，徹底解決了空冷機(jī)組夏季出力受限的難題，保證了機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運行。

3.3 通過空冷風(fēng)機(jī)超頻運行，提高空冷機(jī)組真空

托克托發(fā)電公司通過試驗確定了空冷風(fēng)機(jī)頻率、電流、總功率和機(jī)組背壓之間的關(guān)系。環(huán)境溫度26℃，機(jī)組500MW工況，空冷風(fēng)機(jī)頻率、電流、總功率、機(jī)組排汽背壓之間的關(guān)系如圖2：

通過對空冷風(fēng)機(jī)頻率、總功率、機(jī)組排氣背壓的分析得出：當(dāng)環(huán)境溫度高于10℃或機(jī)組負(fù)荷高于450MW時，風(fēng)機(jī)頻率運行在50～55 Hz比較經(jīng)濟(jì)。風(fēng)機(jī)的額定頻率為50Hz，風(fēng)機(jī)長時間超頻運行會對減速機(jī)造成損傷。托克托發(fā)電公司根據(jù)空冷風(fēng)機(jī)制造廠家、風(fēng)機(jī)的特性確定部分風(fēng)機(jī)可以超頻運行：5號機(jī)（1排2 、1排3、2排5、4排2、6排5、7排1、7排4、7排5、8排1）；6號機(jī)全部；7號機(jī)（2排2、1排6、2排4、3排2、5排6）；8號機(jī)（2排6、2排7、4排4、5排2、5排7）。

托克托發(fā)電公司通過空冷風(fēng)機(jī)超頻運行，提高了機(jī)組平均真空約2kPa，減少和避免了機(jī)組限出力的運行，提高了機(jī)組運行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

3.4 消除真空系統(tǒng)的泄漏點，提高真空系統(tǒng)嚴(yán)密性

托克托發(fā)電公司采用超聲波與氦氣相結(jié)合的方法進(jìn)行檢漏，將空冷機(jī)組真空泄漏率控制在100Pa/min之內(nèi)。針對機(jī)組真空系統(tǒng)的不同部位，合理選用超聲波及氦質(zhì)譜檢漏儀。一般空冷島管束及高空位置采用超聲波，主廠房內(nèi)真空系統(tǒng)采用氦質(zhì)譜檢漏儀，進(jìn)行全方位檢測，對系統(tǒng)存在的泄漏點在不停機(jī)狀態(tài)下，進(jìn)行軟處理封堵工作，通過兩種工藝的合理運用，使機(jī)組的真空嚴(yán)密性控制在50～100Pa/min 的優(yōu)秀水平。

托克托發(fā)電公司通過消除空冷機(jī)組真空系統(tǒng)泄漏點，保證機(jī)組真空嚴(yán)密性，使機(jī)組的真空維持在較高水平，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性、安全性。

4、結(jié)語

托克托發(fā)電公司面對直接空冷機(jī)組夏季高溫天氣真空低嚴(yán)重限制機(jī)組負(fù)荷的問題，努力探索，在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行改造、優(yōu)化運行方式、采取各種改進(jìn)措施，終于解決了空冷機(jī)組限出力的“頑疾”。目前5、6、7、8號機(jī)組運行參數(shù)比剛投產(chǎn)時有了很大的改進(jìn)，機(jī)組供電煤耗有了大幅度下降，機(jī)組運行的安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性都得到了大幅度提升，托克托發(fā)電公司空冷機(jī)組向著600MW空冷先進(jìn)標(biāo)桿機(jī)組邁進(jìn)。

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