600 MW直接空冷機組空冷控制系統邏輯優化

李 波,楊 輝

（通遼第二發電有限責任公司,內蒙古 通遼 028011）

1 設備及系統概況

1.1 設備概況

通遼電廠3期工程5號機組汽輪機為哈爾濱汽輪機廠有限責任公司生產的亞臨界參數、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、直接空冷凝汽式600 MW汽輪機組,型號為NZK600-16.7/538/538-2。空冷散熱器由哈爾濱空調股份有限公司生產,散熱器為雙排管,64個冷卻單元,總散熱面積為1 653 379 m2,設計迎面風速為2.2 m/s,設計散熱系數為31W/（m2?K）。空冷風機為保定惠陽航空螺旋槳制造廠生產的軸流冷卻風機,型號為GTF91D8-C1132,風機直徑為9.144m,每臺風機有8個葉片,靜壓為116 Pa。

1.2 空冷系統簡介

從汽輪機低壓缸排出的乏汽,經由2根DN6000排汽管引出主廠房外,垂直上升到37.5 m后向兩側引出8根DN 3000蒸汽分配管將乏汽引入空冷凝汽器頂部的配汽聯箱。每組配汽聯箱與8個冷卻單元連接,每個冷卻單元由8塊冷卻翅片管束和1臺直徑為9.14 m的軸流風機組成。當乏汽通過聯箱流經空冷凝汽器的翅片管束時,大量的冷空氣被軸流風機吸入通過翅片管外部進行表面換熱,將乏汽的熱量帶走,從而使排汽凝結為水。凝結水由凝結水管收集后排至凝結水箱,由凝結水泵升壓,送至汽輪機熱力系統。汽輪機排汽中70%～80%的乏汽在順流凝汽器中被冷卻形成冷凝水,剩余蒸汽隨后在逆流凝汽器中被冷凝。

2 空冷系統存在的問題

a.空冷系統冬季防凍性能較差,防凍措施單一。空冷機組在冬季運行的防凍問題至關重要,在機組運行期間暴露出各列、同一散熱片各管束之間蒸汽分配不均,導致氣溫過低時部分管束過冷,內排管溫度低于外排管10～30℃,管束凍結較普遍,造成膨脹不均,局部散熱片變形。空冷系統凍結后,完全由運行人員手動進行回暖操作,空冷系統防凍調整工作量大,運行人員稍有疏忽,就可能造成嚴重后果。

b.空冷防凍保護及自動調節邏輯不完善,空冷自動不能正常投入。主要原因是原設計逆流單元防凍保護動作時,順流風機轉速保持直至逆流單元防凍保護解除,此過程中造成順流單元過冷甚至凍結。順流單元防凍保護邏輯也存在同一問題,且順流單元防凍保護溫度測點取自母管,無法監測各單元實際狀況,不能及時將機組背壓及凝結水過冷度調至最佳狀態。投產后,特別是冬季空冷自動一直不能正常投入運行。

3 空冷系統控制邏輯優化

為實現空冷系統的自動投入,保證空冷系統冬季運行安全,盡可能降低背壓,提高機組運行經濟性,重點解決以下問題。

3.1 對真空嚴密性不合格進行治理

圖1 單臺風機防凍保護示意圖（以10列6號風機為例）

空冷系統真空嚴密性試驗結果為520 Pa/min,未達到設計標準。空冷設備探測器是空冷系統查找泄漏的主要設備,對空氣外漏產生紊流現象較為敏感,為此在4、5列加裝抽真空門,在抽真空母管上加裝壓縮空氣充氣門,使1、2、3、6、7、8列具備打風壓條件。2009年1月利用機組停機備用對空冷島1、2、3、6、7、8列分別打風壓至0.035 MPa進行正壓查漏。另外,在機組停機、室內設備噪音較小時,空冷系統背壓保持在機組運行狀態,用查漏儀進行檢測查漏。通過對真空系統的查漏治理,真空嚴密性試驗結果達到120 Pa/min,為空冷系統自動控制運行奠定了基礎。

3.2 空冷系統控制邏輯優化

為保證空冷系統冬季安全運行,增加了防凍保護報警畫面及聲光報警,畫面中包括：順流、逆流及單臺風機的防凍保護報警及防凍保護動作時間;防凍保護動作后顯示紅色,保護動作時間超過15 min后顯示紅色,同時在汽輪機報警光字牌一覽內顯示“防凍保護動作超時”并發出聲音報警,提示運行人員根據實際情況人為干預風機運行方式,避免發生空冷系統凍結事故。另外,增加“空冷危險”聲光報警,在環境溫度低于-15℃且負荷低于350 MW時啟動。

機組冬季啟動過程中,空冷系統各溫度測點在機組停運時表面結冰,不能正確顯示真實值。防凍保護處于動作狀態,所有風機不能正常啟動。為此,增加防凍保護投切按鈕,以便在機組啟動及處于特殊運行方式時可以人工切除

正常運行過程中,各單元凝結水溫度偏差較大,整列防凍邏輯不能滿足防凍的需要,對此,增加單臺順流風機防凍保護邏輯：當某順流單元凝結水溫度低于25℃時,順流風機“防凍保護”動作報警提示,同時順流風機轉速以一定速率降低（轉速最低為22.5 r/min）,若15 min后順流單元凝結水溫度不能恢復,報警“×列×單元凝結水溫度低”,提示運行人員是否需要停止風機運行（人為干預）。當順流單元凝結水溫度大于35℃時,順流風機報警解除,防凍保護結束,自動啟動恢復正常壓力控制。控制邏輯見圖1。

空冷島防凍保護原設計分為兩大部分,當順流風機防凍保護觸發時該列順流風機以一定速率降至最低轉速,該列逆流風機保持恒定轉速;當逆流風機防凍保護觸發時該列逆流風機以一定速率降至最低轉速,該列順流風機保持恒定轉速。但在實際運行中,逆流風機防凍保護動作后,逆流風機降至最低轉速仍不能使防凍動作條件解除（抽真空溫度不能上升至防凍保護解除條件）,需要降低順流風機轉速才能實現防凍功能。為此,增加逆流風機防凍保護動作后3min不能恢復則順流風機防凍保護動作邏輯。

為避免運行人員操作的滯后性,提高機組安全性、經濟性,設計了環境溫度、機組負荷及背壓關系曲線,背壓控制由原來運行人員設定單回路控制調節改為由環境溫度、機組負荷及背壓關系曲線進行自動控制（見表1）。

4 優化效果

a.完善了空冷自動與保護功能,通過邏輯優化,使機組順、逆流防凍保護正常投入,有效消除了機組冬季空冷結凍隱患。特別是環境溫度低于-15℃時,未發生空冷散熱片局部凍結與變形,空冷系統根據抽口溫度和凝結水溫度自動實現防凍調整,最大程度保證了空冷系統防凍安全。

表1 環境溫度、機組負荷及背壓關系kPa

b.確定了機組負荷、環境溫度、背壓之間的對應關系,使機組能夠根據機組負荷與當前環境溫度情況自動調節經濟背壓運行。在環境溫度低于-10℃時能夠保持背壓低于設計值4 kPa長期運行,保證了機組運行最大經濟效果。

c.實現空冷自動控制系統能夠全過程投入。機組啟停過程中,空冷各列風機逐級實現步序控制,有效降低啟停機過程中結凍危險,降低運行人員的操作強度。

d.機組供電煤耗有較大幅度下降,2008年冬季累計完成供電煤耗370 g/kW?h,2009年冬季累計完成供電煤耗360 g/kW?h,平均煤耗下降約10 g/kW?h。

通遼電廠5號機是首臺600 MW國產化的空冷示范項目工程,雖然投產后運行較為穩定,但在空冷自動控制、防凍保護等方面存在不少問題。通過對空冷系統的優化,完善了空冷系統自動控制邏輯,在國產空冷機組自動控制方面積累了寶貴的經驗。