600 MW直接空冷機組冬季優化運行試驗研究

時 瑛

(華北電力大學，河北 保定 071003)

1 概述

目前，直接空冷機組在中國的北方地區，特別是在缺少水資源的西北、華北、內蒙古地區大規模應用，中國已成為全世界直接空冷機組裝機容量最大的國家，同時直接空冷機組也成為目前北方地區投產運行機組的主力。由于直接空冷機組存在高背壓、受環境溫度影響大、受風速影響大、廠用電率高等特點，直接空冷機組的經濟性受到了較大影響，如何進一步提高直接空冷機組的運行經濟性，成為當前發電企業研究的課題。關于夏季如何進一步提高直接空冷機組運行經濟性的試驗和研究成果已經比較成熟，但是在冬季如何使空冷機組進一步優化運行，提高其經濟性的相關研究還沒有相對成熟的經驗。北方冬季通常氣溫較低，為防止冷卻器凍損故障的發生，大部分電廠將機組排汽背壓控制在20 kPa左右，排汽溫度高達60 ℃，對直接空冷機組運行經濟性的影響較大。以下對600 MW直接空冷機組冬季的優化運行進行研究。

研究項目位于內蒙古海拉爾地區，低溫維持時間較長，冬季最低溫度可達零下40 ℃，是目前直接空冷機組應用環境溫度最低的地區，具有典型性。試驗機組為600 MW超臨界直接空冷機組，汽輪機采用NZK600-24.2/566/566型超臨界600 MW國產燃煤直接空冷機組。汽輪機排汽采用機械通風直接空冷系統，空冷散熱器管型采用國產化自主生產設計的單面覆鋁鋼基管、鋁翅片單排管，直接空冷凝汽器公用56個冷卻單元，配置56臺交流電機驅動風機，冷卻單元分8列布置，每列7個冷卻單元。

2 試驗研究

2.1 試驗工況

a． 工況一，60%(360 MW)負荷工況下，冷卻段風機5列全投，然后由5列全投改為4列全投；

b． 工況二，75%(460 MW)負荷工況下，冷卻段風機6列全投；

c． 工況三，90%(540 MW)負荷工況下，冷卻段風機6列全投，然后由6列全投改為5列全投；

d． 工況四，100%(600 MW)負荷工況下，冷卻段風機6列全投，然后由6列全投改為5列全投。

2.2 試驗方法

試驗環境溫度-25～-10 ℃；風機在試驗工況下進行對比試驗。排汽壓力從高到低調整控制，空冷系統自動投入，保持各列風機的轉速相同，設置背壓，調整風機轉速(周波)，從18 kPa對應排汽溫度58 ℃逐步降低至10 kPa對應排汽溫度46 ℃左右，視空冷島運行狀況和室外環境溫度確定。排汽壓力每降2 kPa，進行一次測試。測試過程中凝結水溫度最低控制在40 ℃以上(過冷度5～6 ℃)，保證空冷散熱器不發生凍結。試驗期間，測取島外環境溫度，風機轉速(周波)，排汽壓力、排汽溫度，凝結水溫度，凝結水流量，風速、風向，發電機功率等參數。每一工況調整穩定,20 min后開始記錄各參數，連續記錄60 min。環境溫度，風機轉速(周波)，排汽壓力、排汽溫度10 min記錄一次，其它參數15 min記錄一次。

2.3 試驗注意事項

為了防止出現空冷凝汽器大面積冰凍故障發生，制訂了相應的安全防范技術措施。

a. 冬季運行要盡量減少機組啟停，還要盡量避免夜間啟停，尤其是后夜啟停。

b. 增加負荷需要投下一列時，開啟真空門1 min后即可開啟蒸汽蝶閥，蒸汽蝶閥開啟的過程中啟動逆流風機，啟動后以最小轉速正轉，直到疏水溫度由環境溫度上升到0 ℃以上時，再啟動順流風機，不允許順、逆流風機同時啟動。

c. 根據空冷系統冬季整套啟動試運情況，正常投入回暖保護后，仍有部分逆流區冷卻管表面溫度接近0 ℃，這種情況說明逆流區過冷，此時解除對應列回暖保護，人為將逆流風機以最小轉速正轉，若溫度仍沒回升，人為將逆流風機停止或反轉回暖。

d. 若抽空氣口溫度繼續下降，啟動逆流風機反轉，溫度有明顯回升時停止反轉。

e. 空冷島24 h有人值班，每隔1 h進行一次測溫檢查并做好記錄，尤其要重點檢查逆流區與順流區接合部冷卻管束，在逆流區接近抽空氣管道的管束也是溫度最低點，發現異常及時快速聯系主控人員進行回暖調整。

3 試驗結果及分析

3.1 工況一

環境溫度-21.3～-14.8 ℃, 60%(360 MW)負荷下，冷卻段5列投入，排汽壓力由15.8 kPa逐步降低到10.5 kPa,相對真空度由77.45 kPa提高到82.6 kPa，實測排汽溫度由56.1 ℃降低到47.8 ℃, 凝結水溫度由53.9 ℃降低到44.9 ℃，空冷系統運行穩定，凝結水過冷度2.2～2.9 ℃，順流風機頻率由17 Hz增加到25 Hz, 逆流風機頻率12.4～15 .2 Hz，風機耗電量僅增加55%，10 kPa下耗電量510 kW，僅占夏季額定負荷工況風機耗電量1/10左右。60%(360 MW)負荷下，排汽壓力18 kPa，運行方式由5列改為4列，相同參數下對比試驗，順流風機頻率由21.8 Hz增加到34.7 Hz，風機耗電量由401.9 kW增加到806.6 kW，增加1倍以上。

3.2 工況二

環境溫度-21～-15.6 ℃，75%(460 MW)負荷下，冷卻段6列投入，排汽壓力由16 kPa逐步降低到10.6 kPa,相對真空度由77.4 kPa提高到83.6 kPa，實測排汽溫度由57.2 ℃降低到48. 1 ℃,凝結水溫度由54.9 ℃降低到45.6 ℃，空冷系統運行穩定，凝結水過冷度僅2.3～2.5 ℃，順流風機頻率由15 Hz增加到22.8 Hz, 逆流風機頻率11.3～16.4 Hz，風機耗電量增加50%，10 kPa下耗電量550 kW。

3.3 工況三

環境溫度-16.3～-11.9 ℃, 90%(540 MW)負荷下，冷卻段6列投入，排汽壓力由16.1 kPa逐步降低到10.27 kPa,相對真空度由77.3 kPa提高83.6 kPa，實測排汽溫度由62.5 ℃降低到50.6 ℃, 凝結水溫度由52.4 ℃降低到43.2 ℃，空冷系統運行穩定，凝結水過冷度7.4～10.1 ℃，順流風機頻率22.8～31.5 Hz, 逆流風機頻率由12 Hz增加到15 Hz，風機耗電量由482.6 kW增加到993.5 kW，增加1倍以上。60%(360 MW)負荷下，排汽壓力18 kPa，運行方式由6列改為5列，相同參數下對比試驗，順流風機頻率由25.5 Hz增加到35.5 Hz，風機耗電量由629.4 kW增加到1 037.9 kW，增加了65%。

3.4 工況四

環境溫度-16.7～-10 ℃, 2號機組100%(600 MW)負荷下，冷卻段6列投入，排汽壓力由16.1 kPa逐步降低到10.4 kPa，相對真空度由77.8 kPa提高到83.6 kPa，實測排汽溫度由60.1 ℃降低到50.8 ℃,凝結水溫度由54.2 ℃降低到42.7 ℃，空冷系統運行穩定，凝結水過冷度5.9～8.1 ℃，順流風機頻率由28.5 Hz增加到40.8 Hz,逆流風機頻率12.7～14.5 Hz，風機耗電量由764.2 kW增加到1 752 kW，增加1.3倍。負荷600 MW，背壓10 kPa，風機頻率約42 Hz，冷卻段6列投入，除個別順流區下部局部位置溫度偏低外，其余順流區一切正常，但是絕大多數逆流區域與順流區域結合部位都有8～10根管束凍結且溫度非常低，與試驗前相同，加強逆流風機4臺同時回暖，化凍效果不好。100 %(600 MW)負荷下，排汽壓力18 kPa，相同參數下運行方式由6列改為5列，順流風機頻率由

30.7 Hz增加到42.1 Hz，風機耗電量由832.8 kW增加到1 551.1 kW，增加86%。

4 結論

a. 根據試驗結果可以推論，在環境溫度-10～-20 ℃時，對于600 MW超臨界機組，60%～100%負荷范圍，在背壓12～13 kPa下，空冷系統可安全穩定運行。

b. 在460 MW負荷下，環境溫度-21～-15.6 ℃，排汽壓力由16 kPa降到10 kPa，計算熱耗下降405 kJ/kWh,供電煤耗可下降13.8 g/kWh；而在600 MW負荷下，環境溫度-16.7～-10 ℃，排汽壓力由16 kPa降到10 kPa，計算熱耗下降402.9 kJ/kWh,供電煤耗可下降13.7 g/kWh。據此推論，600 MW超臨界機組背壓從18～19 kPa降到12～13 kPa運行，供電煤耗可下降約13 g/kWh，優化運行可取得較好經濟效益。

c. 根據試驗結果，360 MW負荷及相同背壓下，4列運行比5列運行風機耗電量增加1倍；530 MW、600 MW負荷及相同背壓下，5列運行比6列運行風機耗電量也增加近1倍。因此可以推斷，在各負荷工況下，要盡可能使風機多列投運，且保持低速同步運轉，可以大幅降低風機耗電量。

d. 變頻風機頻率降低，風機耗電量下降幅度較大，如在20 Hz運行耗電量僅是40 Hz運行的1/4，顯現出變頻風機高效節電的特點。所以采用所有風機低頻運行，可較大幅度降低廠用電。

e. 隨著機組負荷的增加，背壓下降時，風機功耗增加呈現上升趨勢，而且會出現管束部分區域溫度降低的情況，存在冰凍的趨勢，此時需要嚴格控制背壓。