某600MW直接空冷機組冬季低背壓運行研究及經濟性分析

朱小東， 王乃軍， 胡　鑫， 王鵬輝

（1.華電電力科學研究院，內蒙古呼和浩特010010；2.內蒙古岱海發電有限責任公司，內蒙古涼城013700）

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某600MW直接空冷機組冬季低背壓運行研究及經濟性分析

朱小東1， 王乃軍2， 胡鑫1， 王鵬輝1

（1.華電電力科學研究院，內蒙古呼和浩特010010；2.內蒙古岱海發電有限責任公司，內蒙古涼城013700）

摘要：某600MW發電廠二期機組采用直接空冷方式。直接空冷技術空冷機組進入冬季運行時，鑒于廠家建議，同時迫于空冷島防凍壓力，機組維持較高背壓運行，一般維持高于阻塞背壓3～5kPa，嚴重影響機組運行經濟性。通過對機組運行現狀的調查，分析制約機組冬季低背壓運行的原因，并針對具體的原因制定了詳細的對策及實施措施。措施實施后，在保證空冷凝汽器安全運行的前提下有效降低了機組冬季運行背壓，提高了機組運行經濟性。

關鍵詞：直接空冷； 冬季； 低背壓； 節能

0　引言

某發電廠二期機組裝機容量為2×600MW，汽輪機由上海汽輪機有限公司生產，其型號是N600-16. 67/538/538，型式是亞臨界、單軸、三缸四排汽、一次中間再熱、反動式、直接空冷凝汽式汽輪機。空冷凝汽器由鋁鋼單排橢圓翅片管束按列布置組成。共設有8列8排共64個冷卻單元，配套64臺變頻調速軸流風機，其中每列3、7排為逆流單元，對應風機可反向旋轉，8列共設7個蒸汽分配閥，僅第5列無蒸汽分配閥。

該發電廠二期空冷機組進入冬季運行，鑒于廠家建議，同時迫于空冷島防凍壓力，機組維持高背壓運行，一般維持高于阻塞背壓3～5kPa，按日平均負荷460MW，機組背壓每升高1kPa增加機組煤耗2.32g/kWh計，影響機組煤耗達6.96～11.6g/kWh，嚴重影響機組運行經濟性。本文找出制約機組冬季低背壓運行的原因，針對具體原因制定詳細的對策，在保證空冷凝汽器安全運行的前提下，實現了二期空冷機組冬季低背壓運行，從而降低機組煤耗，提高機組運行經濟效益。

1　空冷系統原冬季運行情況

該電廠所在地海撥1227m，屬典型中溫帶半干旱大陸性季風氣候，冬季持續時間長，且天氣寒冷，一月份平均氣溫低至-13℃，極端最低氣溫達-34.3℃。為了防止空冷系統發生凍損的事故，機組冬季運行時大部分時間將排汽背壓人為地提高3~5kPa。由表1可以看出，冬季機組高背壓運行時，雖然保證了空冷島散熱管束不凍結，但是卻嚴重影響了機組運行經濟性。

表1　冬季高背壓運行數據及折算煤耗損失

2　制約機組冬季低背壓運行的原因分析

直接空冷機組在正常運行中，機組的背壓是經常變化的，影響機組背壓的因素有很多，其中主要有：汽輪機排汽量、環境溫度、空氣流量、真空泵出力等。在外界環境穩定的情況下，機組背壓主要靠改變空冷風機出力（空氣流量）進行調節。由前分析可以知道，二期空冷機組冬季運行背壓偏高，下面將對制約機組冬季低背壓運行的原因進行分析。

2.1運行人員更改背壓設定值不及時

機組在正常運行中，投入AGC自動，機組負荷受到電網調度，頻繁變化。運行規程規定負荷變化大于50MW，運行人員更改背壓設定值延時時間≤5min。由表2可以看出，實際運行中，由于在負荷變化時候需要調整的內容非常多，比如鍋爐制粉系統投停、鍋爐汽壁溫調整等，所以運行人員往往忽視甚至遺忘對空冷系統背壓的調整，造成機組背壓偏高或者偏低，導致的后果就是機組經濟性降低或者空冷島散熱片過冷。所以運行人員更改背壓設定值不及時是制約機組冬季低背壓運行的主要原因之一。

2.2空冷島散熱器及管道漏真空

表2　負荷變化后人員更改背壓設定值平均延時時間

機組在嚴寒天氣運行，若空冷凝汽器系統存在漏空點，漏入的空氣積聚在空冷系統內，將導致蒸汽流被不凝結氣體阻塞，使蒸汽不能暢通流動，不凝結氣體在此過程中形成空氣障，降低空冷散熱器的傳熱系數，從而造成機組運行背壓升高[1]。而且大量的冷空氣漏入散熱器內，使該處散熱器內溫度逐步降低，同時該處壓力增大，隨著泄漏區壓力的增大，導致空冷散熱器內流向此處的蒸汽量逐步減少，加劇了漏空區溫度的降低，隨著時間的延長，漏空點處蒸汽迅速冷凝結冰、積聚，當結冰量積聚到一定程度后，散熱片將變形，嚴重可能出現裂紋，進一步加劇漏空。通過對兩臺機組做真空嚴密性試驗發現，試驗結果不合格，真空系統存在漏點。

2.3冬季低背壓運行措施不完善

該電廠二期空冷機組進入冬季運行，為了保證空冷島散熱管束不凍結，根據廠家建議，機組背壓一般維持在高于阻塞背壓3～5kPa運行，雖然保證了空冷島散熱管束不凍結，卻嚴重影響了機組運行經濟性。生產現場缺乏以試驗數據為支撐的機組低背壓運行的指導措施。

2.4機組低負荷運行空冷系統易凍結

該電廠發電后直接接入華北電網，華北電網負荷峰谷差較大，夜間是環境溫度最低的時段，而夜間機組負荷又較低，甚至常常參與深度調峰，機組負荷降低至260MW，極不利于機組低背壓運行及空冷凝汽器防凍。理想狀態來說，根據廠家說明書，機組正常運行負荷遠遠高于環境溫度所對應的最小空冷熱負荷，見表4，機組在極端環境溫度情況下也不會發生凍結。但實際情況是各列蒸汽分配閥由于種種原因，關閉情況下均有不同程度的內漏現象，所以在低負荷運行期間，由于空冷島進汽量少，加之夜間環境溫度低，隔離列蒸汽分配閥后的空冷管束很容易發生凍結。

表4　環境溫度對應的最小空冷熱負荷（關閉7個隔離閥）

3　降低冬季運行背壓的措施

根據上文分析可以知道，制約機組冬季低背壓運行的主要原因包括：運行人員更改背壓設定值不及時，空冷島散熱片及管道漏真空，冬季低背壓運行措施不完善，機組低負荷運行空冷系統易凍結。根據各個具體原因制定詳細的對策，并且加以實施。

（1）針對運行人員更改背壓設定值不及時，聯系熱工人員，根據圖2蒸汽流量對應阻塞背壓曲線圖，增加了空冷背壓指令自動跟蹤蒸汽流量變化的邏輯。這樣一來，當機組負荷發生變化的時候，空冷系統背壓指令將自動隨著蒸汽流量變化，更改背壓設定值延時時間變為0。

（2）針對空冷島散熱片及管道漏真空的情況，對空冷島負壓真空系統進行全面排查、治理，室外負壓系統利用超聲波檢測法結合使用紅外測溫成像儀，室內負壓系統采用氦氣檢測法，查找空冷島負壓系統漏點。最終查明并解決多個漏空點，尤其發現在四號機A側凝結水總回水管上有一條長約12cm裂縫，該處漏點不僅嚴重影響機組運行背壓，更會由于嚴重的氣塞現象造成排汽裝置液位大幅波動。

真空系統漏空點檢修處理完畢后，重新進行真空嚴密性試驗，試驗結果基本可維持在合格要求值，見表5。

表5　補焊前后真空嚴密性試驗結果

（3）針對冬季低背壓運行技術措施不完善的情況，在保證空冷凝汽器不發生凍結損壞的前提下，組織進行了二期機組不同負荷段低背壓運行試驗，經試驗證明在一定真空嚴密性條件下，保持機組低背壓運行是可行的。然后通過廠用監控系統（SIS）進行數據采集分析，根據試驗結果，完善了空冷島冬季運行技術措施，并且經2014年度冬季運行考核證明是可行的。以下為部分主要控制措施：

1）冬季運行方式下，根據環境風速、機組負荷及空冷島運行情況，環境溫度大于-10℃時，機組設定背壓應控制在高于阻塞背壓0.5～1.0kPa運行，環境溫度小于-10℃時，機組設定背壓應控制在高于阻塞背壓0.5～3.0kPa運行，機組負荷高時，應設低限運行，負荷低時應設高限運行，在確保空冷島安全運行前提下，提高機組運行經濟性[3]。

2）空冷島正常運行期間，盡量保持同列中各風機的頻率相同，低負荷時盡可能保持各排風機多投、低頻運行。絕不允許發生由于某一風機頻率過高造成局部過冷現象[4]。

3）嚴密監視空冷凝汽器各列凝結水溫度，應控制在35℃以上運行，并保證其系統過冷度在2～5℃之間。凝結水的過冷度最大不應超過6.7℃，否則，應啟動一臺真空泵或提高機組背壓。

4）嚴密監視空冷凝汽器各列逆流區抽空氣管壁溫度（每列8個測點），應控制至少5個測點在25℃以上且無低于零下溫度的點運行；嚴密監視抽空氣閥前抽空氣溫度（每列2個測點），應控制不低于25℃。

5）當抽空氣閥前溫度低于25℃時或抽空氣管壁溫度有3點低于25℃，或抽空氣管壁溫度有1點低于0℃時，停運相應列的兩臺逆流風機，10min后，若抽氣口溫度繼續下降，啟動兩臺逆流風機反轉，并維持兩臺風機頻率15Hz，30min后或該列任一凝結水溫度有明顯下降趨勢時停運，并恢復正常運行方式。反轉方式啟動逆流風機時，同列的兩臺風機盡量同時啟停，逆流風機同時反轉的列數不得超過兩列。逆流風機反轉時盡量低頻運行，反轉頻率最大不得超過20Hz。

6）風機投入反轉時，應確認該散熱單元小間隔離門關閉，防止抽吸到相鄰順流風機送出的冷風，保證散熱管束外側可抽吸的為熱風，否則禁止風機反轉[5]。

4　冬季低背壓運行效果檢查

針對具體的制約機組冬季低背壓運行原因，采取了相應措施后，在保證安全的前提下，使機組背壓盡量接近阻塞背壓，雖然空冷風機電耗有所增加，但是總的來說，空冷背壓、發電機組煤耗在入爐煤質穩定的情況下明顯下降。

4.1不同負荷段背壓變化情況

表5　采取措施前后機組背壓情況對比

由表5可以看出，運行人員根據環境和機組負荷情況，人為地在自動阻塞背壓值上設定0.5~3.0kPa的偏置。與采取措施前相比，運行背壓值大大降低。同時避免了僅僅跟蹤阻塞背壓，使得運行背壓過低，造成空冷管束大面積凍結的事故發生前后機組背壓情況發生。

4.2不同負荷段煤耗情況對比

采取上述措施之后，在入爐煤質穩定的情況下，不同負荷段發電機組煤耗明顯下降。

4.3就地空冷管束溫度情況對比

由圖8、圖9就地高、低背壓紅外測溫照片對比可知，低背壓運行期間雖然散熱管束溫度稍低，但溫度分布均勻，不發生凍結情況。

4.4經濟效益計算

按照機組背壓每升高1kPa增加機組煤耗2.32g/kWh計，則背壓降低1kPa單機每月節約標煤768t。標煤單價按照350元/t計，則背壓降低1kPa單機每月節約費用：768t×350元/t=26.8萬元。

根據2015年02月四號機組參數采集統計，機組平均負荷460MW。實施冬季低背壓運行之后，機組的平均背壓由10.6kPa降低至7.5kPa，降幅達到3.1kPa。所以按照日平均負荷460MW計算，實施冬季低背壓運行之后，每月節約費用為：3.1kPa×26.8萬元=83萬元/月。

另外，要使空冷背壓降低，需增加空冷風機出力，空冷風機電耗增加。但是空冷背壓降低，整個機組的熱力系統（制粉系統、凝結水泵、風煙系統）多個轉機電耗略有降低。經過對廠用設備用電的統計，可以知道負荷460MW時，采取低背壓運行前后廠用電耗分別為3.984 萬kWh和4.031萬kWh。按發電成本0.19元/kWh，負荷460MW計算，則每月因為空冷背壓降低，直冷變壓器電耗增加，引起廠用電增加值為：（4.031-3.984）×24× 30×0.19=6.43萬元/月。

所以考慮到廠用電耗的增加，按照日平均負荷460MW計算，實施冬季低背壓運行之后，單臺機組實際節約生產成本：83萬元/月-6.43萬元/月=76.57萬元/月，收益可觀。

5　結語

該電廠二期機組冬季采取低背壓運行之后，發電機組煤耗降低，經濟效益明顯，但在客觀上空冷島管束發生凍結的概率也提高了。這就需要我們擴大試驗負荷及環境溫度范圍，豐富試驗數據，繼續完善空冷島冬季運行技術措施；優化就地紅外測溫巡查，及早發現凍結點；增加空冷背壓的小指標權重，提高運行人員調整積極性；同時還要做好空冷島管束大面積凍結的事故預想。

參考文獻：

[1]續宏.直接空冷機組真空嚴密性試驗方法及漏空原因分析探討[J].熱力透平，2008，37（2）：128~131.

[2]DL/T 1052-2007，節能技術監督導則[S].

[3]李小軍.600 MW直接空冷機組經濟運行分析[J].華北電力技術，2009, （S1）：65~68.

[4]田亞釗.600MW直接空冷機組冬季運行防凍要點[J].電力建設，2006，27（2）：4~6.

[5]王占寬.300 MW直接空冷系統防凍措施[J].內蒙古電力技術，2009，27 （4）：41~43.

修回日期：2016-03-30

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.02.004

中圖分類號：TM621

文獻標識碼：B

文章編號：2095-3429（2016）02-0017-05

作者簡介：朱小東（1983-），男，四川人，學士，工程師，從事火電廠汽輪機專業技術監督工作。

收稿日期：2016-02-16

Winter Low Back Pressure Operation and Economic Analysis of A Certain 600MW Direct Air-cooled Unit

ZHU Xiao-dong1， WANG Nai-jun2， HU Xin1， WANG Peng-hui1
（1.Huadian Electric Power Research Institute，Hohhot 010010，China；2.Inner Mongolia Daihai Power Incorporated Company，Liangcheng 013700，China）

Abstract：In view of the factory suggestion and under the antifreezing pressure of air-cooled inland，the air-cooled unit of the two period in Mongolia dai hai power plant needed to maintain a high back pressure while it operated in winter，usurally with 3-5kPa higher than the blocking pressure.This condition affected the economy of unit operation seriously.，this paper analysed the causes of restricting the unit operation under low pressure in winter and taked detailed countermeasures and measures to solve specific reasons According to the investigation on unit operation status.It was just the implementation of these measures that reduced the back pressure of unit while running in winter in the precondition of ensuring safe operation of the air-cooled condenser，accordingly improving the economy of unit operation.

Key words：direct air cooling； winter； low back pressure； energy saving