多措并舉提高機組真空解決空冷機組出力受限

陳秀軍

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

[關鍵詞]空冷 出力受限 尖峰凝汽器 噴淋 超頻

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

0引言

直接空冷系統夏季低真空運行是影響機組安全、經濟運行的主要問題。內蒙古大唐國際托克托發電有限責任公司（以下簡稱：托克托發電公司）5、6、7、8號直接空冷機組從投產以來一直面臨夏季限負荷的問題。當環境溫度大于30℃時，負荷500MW工況，機組平均真空只有-57kPa。（機組額定容量600MW，實際最高負荷只能達到500MW，鍋爐熱負荷已達到最大連續設計熱負荷）。每年6、7、8月份電網處于迎峰渡夏高負荷運行時期，在此期間電網對負荷的需求偏高，因此夏季機組會出現長時間大負荷、低真空的運行工況。在這種工況下，一旦出現大風天氣及熱風回流等不利條件，極易造成機組真空低RB動作、甚至因真空低機組跳閘。

1、系統概述

托克托發電公司是我國最大的火力發電公司，目前擁有8×600MW和2×300MW在役火電機組，2×660MW在建火電機組，其中5、6、7、8號機組為4×600MW直接空冷汽輪發電機組，排汽采用直接空氣冷卻技術冷卻。直接空冷系統由空冷凝汽器、空冷風機、凝汽器抽真空系統及空冷散熱器清洗系統等組成。每臺機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型結構，兩側分別布置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、空冷系統存在的問題

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

2.1 空冷機組真空低，影響電網負荷調度、調整。每年6、7、8月份電網處于迎峰渡夏高負荷運行時期，在此期間電網對負荷的需求偏高，而由于夏季環境溫度高，空冷系統散熱差無法滿足機組滿負荷運行，機組被迫降出力運行，造成機組出力無法滿足電網需求，影響電網負荷調度、調整。在電網上旋備不足時，給電網運行造成安全隱患。

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

2.3 環境溫度高，空冷機組真空低，嚴重影響機組運行經濟性。托克托發電公司地處內蒙古呼和浩特托克托縣燕山營鄉，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月份托克托發電公司空冷機組平均真空只有-57kPa（機組設計背壓：13.8kPa，當地夏季大氣壓平均值為88.91kPa）。5、6、7、8號機組的供電煤耗夏季月平均值達到350g/kWh（比機組平均煤耗偏大約20g/kWh），嚴重影響了機組運行的經濟性。

3、提高機組真空的方法和途徑

托克托發電公司空冷機組因夏季高溫真空低，給機組運行的安全性、經濟性、穩定性造成了嚴重影響，制約了企業健康發展。托克托發電公司面對挑戰，努力探索，通過采取多種真空優化手段，徹底解決了夏季空冷機組真空低機組負荷受限的難題。下面介紹托克托發電公司提高機組真空所采取的方法和途徑：

3.1 對空冷島散熱面進行水沖洗和噴淋，提高機組真空

春季內蒙地區風沙大，托克托發電公司周圍柳絮較多，一部分柳絮隨風附著在空冷凝汽器的散熱片上，如清洗不及時會導致空冷凝汽器換熱效率降低，直接影響機組真空。

為了提高空冷系統冷凝效果，托克托發電公司每年春季開始定期對空冷凝汽器散熱片進行水沖洗。下面對沖洗工藝進行簡要說明：整個空冷管束沖洗一般由空冷風室外部向內自動沖洗。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動裝置、齒形帶清洗裝置及驅動機構、噴嘴架組成，通過自動控制裝置可實現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春季當連續7天最低環境溫度高于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當空冷散熱器內表面沾有柳絮等，目測贓污表面積占該單元總表面積約1/6～1/5及以上時，應及時投入沖洗，直至贓污部分清潔為止。

③在最大風速小于5m/s，相同負荷，相同運行風機臺數及頻率下穩定運行30min以上，兩臺機組背壓偏差大于2.5 kPa時投入背壓偏高機組空冷島水沖洗。

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

另外：為了減少機組出力受阻和提高運行經濟性，托克托發電公司利用空冷島噴淋系統進行水噴淋。空冷島噴淋系統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， 從而增強空冷凝汽器的凝結效果。空冷島噴淋系統改善了空冷機組散熱器的散熱，降低了機組背壓， 提高了機組出力。采用空冷島噴淋系統后，在可接受的噴水強度下，可以將散熱器溫度降低4 ℃左右，汽輪機背壓可下降5kPa 左右。

3.2 通過加裝尖峰凝汽器，解決空冷機組夏季真空低的“頑疾”

面對5、6、7、8號直接空冷機組夏季負荷嚴重受限的問題，托克托發電公司全體職工奮勇而上，力克難題。6、7號空冷機組通過尖峰凝汽器改造，徹底解決了空冷機組夏季真空低負荷受限的難題。5、6號空冷機組和7、8號空冷機組各有一套機房循環冷卻水系統，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遠大于機房冷卻水所攜帶的熱量，冷卻水塔經常看不到熱氣。托克托發電公司利用現有冷卻系統，在6、7號機組加裝了尖峰凝汽器系統，以實現空冷機組夏季低背壓運行。所謂尖峰凝汽器就是在夏季空冷機組靠直接風冷無法維持正常真空，投入部分傳統水冷凝汽器，維持機組真空，提高機組帶負荷能力。

以6號機組為例介紹空冷機組加裝尖峰凝汽器系統。在6號空冷機組排汽裝置出口的兩根 DN6000mm的排汽主管道兩側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）。兩個凝汽器的汽側連接在兩根 DN6000mm的排汽主管道兩側的安全隔膜處，凝汽器的水側連接在機房循環水回水管道上，通過循環水回水進行冷卻。尖峰凝汽器的投運，減少了機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，對機組設備沒有其他不利影響。6號機通過尖峰凝汽器的投運，機組真空提高了約7kPa，機組供電煤耗平均下降了約7.5g/kWh。托克托發電公司通過加裝尖峰凝汽器，徹底解決了空冷機組夏季出力受限的難題，保證了機組的安全、經濟、穩定運行。

3.3 通過空冷風機超頻運行，提高空冷機組真空

托克托發電公司通過試驗確定了空冷風機頻率、電流、總功率和機組背壓之間的關系。環境溫度26℃，機組500MW工況，空冷風機頻率、電流、總功率、機組排汽背壓之間的關系如圖2：

通過對空冷風機頻率、總功率、機組排氣背壓的分析得出：當環境溫度高于10℃或機組負荷高于450MW時，風機頻率運行在50～55 Hz比較經濟。風機的額定頻率為50Hz，風機長時間超頻運行會對減速機造成損傷。托克托發電公司根據空冷風機制造廠家、風機的特性確定部分風機可以超頻運行：5號機（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號機全部；7號機（2排2、1排6、2排4、3排2、5排6）；8號機（2排6、2排7、4排4、5排2、5排7）。

托克托發電公司通過空冷風機超頻運行，提高了機組平均真空約2kPa，減少和避免了機組限出力的運行，提高了機組運行的安全性和經濟性。

3.4 消除真空系統的泄漏點，提高真空系統嚴密性

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

托克托發電公司通過消除空冷機組真空系統泄漏點，保證機組真空嚴密性，使機組的真空維持在較高水平，提高了機組的經濟性、安全性。

4、結語

托克托發電公司面對直接空冷機組夏季高溫天氣真空低嚴重限制機組負荷的問題，努力探索，在現有設備基礎上進行改造、優化運行方式、采取各種改進措施，終于解決了空冷機組限出力的“頑疾”。目前5、6、7、8號機組運行參數比剛投產時有了很大的改進，機組供電煤耗有了大幅度下降，機組運行的安全性、穩定性、經濟性都得到了大幅度提升，托克托發電公司空冷機組向著600MW空冷先進標桿機組邁進。

參考文獻：

[1] 孔昭文，焦曉峰，樊澤國等.600MW空冷機組夏季優化運行試驗與分析論[J].內蒙古電力技術，2012，30（1）：103-106.

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