一機雙島空冷互聯系統改造技術應用

張鑫

（北方聯合電力有限責任公司包頭第一熱電廠，內蒙古 包頭014060）

某熱電廠2×300MW 機組分別于2007 年12 月和2008 年10 月建成并投產，從保證機組安全經濟運行的角度出發,通過對2×300MW 機組空冷互聯系統在單臺機組總散熱面積、單臺機組冷卻單元、空冷系統變頻風機的額定轉速、夏季空氣干球溫度、外界風速、以及汽輪機低壓缸排氣下造成對背壓影響率的深入探索研究為重點,來實現增強單臺機組的度夏能力，降低發電煤耗、提高機組運行時的經濟性、安全性、穩定性，從而直觀地反映出采取這些節能降耗措施的效果。為適應供熱要求，1號機組已實施了高背壓供熱改造。采暖季節，1 號機組可通過機組背壓乏汽余熱進行供熱，2 號機組仍采用汽輪機抽汽供熱。而在非采暖季，且單臺機組發電運行時，發電負荷波動幅度在50%～100%范圍內。

1 2×300MW 機組直接空冷島系統原始工程設計簡介

單臺機組總散熱面面積為838050m2，直接空冷島系統單臺機組中共有30 個冷卻單元，每個冷卻單元由10 塊冷卻翅片管束和一個軸流風機組成。

從兩臺機組改造前5 月-10 月平均負荷為63%時，汽輪機平均背壓在15.7Kpa 左右內變化。說明兩臺機組的空冷島散熱性能基本滿足原設計要求。當兩臺機組分別在夏季獨立運行發電的平均負荷為63%時，主機背壓值偏高。尤其是單臺機組處于夏季午后，機組背壓值達到當天最高值，該時間段機組表現出帶負荷能力差，機組發電煤耗也同時增大。因此，為了進一步提高機組的帶負荷能力，改善機組的運行經濟性，有必要從降低機組運行背壓著手。所以，采用擴大機組排汽冷卻面積的方法，再利用現有的冷卻資源條件基礎，通過充分利用相鄰機組的空冷面積，來增加單臺機組運行時的冷卻面積，從而降低單臺機組運行時的背壓壓力。

2 一機雙島空冷互聯改造內容與技術關鍵點

單臺機組的空冷系統構造是由汽輪機低壓缸排出的乏汽經由1 根排汽管道引至主廠房外，再分出6 根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5 個冷卻單元相連接，單臺機組共有30 各冷卻單元，每個冷卻單元由10塊冷卻翅片管束和一個軸流風機組成。[1]10 塊翅片管束以約60度角組成的等腰三角“A”型結構構成，“A”型兩側分別為5 個管束，管束的長度為9.8/8.8m。在設計氣溫17.9℃時，外界風速為5m/s, 空冷系統變頻風機在額定轉速下，夏季空氣干球溫度為31.5℃，外界風速為5m/s，汽輪機低壓缸100%排汽下，背壓不大于30kPa。

根據空冷系統現有資料的基礎，我們根據空冷系統設計說明書及其運行時的性能曲線等主要技術參數來初步估算；接入兩列使單臺機組由原來的6 列×5 臺布置變成8 列×5 臺共40臺風機運行布置，而所有風機以100%額定速度運行，則單臺機組汽機背壓可以降低約6～8kPa。

2.1 空冷島抽真空系統設計

抽真空系統設計是分別將1 號機組的第五、六列抽真空管道合并后接入2 號機組第三列抽真空管道上，再將2 號機組的第五、六列抽真空管道合并后接入1 號機組第三列抽真空管道上。最后在連接管道上和原機組空冷島下的主抽真空管道上均增設電動真空隔離閥，并在閥前安裝疏水接口，疏水接至原各臺機組第四列散熱器中去。

2.2 空冷島凝結水系統設計

凝結水系統設計是分別將1 號機組的第五、六列與2 號機組的第五、六列凝結水管道互聯。原凝結水管道上的測壓、測溫儀表仍拆裝于原位。在連接管道上和原機組空冷島下的主凝結水管道上均增設電動真空隔離閥。并且在空冷島上兩機之間加裝電動和手動各一道隔離閥。

2.3 乏汽系統設計

乏汽系統設計是將1 號機組的第五、六列的水平管道進行擴管、延伸并互聯，且加裝一道電動真空蝶閥。乏汽經過熱網凝結器系統再流到主供熱管道中進行供熱熱量補償。這一種設計完全實現了資源再利用的目的。

3 一機雙島空冷互聯系統的控制方案

采用冗余配置方式的DCS 控制系統, 對整體一機雙島空冷互聯系統內的工藝參數進行采集，納入原有直接空冷島DCS控制系統架構保持不變，每臺機組增加的閥門控制指令、反饋信號以及工藝流程圖來實現遠程控制。

當單臺機組運行時，打開真空管道互聯隔離閥，關閉不運行機組的抽真空隔離閥。并打開凝結水管道隔離閥，關閉不運行機組的凝結水管道隔離閥。凝結水回至乏汽來汽機組的凝結水系統。當兩臺機組同時運行時，打開各機組的抽真空管道隔離閥，關閉兩臺機組間的抽真空隔離閥。并打開各臺機組的凝結水隔離閥，關閉兩臺機組間的管道互聯隔離閥，空冷散熱器凝結水回到各本臺機組排汽裝置熱井。這樣做是使其一部分排汽流至另一臺空冷島散熱器進行冷卻，從而分擔另一臺機組直接空冷散熱器的散熱任務，達到降低機組運行背壓的目的。當進入冬季模式時則須開啟抽真空母管上的電動閥和手動閥，這是為了防凍所用。并將新增設的閥門接入自動控制系統，再通過已做好的冬、夏季模式、防凍保護模式的無擾切換邏輯組態傳入其空冷系統后，便可以實現2 臺機組一機雙島間的切換運行，同時也可實現夏季高溫時以更低的背壓運行或機組以高負荷率運行時，還可以保證不影響采暖季時機組的單元制運行。

4 經濟效益分析

經過本項改造工程結束后利用一年的運行周期來統計出非采暖季節時單臺機組發電平均負荷為63%≈189MW 時，汽機背壓與往年相比平均可降6kPa；平均負荷為70%≈210MW 時，汽機背壓與往年相比平均可降7kPa；平均負荷為80%≈240MW時，汽機背壓與往年相比平均可降8kPa。那么利用發電標準煤耗率計算公式：

根據該熱電廠全年熱效率平均在92%-93%之間。由此可得出發電煤耗在平均負荷為63%、70%、80%較往年可分別降約8.9g/KW·h、10.4g/KW·h、11.8g/KW·h。再根據熱負荷計算年耗煤量公式：

由此可推算出在非采暖期平均負荷為63%可節約發電標煤0.62 萬噸，年節約煤耗費用約198.4（萬元/年）。平均負荷為70%可節約發電標煤0.81 萬噸，年節約煤耗費用約259.2（萬元/年）。平均負荷為80%可節約發電標煤1.01 萬噸，年節約煤耗費用約323.2（萬元/年）。此項目不僅達到了降低煤耗的指標，還具有結構安全、冷卻蒸汽分配更均勻的優勢。

5 結論

某熱電廠2×300MW 機組一機雙島空冷互聯改造工程是非采暖季單機發電降背壓項目。此項目技術改造節能效果明顯，經濟效益良好，不僅降背壓和節能煤耗指標一致，同時具有結構安全、可靠，冷卻汽量分配均勻等優點。項目完成后還成為我國目前第一例改造成功并投產利用的工程，此項工程還榮獲了“國家級節能減排財政政策典型示范項目”的稱號。一機雙島空冷互聯系統項目不僅充分發揮了單機帶負荷的度夏能力，而且還達到了火力發電廠機組夏季降背壓節能發電的需要。由于煤價與機組負荷率變數多，這些因素都會對回收投資有著很大影響。所以，此項改造工程不僅體現了其經濟性、穩定性，還有一定的代表性，與常規空冷機組的技術路線相比較，具有一定的技術創新性和很強的前瞻性。可在同類型熱電廠中進行推廣性發展，有著未來火力發電廠走向低碳環保、節能降耗的進步前景。