600MW機組空冷島優化運行試驗分析

李 偉，陳 勇，任江波，陳 陽，劉興暉，馬 力，郭大民，孫運海

（華能國際電力股份有限公司上安電廠，石家莊 050310）

目前，直接空冷機組在我國水資源相對匱乏的西北、華北地區大規模使用，成為北方地區投產運行機組的主力。但由于空冷機組存在高背壓、受環境影響大廠用電率高等特點，影響了機組的經濟性［1］。由于在目前運行狀況下，機組背壓與機組廠用電率成反趨勢，即，提高空冷風機的頻率，降低背壓，但廠用電率會大幅提高，成為矛盾。以下結合華能國際電力股份有限公司上安電廠（簡稱“華能上安電廠”）600MW直接空冷發電機組空冷島的優化運行方式進行試驗，以確定機組經濟、優化運行工況。

1 空冷島系統概況

華能上安電廠3期工程為2臺600MW直接空冷發電機組，汽輪機為超臨界、一次中間再熱、三缸、四排汽（雙分流低壓缸）單軸直接空冷凝汽式600MW 汽輪機，機組型號 N600－24.2/569/569。汽輪機排汽采用直接空氣冷卻技術冷卻，空冷島（ACC）主要由空冷凝汽器、空冷風機、凝汽器抽真空系統及空冷空冷凝汽器清洗系統等組成。每臺機組空冷平臺上共安裝有56組空冷凝汽器，分為8排冷卻單元垂直A列布置，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個空冷凝汽器管束組成，以接近60°角組成等腰三角形A形結構，兩側分別布置6個空冷凝汽器管束。空冷凝汽器管束為單排扁平翅片管，采用鍍鋁防腐工藝處理。每組空冷凝汽器下部設置1臺軸流變頻調速冷卻風機，風機額定頻率50Hz，具有超頻能力到55Hz。冷卻風機使空氣流過空冷凝汽器管束外表面將排汽凝結成水，流回到排汽裝置。

2 空冷島優化運行試驗目的

為了確定空冷島在不同負荷、不同環境溫度下的最優運行方式，進行了空冷島優化運行試驗。空冷島優化試驗根據機組實際負荷情況，在不同運行負荷下（試驗環境溫度基本相同）改變空冷風機頻率，記錄不同風機頻率下發電機功率、主變壓器功率（上網電量）、空冷島風機變電流、機組背壓、鍋爐容量風、鍋爐總煤量，得出不同風機頻率下發電煤耗、生產供電煤耗并進行對比，確定機組空冷風機超頻運行的條件及低負荷運行背壓。

改變風機頻率，機組的風機耗電量、背壓將變化，如果背壓降低對煤耗的影響值大于空冷風機耗電量增加對煤耗的影響值，即生產供電煤耗下降（考慮風機耗電量增加因素），可確定此時的頻率（或背壓）是經濟的。

3 優化運行試驗方法

a.確認環境的邊界條件可以進行試驗。

b.機組正常運行狀態，鍋爐停止吹灰，機組補水保持穩定。調整運行參數，并維持參數穩定，盡可能減少干擾因素，使偏差及波動值符合試驗規程要求，輔助蒸汽系統由鄰機帶。

c.機組燃料量不變的運行工況下的變背壓特性試驗：在試驗運行負荷下，直接調整空冷島風機轉速的方式改變各項主要運行參數，觀察汽輪機背壓變化過程中機組負荷的變化情況。試驗期間注意控制主要運行參數的穩定。

d.不同環境溫度下的最優空冷風機運行方案試驗：試驗環境溫度下，調整風機轉速，記錄煤耗的變化及空冷島風機功率的變化，確定風機的最佳運行方式。風機轉速調整時的最高超頻轉速按現場實際控制。

e.各工況下風機調整后，穩定運行工況30 min，記錄試驗各項參數。包括發電機功率、機組背壓、風機變進口電流、風機頻率、大氣壓力、環境溫度。試驗溫度按照實際運行負荷下的環境溫度進行，盡量控制同負荷下的環境溫度接近。實際試驗工況隨試驗時實際環境溫度確定。

f.試驗結束，匯總分析試驗數據。

4 優化運行試驗過程分析

4.1 各負荷下超頻運行試驗

4.1.1 320MW 負荷

2012年8月23日和24日1：00—5：00，環境溫度19℃，5號機組平均負荷320MW，C、E、F磨煤機組運行，調高空冷風機頻率，運行數據見表1。

表1 320MW負荷試驗數據

通過表1可知：機組負荷約320MW，環境溫度19℃，只將空冷風機的頻率輸出指令由29.70Hz改變為39.39Hz，風機頻率提高9.69Hz，在其他參數基本不變的情況下，空冷島背壓降低3.17kPa，平均給煤量減小8.08t/h，生產供電天然煤耗減小21.13g/kWh。經分析認為，該工況下對應供電天然煤耗的背壓與煤耗的變化率為6.67g/kPa，提高風機頻率降低背壓運行經濟。

4.1.2 480MW 負荷

2012年8月24日，5號機組負荷480MW，B、C、E、F磨組穩定運行，改變頻率穩定運行60min后采集數據，見表2。

表2 480MW負荷試驗數據

通過表2可知：機組負荷約480MW，環境溫度26℃，只將空冷風機的頻率輸出指令由52.62Hz改變為48.67Hz，風機頻率減低3.95Hz，在其他參數基本不變的情況下，空冷島背壓升高0.88kPa，平均給煤量增加1.856 4t/h，生產供電天然煤耗升高4.18g/kWh。經分析認為，該工況下對應供電天然煤耗的背壓與煤耗的變化率為4.75g/kPa，風機超頻率運行經濟。

4.1.3 450MW 負荷

2012年8月24日，6號機組負荷450MW，A、B、C、E、F磨組穩定運行，改變頻率穩定運行25min后采集數據，見表3。

表3 450MW負荷試驗數據

通過表3可知：機組負荷約450MW，環境溫度25.7℃，只將空冷風機的頻率輸出指令由53.75 Hz改變為49.8Hz，風機頻率減低3.93Hz，在其他參數基本不變的情況下，空冷島背壓升高0.93 kPa，平均給煤量增加3.738 4t/h，生產供電天然煤耗升高8.07g/kWh。經分析認為，該工況下對應供電天然煤耗的背壓與煤耗的變化率為8.68g/kPa，風機超頻率運行經濟。

4.1.4 540MW 負荷

2012年8月28日，6號機組負荷540MW，A、B、C、E、F磨組穩定運行，改變頻率穩定運行30min后采集數據，見表4。

表4 540MW負荷試驗數據

通過表4可知：機組負荷約540MW，環境溫度26℃，只將空冷風機的頻率輸出指令由53.65Hz改變為48.79Hz，風機頻率減低4.86Hz，在其他參數基本不變的情況下，空冷島背壓升高1.45kPa，平均給煤量增加12.78t/h，生產供電天然煤耗升高22.04g/kWh。經分析認為，該工況下對應天然供電煤耗的背壓與煤耗的變化率為15.2g/kPa，風機超頻率運行經濟。

4.1.5 365MW 負荷

2012年8月29日，6號機組負荷365MW，B、C、E、F磨組穩定運行，02：50改變頻率穩定運行40 min后采集數據，見表5。

表5 365MW負荷試驗數據

通過表5可知：數據說明：機組負荷約365 MW，環境溫度24℃，風機頻率減低8Hz，在其他參數基本不變的情況下，空冷島背壓升高0.55 kPa，平均給煤量增加1.42t/h，生產供電天然煤耗升高2.81g/kWh。經分析認為，該工況下對應供電天然煤耗的背壓與煤耗的變化率為5.11g/kPa，風機超頻率運行經濟。

4.1.6 360MW 負荷

生產系統變化管理是天脊集團“大系統、大安全、大裝置”中的重中之重。天脊集團對變化管理高度重視，專門成立了由董事長、總經理為組長的變化管理監督考核領導組，各級領導干部把變化管理作為每天第一過問的事、高度關注的事、必須落實的事來嚴抓細抓。同時，積極推行變化管理網絡化、標準化、程序化、規范化的管理工作模式，嚴格實行零報告制度。

2012年8月30日，6號機組負荷360MW，B、C、E、F磨運行。02：30將頻率由45Hz升至53 Hz。風機升頻前后數據見表6。

表6 360MW負荷試驗數據

通過表6可知：機組負荷360MW，環境溫度22℃，風機頻率調高9.62Hz，在其他參數基本不變的情況下，空冷島背壓降低1.41kPa，平均給煤量減小6.62t/h，由于空冷風機用電增加使上網電量在發電負荷少0.78MW情況下減少1.75MW，但背壓下降較多，生產供電天然煤耗減小14.35g/kWh。經分析認為，該工況下對應供電天然煤耗的背壓與煤耗的變化率為10.18g/kPa。

4.2 連續調整背壓試驗

2012年9月5日，5機組進行10kPa到8kPa連續降背壓試驗，C、E、F磨煤機運行，B磨磨煤機2：00啟動，3：30停運，6：00啟動，試驗數據見表7、表8。

從表7、表8數據分析可以看出，隨著背壓降低，煤耗總趨勢降低（除去B磨煤機啟停的影響），在4：00降負荷后，背壓降至8kPa，煤耗依然下降。

表7 5號機組背壓由10kPa降至9kPa試驗數據

表8 5號機組背壓由9kPa降至8kPa試驗數據

5 試驗結果

從以上的試驗可以得出空冷風機超頻運行在經濟上是可行的，超頻時負荷越低煤耗降低越多，超頻越高煤耗降低越多。機組負荷在360MW以上，環境溫度16℃以上時，機組空冷島宜采用超頻方式運行，超頻頻率指令宜設置在54Hz。每降低背壓1 kPa大約可以降低天然供電煤耗5g，折合標煤大約為3g/kWh。

在2012年8月后對5號、6號機組采用以上試驗調整運行方式，記錄優化運行過程中空冷島電耗比例及背壓數據，并與2011年數據進行比較，見表9、表10。

表9 5號機組數據比較

表10 6號機組數據比較

與2011年同期相比，2012年8月－11月5號機組空冷島電耗平均上升0.28%，背壓平均降低1.7 kPa，以8月－11月5號機組發電量102 297萬kWh計算，5號機組可減少用煤量102 297萬kWh×3g/kWh×1.7＝5 217t，標煤單價856.95元，可節約燃料成本5 217×856.95≈447.1萬元。6號機組空冷島電耗平均上升0.255%，背壓平均降低2.58kPa，以8—11月發電量117 392萬kWh計算，6號機組可減少用煤量117 392萬kWh×3g/kWh×2.58＝9 086t，可節約燃料成本2 726×856.95≈778萬元。

6 結論及建議

600MW機組空冷島風機在機組負荷360MW以上、環境溫度16℃以上超頻運行（或環境溫度16℃以下機組低背壓運行），雖增加了空冷風機的耗電量，使機組廠用電率升高，但由于降低了機組的運行背壓，總體上生產供電煤耗下降，在保證機組安全運行情況下，將背壓控制在低限運行可大幅減少燃煤的消耗，為電廠帶來良好的經濟效益。但空冷風機超頻運行中可能會產生一些安全隱患，因此，應合理控制空冷風機超頻的工況及過程。

a.當機組運行負荷及環境溫度與試驗工況不同時，可采用下述簡單試驗方法判斷空冷風機是否采用超頻運行：機組運行參數穩定，改變空冷島風機頻率至另一頻率，觀察機組背壓的變化量，根據夏季及秋季變背壓試驗中得到的單位背壓變化對機組功率的影響值，計算風機頻率變化后影響機組出力的變化量。根據夏季及秋季試驗中獲得的空冷島風機耗功的試驗結果，確定空冷島風機頻率變化導致的空冷島風機耗功變化量，并與計算出的機組出力變化量比較，如增加的空冷島耗功量小于機組出力的增加量，則應采用較高的空冷島風機運行頻率。

b.空冷風機超頻時容易造成空冷風機繞組溫度過高，所以要注意控制空冷風機繞組溫度在允許范圍之內，由于空冷風機超頻造成空冷段進線開關的諧波污染，應防止發生開關機械脫扣現象。

c.超頻運行時要注意各排冷卻單元的抽空汽溫度，防止發生凝結水過冷。冬季空冷風機不適合超頻運行，否則對空冷島的防凍不利。

［1］ 時 瑛.600MW 直接空冷機組冬季優化運行試驗研究［J］.河北電力技術，2012，31（6）：16－17，34.