解列加熱器對高背壓直接空冷機組的影響分析

李嘉華　侯艷峰　常莉

摘 要：直接空冷機組由于可以極大減少火力發電過程中的耗水量，因此在我國北方地區廣泛使用。但由于各種各樣的原因，機組背壓在夏季炎熱環境下達到一個很高的水平，過高的背壓會限制機組功率，而此時又是用電量高峰期，要求機組能夠接近甚至達到額定功率。文章首先分析機組背壓高的原因及對策，然后從機組本身入手，通過計算，定性分析出解列加熱器對機組負荷的影響，為通過解列加熱器提高負荷提供參考。

關鍵詞：直接空冷機組；解列加熱器；高背壓

引言

我國是全球13個貧水國之一，尤其北方缺水情況尤為嚴重[1]。而我國北方山西、陜西、新疆等地有豐富的煤炭資源。為有效解決富煤貧水地區的發電問題，我國北方大量建造使用了直接空冷機組。與傳統水冷機組不同，直接空冷機組將汽輪機排汽排入空冷凝汽器，以空氣作為冷卻介質。采用直接空冷機組可以使電廠總耗水量降低75%以上[2]。由于空冷凝汽器以空氣作為冷卻介質，因此環境溫度對直接空冷機組背壓影響很大，冬季背壓較低，而夏季背壓較高，夏季環境溫度很高時機組背壓甚至超過40kPa[3]，達40-45kPa。較高的背壓將會嚴重制約機組出力，限制機組負荷。而環境溫度很高的時間段也是用電負荷很高的時間段，有時甚至要求機組滿負荷發電。韓永魁[4]等人提出加裝尖峰噴霧系統、濕式冷卻系統等措施降低背壓。但這些措施均需要提前準備。對于未裝此類設備，而又必須要求機組滿負荷發電的機組，或者在各種降低背壓措施都使用但依然無法保持負荷的情況下，就需要從機組本身入手，采取措施。

文章首先分析了機組背壓高的原因及對策，然后以N300-16.7MPa/538℃/538℃直接空冷機組為研究對象，計算在相同主蒸汽流量、不同高背壓下解列不同加熱器后機組負荷、各加熱器抽汽口流量壓力等參數，定性分析出解列不同加熱器對機組負荷的影響。為機組通過解列加熱器從而保證發電負荷提供理論依據。（如圖1所示）

圖1中，NO.1為1號高壓加熱器，NO.2為2號高壓加熱器，NO.3為3號高壓加熱器，NO.4為除氧器，NO.5為5號低壓加熱器，NO.6為6號低壓加熱器，NO.7為7號低壓加熱器。該機組空冷島包括24個空冷單元，分為6列4排，每個空冷單元配一臺風機，風機額定功率110kW，風量598■。設計條件下夏季工況汽輪機背壓15kPa。表1為各加熱器端差；表2為設計條件下機組回熱系統抽汽點參數，此時機組功率300MW，主蒸汽流量953t/h。

1 機組背壓高的原因及對策

保持較低的排汽壓力需要空冷凝汽器有足夠的換熱量，否則排汽壓力便會升高，而換熱量的多少與換熱系數、換熱面積、換熱溫差等許多因素有關，導致換熱量降低的主要有環境因素、設備因素、人員因素三方面因素。

1.1 環境因素

環境因素主要包括風、光照、氣溫、風沙等因素。

風會影響流過空冷單元的冷卻風量，隨著風速的增加，冷卻風量會減少，過大的風還會導致“倒灌”現象的發生，使冷卻風量驟然降低。同時，處在空冷島邊界的空冷單元還有可能出現“熱風再循環”現象，導致冷卻風溫度上升，降低換熱效果[5]。

例如新疆哈密等夏季光照強烈的地區，夏季午后直接暴露在陽光中的表面溫度甚至可達80℃，這樣的換熱表面溫度勢必會嚴重降低換熱效果[6]。

北方夏季多為炎熱干燥氣候，有時白天空氣溫度甚至可達45℃，在空冷單元冷卻風體積流量相同時，較低的冷卻風溫比較低的冷卻風溫有更好的換熱效果。很高的冷卻風溫會使換熱溫差降低，降低換熱效果。

在北方如新疆等地為灰塵風沙較多的環境，這種環境下換熱面積灰很快，如不及時清理，換熱面積灰后會增加換熱熱阻，降低換熱效果。

1.2 設備因素

設備因素主要包括空冷島冷卻裕量、真空嚴密程度等因素。對于一些機組，在設計過程中對夏季工況考慮不充足，導致空冷島冷卻裕量不能滿足需要，此時沒有足夠的換熱面積進行換熱，便會導致排汽壓力升高。

由于直接空冷機組真空系統龐大，焊口焊點很多，不可避免地導致系統潛在漏點多，從而使機組真空嚴密性差，惡化傳熱效果[7]。

1.3 人員因素

設備的正常運行需要工作人員的“細心呵護”。工作人員對工作的應付、懈怠、責任心不強會使設備得不到應有的“呵護”，導致檢查、檢修、維護不及時或不到位[8]，使設備不能工作在最佳狀態下。

1.4 對策

對于環境因素，可以通過加裝“擋風墻[9]”等方式降低自然風對空冷島的影響，也可以在電廠周邊植樹造林[8]，改善周邊環境，減少風沙。對于設備因素，可以加裝尖峰噴霧系統、濕式冷卻系統等，同時認真查找空冷系統漏點，及時堵漏[7]。對于人員因素，應當采取措施增強工作人員的責任心，狠抓設備整治和各項管理工作的情況。機組在多風沙等環境惡劣環境下工作時，也應更加頻繁地對換熱管進行清理，特別是采用高壓水沖洗的方法，深度清潔換熱器外部翅片中的積灰、雜草、飛蟲等雜物，從而保證設備的工作狀態。

2 高背壓工況解列加熱器的計算及分析

2.1 未解列加熱器背壓40kPa

主蒸汽流量953t/h不變，未解列任何加熱器的條件下背壓達到40kPa時，解列各加熱器后，機組回熱系統抽汽點參數如表3所示。

根據表3可得出以下結論：

（1）排汽壓力由0.015MPa升至0.040MPa時，功率下降明顯，由300MW下降至276.91MW，下降7.80%。

（2）汽輪機排汽壓力升高時，各抽汽口壓力均升高。各抽汽口流量均下降，且越到末級，抽汽口流量下降越明顯。

（3）解列NO.1后，參數變化最明顯，功率由276.91MW上升至291.15MW，上升5.14%。排汽壓力由0.040MPa上升至為0.044MPa，上升10%。排汽流量由651.93t/h上升至700.51t/h，上升7.45%。

（4）解列NO.2后，參數變化明顯程度小于解列NO.2，功率略有上升，由276.91MW上升至279.88MW，上升1.07%。排汽壓力由0.040MPa上升至0.042MPa，上升5%。排汽流量由651.93t/h上升至671.68t/h，上升3.03%。

（5）解列NO.3后，功率有所下降，排汽流量有所下降，排汽壓力變化不明顯。

（6）解列NO.5、NO.6、NO.7后，功率有所下降，排汽流量有所上升，排汽壓力變化不明顯。

2.2 未解列加熱器背壓45kPa

主蒸汽流量953t/h不變，未解列任何加熱器的條件下背壓達到45kPa時，解列各加熱器后，機組回熱系統抽汽點參數如表4。

根據表4可得出以下結論：

（1）排汽壓力由0.015MPa升至0.045MPa時，功率下降明顯，由300MW下降至274.26MW，下降8.58%。排氣壓力由0.040MPa升至0.045MPa時，功率下降不明顯，由276.91MW下降至274.26MW，下降0.96%。

（2）汽輪機排汽壓力升高時，各抽汽口壓力均升高。除NO.4以外，各抽汽口流量均下降，且越到末級，抽汽口流量下降越明顯。

（3）解列NO.1后，參數變化最明顯，功率由274.26MW上升至288.08MW，上升5.04%。排汽壓力由0.045MPa上升至為0.049MPa，上升8.89%。排汽流量由654.60t/h上升至703.94t/h，上升7.54%。

（4）解列NO.2后，參數變化明顯程度小于解列NO.2，功率略有上升，由274.26MW上升至276.95MW，上升0.98%。排汽壓力由0.045MPa上升至0.046MPa，上升2.22%。排汽流量由654.60t/h上升至674.94t/h，上升3.11%。

（5）解列NO.3后，功率有所下降，排汽流量有所下降，排汽壓力變化不明顯。

（6）解列NO.5、NO.6、NO.7后，功率有所下降，排汽流量有所上升，排汽壓力變化不明顯。

3 結束語

（1）隨著背壓的升高，機組功率下降明顯，但趨勢放緩。

（2）主蒸汽流量不變時，解列NO.1時功率升高最明顯，但排汽流量以及排汽壓力升高也最明顯，解列NO.2效果次之，解列其它加熱器甚至會降低功率。

（3）文章計算工程中保持主蒸汽流量不變，旨在得到定性結論，而鍋爐均有裕量，因此在背壓升高導致負荷下降時，應當充分利用鍋爐裕量，鍋爐達到最大出力后再考慮通過解列加熱器維持功率。

（4）不同機組解列某一或某幾級加熱器時會有不同的效果，因此在解列前應當進行充分分析與準備。

（5）解列加熱器會造成機組效率下降，降低經濟性，應當視為一種在迫不得已時才應使用的方式。各電廠應當未雨綢繆，通過及時沖洗空冷凝汽器換熱管束、提前加裝尖峰噴霧系統、濕式冷卻系統等措施保證機組在夏季最惡劣的環境條件下能夠達到額定出力。

（6）在解列加熱器前應當確認如下工作：加熱器抽汽閥、逆止閥關閉；啟動電動給水泵熱備用；活動加熱器危急疏水門，確保加熱器疏水暢通可靠。加熱器解列過程中要及時調整汽包、除氧器以及熱井水位；及時使用噴水減溫對主蒸汽及再熱蒸汽氣溫進行調節，防止過熱器及再熱器超溫[10]。在汽輪機排汽壓力較高的情況下，解列加熱器后短時間內會使流量發生突變，此時應密切注視排汽壓力變化，嚴防超限引起機組保護動作。

參考文獻

[1]趙一丹.影響直接空冷機組穩定運行的因素與對策探究[J].科技創新與應用，2015，13：126.

[2]戴振會，孫奉仲，王宏國.國內外直接空冷系統的發展及現狀[J].電站系統工程，2009，25（3）：1-4.

[3]王燁，楊曉國.關于降低直接空冷機組背壓與節約燃煤消耗之分析[J].中國電業（技術經濟），2015，4：63-65.

[4]韓永魁，王進，閻國治.直接空冷機組夏季限負荷問題的分析研究[J].山西電力，2012，5：62-64.

[5]楊立軍，郭躍年，杜小澤，等.環境影響下的直接空冷系統運行特性研究[J].現代電力，2005，22（6）：39-42.

[6]劉麗華.環境因素影響下火電直接空冷系統性能研究[D].北京，華北電力大學，2014.

[7]段向兵，周李鵬，張明遠，等.提高直接空冷機組夏季出力的探[J].電力建設，2010，31（3）：56-59.

[8]王保忠.解決空冷機組夏季出力受阻的對策[J].華北電力技術，2003，7：49-50.

[9]高曉軒.北方地區直接空冷系統的常見問題及預防[J].產業與科技論壇，2015，14（5）：81-82.

[10]耿曉波，俞輝.淺析高加解列中的若干問題[J].汽輪機技術，2004，46（5）：395-396.

作者簡介：李嘉華（1992-），男，碩士研究生，所在院校：華北電力大學（保定），主要從事熱力發電廠節能技術的研究。

侯艷峰（1989-），男，碩士研究生，所在院校：華北電力大學（保定），主要從事熱力發電廠節能技術的研究。