直接空冷機組高背壓供熱改造分析

劉冬升，王文營

(1.河北華電石家莊鹿華熱電有限公司，石家莊　050200；2.國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊　050021)

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直接空冷機組高背壓供熱改造分析

劉冬升1，王文營2

(1.河北華電石家莊鹿華熱電有限公司，石家莊050200；2.國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊050021)

摘要：針對直接空冷機組熱效率低、冷端損失大、經濟性差的問題，提出直接空冷機組高背壓供熱的改造方案，從改造后經濟性和安全性方面對該方案進行分析，認為該方案改善了機組經濟性，增加了機組供熱能力，降低了發電煤耗，并對其安全性方面存在的問題提出相關處理措施及建議。

關鍵詞：直接空冷；高背壓供熱；節能；防凍

河北華電石家莊鹿華熱電有限公司(簡稱“鹿華熱電”)汽輪機采用亞臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸、雙排汽、直接空冷抽汽凝汽式汽輪機，型號為CZK330-16.7/0.4/537/537。主要技術參數為：汽輪機進汽壓力16.7 MPa，汽輪機進汽溫度537 ℃，再熱蒸汽溫度537 ℃，額定背壓15 kPa，夏季背壓33 kPa，阻塞背壓8 kPa。額定抽汽工況：抽汽量550 t/h，電負荷264 MW，蒸發量1 167 t/h。鹿華熱電主要承擔石家莊市西部城區采暖的供熱任務，2臺330 MW供熱機組于2011年10月25日、12月24日投產發電。

1直接空冷機組存在的問題

直接空冷系統的汽輪機低壓缸排汽直接進入空冷島翅片管束，空氣通過空冷風機以一定流速流過空冷島的翅片管束，將汽輪機排汽直接冷凝結成水。直接空冷機組與濕冷機組相比，省水約65%，節水效果明顯。直接空冷機組的總熱效率較低，其中通過空冷島排放到大氣中的能量約占總能量的50%以上，大量的余熱未被利用。

2高背壓供熱原理

高背壓供熱改造不改變機組空冷島現狀，汽輪機及原抽汽不做任何更改，在鹿華熱電1號機組增設1臺高背壓凝汽器，回收汽輪機排汽余熱對熱網循環回水進行初級加熱。如圖1，1號機組低壓缸排汽至空冷島進汽總管中引出一路蒸汽至高背壓凝汽器，通過調整空冷島背壓和低壓缸進汽量，調節高背壓凝汽器進汽量。高背壓凝汽器抽真空管路接入1號機組抽真空管路，供熱凝汽器的凝結水回收至1號機組排汽裝置。

高背壓供熱凝汽器與原熱網加熱器采用串聯布置方式。熱網循環回水首先進入高背壓凝汽器進行初級加熱，然后進入熱網循環泵升壓，送至熱網加熱器入口母管。熱網循環水回水經高背壓凝汽器初級加熱，水溫由55 ℃加熱至68 ℃，然后經熱網循環水泵進入原熱網加熱器對熱網循環水進行二級加熱。

圖1　鹿華熱電高背壓供熱改造原理

3改造方案分析

3.1經濟性分析

高背壓供熱利用低壓缸排汽加熱熱網循環回水，可利用乏汽供熱，將余熱損失降低為0，增加機組總供熱量，降低機組煤耗，減少二氧化碳等廢氣排放。高背壓供熱運行期間，汽輪機排汽大部分進入供熱凝汽器，空冷風機停運，可降低空冷風機電耗。供熱初、末期供熱負荷較小，高背壓供熱系統可以滿足熱網供熱要求時，原熱網加熱器不進抽汽，進入熱網加熱器的蒸汽量可用于發電負荷，增加機組發電能力。

3.2安全性分析

直接空冷機組進行高背壓供熱改造后，機組經濟性明顯提高，但高背壓改造后對機組安全性造成一定影響。

3.2.1低壓缸末級葉片的安全性

機組進行高背壓供熱改造后，采暖季需提高機組背壓運行，為充分利用機組余熱，需將機組背壓提高至額定背壓，當機組背壓高于額定背壓時，排汽溫度高于額定背壓下的飽和溫度，低壓缸末級葉片會發生鼓風發熱。當低壓缸末級葉片長時間發生鼓風，低壓缸進入危險運行工況。

熱網系統發生泄漏或熱網循環水泵跳閘使熱網水流量驟減時，熱網循環水量無法冷卻低壓缸排汽，會造成機組背壓升高，而此時機組背壓已在額定背壓或接近額定背壓下運行，對低壓缸末級葉片安全性造成較大影響，尤其當熱網循環水量大幅減少，機組背壓迅速上升時。

3.2.2機組水質的影響

高背壓供熱投運前，必須對高背壓供熱凝汽器進行汽側沖洗，通過排污泵將不合格的沖洗水外排，待水質合格后，將凝結水回收至排汽裝置。由于高背壓凝汽器處于真空系統，高背壓凝結水與機組排汽裝置通過管路連接，沖洗水可能通過管路上關閉不嚴的閥門進入凝結水系統，對凝結水水質造成影響，使凝結水鐵含量短時超標。

3.2.3空冷島翅片防凍的影響

防凍問題是空冷機組最重要的問題，特別是在我國北方嚴寒地區，空冷凝汽器凍結是常見現象，嚴重影響機組的安全運行?？绽淠鞴軆日羝ㄟ^換熱管及翅片把熱量傳給管外空氣，使蒸汽凝結，當管內蒸汽量過小或管外空氣量過大時，蒸汽在管束中沿管長大部分提前凝結為水并沿管壁向下流動，且在流動過程中繼續被冷卻。當溫度下降至0 ℃以下時，流體開始凍結。隨著流體不斷向管壁放熱，凍結程度不斷加劇，最后液體變成固體，凝結為冰。凍結現象發生以后，蒸汽流道變窄，空冷翅片管內流體出現流動速度慢、流動中止或斷流等現象，進一步加劇空冷翅片管內流體凍結現象的發生，嚴重時會凍壞冷卻管束[1]。

高背壓供熱期間，低壓缸排汽進入高背壓凝汽器，空冷島停運列的進汽隔離閥關閉，如進汽隔離閥關閉不嚴，有少量蒸汽漏流，空冷島管束增加了凍結風險。

空冷島每一列的始端和末端翅片最先出現變形。空冷島翅片管束變形會從S型(見圖2)發展至Z型(見圖3)。S型變形一般為彈性變形，可以隨著翅片管束的回暖恢復。Z型變形為永久性變形，不會隨著翅片管束的回暖恢復。

圖2　空冷島翅片管束局部變S形

3.2.4機組真空系統嚴密性的影響

高背壓凝汽器進汽管路直接取自空冷島進汽總管，閥門直徑3 m左右，直徑較大，受閥門開關數次和受熱以及閥門本身質量的影響，閥門難以保持嚴密。

供熱期過后，由于高背壓凝汽器進汽閥門不嚴，高背壓凝汽器內真空與機組真空一致，對機組真空嚴密性造成一定影響，而此時無法打開高背壓凝汽器汽側入孔門進行內部檢修，只能利用停機時間對高背壓凝汽器進行汽側檢修。

圖3　空冷島翅片管束局部變Z形

4處理措施

4.1保障低壓缸末級葉片安全性的措施

為保證機組安全，應控制低壓缸排汽流量，保證低壓缸流量大于低壓缸最小冷卻流量，控制低壓缸排汽溫度不大于額定壓力下的飽和溫度。當低壓缸末級葉片發生鼓風，低壓缸進入危險運行工況時，應增加低壓缸進汽流量，或通過停運列空冷島進汽閥門，調整空冷風機轉速降低機組背壓，使低壓缸末級葉片脫離鼓風區域。

通過低壓缸末級葉片監視軟件，在低壓缸末級葉片鼓風摩擦時，及時發出報警信號，提醒操作人員注意，及時做出調整，縮短危險工況運行時間。當熱網循環水量大幅減少時，立即開啟空冷島進汽隔離閥門，投運空冷島風機，降低機組背壓。

4.2保障機組水質的措施

機組檢修期間，對高背壓凝汽器凝結水與機組凝結水相連管路上的閥門進行精細檢修，可增加一道手動截止閥，增加閥門的嚴密性。

在接近供熱前的檢修期間，可通過外接除鹽水或凝結水對高背壓凝汽器汽側進行數次沖洗，提高高背壓供熱投運時高背壓凝汽器的沖洗水水質，同時可以縮短高背壓凝汽器沖洗時間。

4.3保障空冷島翅片防凍的措施

機組檢修期間，對空冷島各列進汽隔離閥門進行精細檢修。高背壓供熱投運時，空冷島某列進汽閥門關閉后，可以用熱成像儀或點溫計比較閥門前、后溫度是否接近，來判斷閥門是否關閉嚴密。對于閥門嚴密的列，保持長期停運，減少進汽閥門操作，同時用篷布覆蓋各空冷風機的進口格柵，減弱冷空氣對空冷島管束沖擊。對于閥門不嚴的列，可采取回暖措施，每日中午對閥門不嚴列的空冷島開啟進汽閥門40 min進行回暖。在出現極寒天氣時，要加強對空冷島管束翅片的變形檢查，一旦某列出現較大的S型變形或小的Z型變形時，應開啟此列空冷島進汽隔離閥門，保持該列在極寒天氣時運行。

4.4保障機組真空嚴密性的措施

機組檢修期間，對高背壓凝汽器進汽閥門進行精細檢修。高背壓供熱投運前，對高背壓凝汽器水側進行灌水查漏，防止水側管束泄漏進入汽側。運行期間通過真空嚴密性試驗加強真空系統監視，在機組真空嚴密性下降時及時對真空系統排查。

5改造效果

真接空冷機組進行高背壓供熱改造后，節能效果顯著。鹿華熱電通過高背壓供熱改造，相比改造前增加供熱量143 MW，相當于原熱網系統增加了接近200 t/h供熱抽汽，可實現年增加供熱量1 480 TJ，采暖季發電標煤耗降低80～100 g/kWh，提高了機組的循環熱效率。

對直接空冷機組高背壓供熱改造給機組帶來的安全性影響采取上述針對性的保障措施，增加了高背壓供熱的安全性，解決了對低壓缸末級葉片安全性、機組水質、空冷島翅片防凍、機組真空嚴密性造成的影響。

6結論及建議

直接空冷機組高背壓供熱改造充分利用了機組余熱損失，提高了機組循環熱效率，通過采取保障措施，可以增加高背壓供熱改造的安全性。對高背壓供熱改造后機組出現的新問題應認真分析，如高背壓凝汽器沖洗泵為負壓系統運行的泵，在設備選型時要充分考慮沖洗泵的氣蝕余量，保證沖洗泵的出力。對空冷島防凍、熱網循環水驟減等問題應制定專項預案?？绽鋶u進汽閥門不嚴，高背壓凝汽器漏汽、水側閥門泄漏，都會對機組安全性與經濟性造成較大影響，因此對高背壓的安裝工藝、檢修質量要求較高。

參考文獻：

[1]邱麗霞.直接空冷汽輪機及其熱力系統[M].北京：中國電力出版社，2006.

本文責任編輯：王麗斌

Direct Air Cooling Unit High Back Pressure Heating Reform Analysis

Liu Dongsheng1,Wang Wenying2

(1.Hebei Luhua Huadian Shijiazhuang Thermal Power Limited Company,Shijiazhuang 050200，China;2.State Grid Hebei Electric Power Reseach Institute,Shijiazhuang 050021, China)

Abstract:In view of the direct air cooling unit thermal efficiency is low, the cold end loss is big, economical efficiency, high back pressure heating of direct air-cooling units retrofit scheme, from after transforming economy and safety of this scheme is analyzed, put forward the corresponding modification measures and guarantee the safety of indicating the transformation effect.

Key words:direct air cooling;high back pressure heating;energy saving; antifreeze

中圖分類號：TM621

文獻標志碼：B

文章編號：1001-9898(2016)01-0048-03

作者簡介：劉冬升(1987-)，男，助理工程師，主要從事電廠汽輪機專業技術管理等方面工作。

收稿日期：2015-09-12