供熱方式下SCAL間接空冷系統(tǒng)降低背壓運(yùn)行和防凍的應(yīng)用實(shí)踐

趙建剛, 孫　婧, 商元甲, 董曙君

(1. 華電電力科學(xué)研究院 內(nèi)蒙古分院， 呼和浩特 010020；　2. 內(nèi)蒙古超高壓供電局，

呼和浩特 010080；　3. 內(nèi)蒙古京能康巴什熱電有限公司， 內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000)

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供熱方式下SCAL間接空冷系統(tǒng)降低背壓運(yùn)行和防凍的應(yīng)用實(shí)踐

趙建剛1, 孫婧2, 商元甲3, 董曙君3

(1. 華電電力科學(xué)研究院 內(nèi)蒙古分院， 呼和浩特 010020；2. 內(nèi)蒙古超高壓供電局，

呼和浩特 010080；3. 內(nèi)蒙古京能康巴什熱電有限公司， 內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000)

摘要：通過350 MW SCAL間接空冷系統(tǒng)的介紹以及在冬季供熱期的運(yùn)行工況的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)積累，對冬季采取降低背壓運(yùn)行方式和冬季扇區(qū)的防凍措施進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：SCAL間接空冷系統(tǒng)冬季可以通過有效的防凍措施降低其背壓運(yùn)行，顯著提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：SCAL間接空冷系統(tǒng)； 降低背壓； 防凍措施

SCAL間接空冷系統(tǒng)以其特有的運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性在北方地區(qū)得到越來越多的應(yīng)用?，F(xiàn)在大多數(shù)SCAL間接空冷系統(tǒng)為純凝汽式，冬季即使帶低負(fù)荷，由于其百葉窗較直接空冷的優(yōu)勢，防凍壓力也不是很大，可以降低背壓運(yùn)行提高其經(jīng)濟(jì)性；而內(nèi)蒙古京能康巴什熱電有限公司冬季還得對外供熱，這進(jìn)一步對SCAL間接空冷冬季防凍提出更高的要求。筆者通過制定有效的技術(shù)措施，在保障機(jī)組安全運(yùn)行的前提下提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

1設(shè)備概況

1.1 系統(tǒng)簡介

機(jī)組的凝汽器為表面式凝汽器，水側(cè)通入循環(huán)水用來冷卻汽輪機(jī)的排汽，循環(huán)水受熱后經(jīng)循環(huán)水泵加壓進(jìn)入自然通風(fēng)間冷塔的福哥型空冷散熱器由空氣冷卻，循環(huán)水經(jīng)冷卻后重新回到表面式凝汽器，由此完成閉式循環(huán)。為防止循環(huán)水泵汽蝕，穩(wěn)定系統(tǒng)壓力，設(shè)置了起補(bǔ)償作用的膨脹水箱[1]。該系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1) 主機(jī)循環(huán)水密閉運(yùn)行，實(shí)際耗水量較少，可采用低揚(yáng)程循環(huán)水泵，減少功率消耗，適宜北方缺水地區(qū)使用。

(2) 凝汽器型式為表面式，凝結(jié)水與循環(huán)水分開運(yùn)行，且均為除鹽水閉式循環(huán)，這使得凝汽器管束幾乎沒有臟堵。

(3) 凝汽器管束通常采用不銹鋼管，間冷塔采用鋁材質(zhì)的福哥型散熱器，為減小金屬腐蝕率控制循環(huán)水的pH值在8.5～10，以保證其使用壽命。

(4) 采用鋁質(zhì)翅片管散熱器，垂直布置于間冷塔外，可減小間冷塔體積，散熱器雖面積較小，但換熱效果好[2]。

內(nèi)蒙古京能康巴什熱電有限公司為2臺350 MW燃煤、超臨界、供熱、SCAL間接空冷機(jī)組。該機(jī)組的循環(huán)水不僅要冷卻來自汽輪機(jī)排汽，還要冷卻來自汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)的排汽。間冷塔采用一機(jī)一塔形式,每臺發(fā)電機(jī)組對應(yīng)一座自然通風(fēng)間冷塔,冷卻三角垂直布置，循環(huán)水系統(tǒng)為單元制，每臺機(jī)組配3臺定速循環(huán)水泵，穩(wěn)壓水箱和低位貯水箱設(shè)置于塔內(nèi)。循環(huán)水流程見圖1。

1.2 空冷系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)

空冷系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)如下[3]：

(1) 現(xiàn)場條件：冷卻塔0 m層海拔674.1 m，多年極端最高溫度7.4 ℃，多年極端最低溫度-31.4 ℃，多年年平均大氣壓力867.5 Pa，多年平均相對濕度51%。

(2) 表面式凝汽器：設(shè)計(jì)背壓夏季28 kPa、冬季10 kPa，機(jī)組阻塞背壓8 kPa，設(shè)計(jì)循環(huán)水流量42 070 m3/h。

(3)間接空冷塔系統(tǒng)：冷卻塔高度155 m，喉部平均直徑78 m，扇區(qū)數(shù)量8個(gè)，24 m高冷卻三角數(shù)量134個(gè)，18 m高冷卻三角數(shù)量2個(gè)，翅片管面積(三角)8 830 m2。

(4) 循環(huán)水系統(tǒng)：循環(huán)泵數(shù)量3臺33%，循環(huán)泵電動(dòng)機(jī)額定功率1 000 kW，電壓等級6 kV，額定轉(zhuǎn)速495 r/min，揚(yáng)程18.6 m，水質(zhì)為除鹽水。

2供熱期運(yùn)行方式

采用間接空冷系統(tǒng)，冬季為提高其經(jīng)濟(jì)性必須降低背壓運(yùn)行，但降低背壓運(yùn)行的同時(shí)必然增加要防凍的難度，并且機(jī)組冬季還要進(jìn)行對外供熱，這進(jìn)一步加大了冬季運(yùn)行的防凍難度。機(jī)組供熱期汽輪機(jī)最大設(shè)計(jì)排汽量為359.997 t/h，熱量為205.04 MW，而實(shí)際供熱期平均負(fù)荷率為65%，負(fù)荷率遠(yuǎn)小于額定采暖工況；之前把給水泵汽輪機(jī)排汽設(shè)計(jì)為排入主機(jī)凝汽器，優(yōu)化后單獨(dú)設(shè)置了給水泵循環(huán)水系統(tǒng)，實(shí)際給水泵汽輪機(jī)排汽未排入主機(jī)凝汽器，而主機(jī)間冷散熱面積并未做改變(當(dāng)時(shí)考慮為降低夏季最熱時(shí)的背壓值)。所以實(shí)際進(jìn)入凝汽器的熱量遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，這使間冷系統(tǒng)冬季運(yùn)行防凍壓力進(jìn)一步增大，很難降低背壓值運(yùn)行；但是經(jīng)過冬季供熱期的實(shí)際運(yùn)行和分析實(shí)踐, 將機(jī)組的背壓值由設(shè)計(jì)的10 kPa降為6 kPa,間冷系統(tǒng)未發(fā)生過凍結(jié)現(xiàn)象。

2.1 運(yùn)行方式

主機(jī)間冷冬季運(yùn)行2臺循環(huán)水泵(1臺備用)，全部8個(gè)扇區(qū)投入運(yùn)行(有助于冬季防凍)，主機(jī)間冷循環(huán)水進(jìn)水溫度控制在25～27 ℃，回水溫度控制在20～22 ℃，冷卻三角平均壁溫控制在15～20 ℃。這種方式已運(yùn)行4個(gè)多月，未發(fā)現(xiàn)冷卻三角凍結(jié)現(xiàn)象。

2.2 技術(shù)措施

(1) 當(dāng)環(huán)境溫度>5 ℃時(shí)，主機(jī)間冷進(jìn)入夏季工況，開大主機(jī)間冷百葉窗，降低主機(jī)間冷循環(huán)水回水溫度，并控制凝汽器端差在規(guī)定范圍(當(dāng)凝汽器循環(huán)水入口溫度≤14 ℃時(shí)，端差≤9 K；當(dāng)14 ℃<凝汽器循環(huán)水入口溫度<30 ℃時(shí)，端差≤7 K；當(dāng)凝汽器循環(huán)水入口溫度≥30 ℃時(shí)，端差≤5 K)。

(2) 當(dāng)環(huán)境溫度在-5～5 ℃時(shí)，控制主機(jī)間冷扇區(qū)金屬壁溫在(13±1)℃，防止間冷扇區(qū)散熱器結(jié)凍，并保證凝汽器最佳真空。

(3) 當(dāng)環(huán)境溫度在-10～-5 ℃時(shí)，控制主機(jī)間冷扇區(qū)金屬壁溫在(15±1)℃。

(4) 當(dāng)環(huán)境溫度在-15～-10 ℃時(shí)，控制主機(jī)間冷扇區(qū)金屬壁溫在(19±1)℃。

(5) 當(dāng)環(huán)境溫度<-15 ℃時(shí)，控制主機(jī)間冷扇區(qū)金屬壁溫在(21±1)℃。

(6) 如果就地金屬壁溫<10 ℃，關(guān)小或關(guān)閉對應(yīng)百葉窗，直至金屬壁溫回升至20 ℃[4]。

3供熱期降低背壓運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性分析

設(shè)計(jì)與實(shí)際供熱工況運(yùn)行參數(shù)對比見表1。

表1　設(shè)計(jì)與實(shí)際供熱工況運(yùn)行參數(shù)

由于內(nèi)蒙古地區(qū)發(fā)電機(jī)組比較多，送出線路和地區(qū)負(fù)荷較少，所以機(jī)組實(shí)際負(fù)荷率較低，而且機(jī)組供熱抽汽量平均只有280 t/h，低于額定供汽量380 t/h，導(dǎo)致機(jī)組效率較設(shè)計(jì)值偏低；但是機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中將背壓值由原來設(shè)計(jì)的10 kPa降為6 kPa，機(jī)組綜合供電煤耗降低約10.4 g/(kW·h)(每降低1 kPa的背壓值，可降低約2.6 g/(kW·h)煤耗)，按供熱期6個(gè)月發(fā)電量2.0×109kW·h算，單這一項(xiàng)就節(jié)約標(biāo)煤208 000 t,經(jīng)濟(jì)效益明顯。

4供熱期防凍措施

在冬季最冷、供熱量最大、進(jìn)入凝汽器熱量最少時(shí)，為了滿足機(jī)組防凍要求特制定了以下防凍措施：

(1) 當(dāng)環(huán)境溫度低于-5 ℃時(shí)，空冷各扇區(qū)最低冷卻柱溫度不得低于12 ℃，否則調(diào)高扇區(qū)出水溫度，直至最低冷卻柱溫度高于14 ℃。

(2) 冬季運(yùn)行期間循環(huán)水泵保持2臺運(yùn)行,如果全關(guān)百葉窗，扇區(qū)出水溫度仍達(dá)不到15 ℃以上，立即啟動(dòng)第3臺循環(huán)水泵或申請?jiān)黾訖C(jī)組負(fù)荷。

(3) 冬季運(yùn)行時(shí)(環(huán)境溫度低于2 ℃)，開啟各扇區(qū)進(jìn)回水旁路手動(dòng)門，保證旁路管道處于流動(dòng)狀態(tài)，并且開啟各扇區(qū)排空管回水手動(dòng)門，防止排空管回水管道結(jié)凍。

(4) 冬季工況下，空冷扇區(qū)的投入應(yīng)在鍋爐點(diǎn)火旁路投入后逐步進(jìn)行，扇區(qū)充水時(shí)必須保證2臺循環(huán)泵同時(shí)運(yùn)行，并且扇區(qū)充水前循環(huán)水熱水溫度應(yīng)大于45 ℃。

(5) 事故情況下空冷防凍措施：①冬季運(yùn)行工況下，機(jī)組無論甩負(fù)荷或者跳機(jī)，所有百葉窗都應(yīng)該立即關(guān)閉；②如果發(fā)生循泵跳閘僅有1臺循泵運(yùn)行的情況，立即程控退出主機(jī)間冷6個(gè)扇區(qū)運(yùn)行，保留2個(gè)扇區(qū)，防止單臺循環(huán)水泵過負(fù)荷跳閘或扇區(qū)冷卻管束內(nèi)水流速過緩導(dǎo)致管束凍損；③機(jī)組供熱系統(tǒng)跳閘凝汽器排汽量突然增大時(shí)，應(yīng)連接真空泵，并且根據(jù)扇區(qū)冷卻柱溫度和出水溫度適度增大百葉窗開度，并就地測溫[5]。

5結(jié)語

內(nèi)蒙古京能康巴什熱電有限公司投產(chǎn)1年多來，對2臺機(jī)組間冷系統(tǒng)冬季供熱期從運(yùn)行方式的改進(jìn)、循環(huán)水的溫度控制、扇區(qū)的邏輯保護(hù)設(shè)定和防凍措施的修改完善等方面進(jìn)行了深入的分析,并且進(jìn)行了多次試驗(yàn),使機(jī)組在安全運(yùn)行的前提下經(jīng)濟(jì)性得到了大幅提高。

參考文獻(xiàn)：

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Operation Practice of a SCAL Indirect Air Cooling System at Reduced Backpressures in Heating Mode and the Anti-freezing Measures

Zhao Jiangang1, Sun Jing2, Shang Yuanjia3, Dong Shujun3

(1. Inner Mongolia Branch, Huadian Electric Power Research Institute, Hohhot 010020, China;2. Inner Mongolia Extra High Voltage Power Supply Bureau, Hohhot 010080, China;3. Inner Mongolia Jingneng Kangbashi Thermal Power Co., Ltd., Erdos 017000,Inner Mongolia Autonomous Region, China)

Abstract：An analysis was conducted on the operation mode at reduced backpressures and the anti-freezing measures of a 350 MW SCAL indirect air cooling system in winter heating period, based on actual operation data and many years’ experience. Results show that the SCAL indirect air cooling system can be operated at reduced backpressures in winter by taking effective anti-freezing measures, so as to remarkably improve the operation economy of the unit.

Keywords：SCAL indirect air cooling system; reduced backpressure; anti-freezing measures

中圖分類號：TK264.11

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1671-086X(2016)02-0124-03

作者簡介：趙建剛(1984—)，男，工程師，從事汽輪機(jī)試驗(yàn)及技術(shù)監(jiān)督工作。E-mail: dalian134679@163.com

收稿日期：2015-09-06