淺談300MW火電機(jī)組直接空冷系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化分析

司小寧

寧夏六盤(pán)山熱電廠

淺談300MW火電機(jī)組直接空冷系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化分析

司小寧

寧夏六盤(pán)山熱電廠

火電機(jī)組采用空冷凝汽器與采用濕冷凝汽器相比，其最大優(yōu)勢(shì)是能大幅度節(jié)水，但其初投資會(huì)增加較多，火電機(jī)組空冷系統(tǒng)分為直接空冷系統(tǒng)和間接空冷系統(tǒng)，直接空冷系統(tǒng)的應(yīng)用占主流。對(duì)于采用直接空冷系統(tǒng)的機(jī)組，初投資一般增加8%～10%左右，空冷裝置的初投資幾乎與鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的投資在數(shù)量上相當(dāng)。

火電機(jī)組；直接空冷；運(yùn)行

電廠空冷系統(tǒng)主要指汽輪機(jī)的排汽直接用空氣來(lái)冷凝，空氣與蒸汽進(jìn)行熱交換，凝結(jié)成水回到排汽裝置，它與常規(guī)濕式冷卻方式(簡(jiǎn)稱(chēng)濕冷系統(tǒng))的主要區(qū)別是避免了循環(huán)冷卻水在冷卻塔中直接與空氣接觸所帶來(lái)的蒸發(fā)、風(fēng)吹損失以及開(kāi)式循環(huán)的排污損失，消除了蒸發(fā)熱、水霧及排污水等對(duì)環(huán)境造成的污染，由于空冷方式用空氣直接冷卻汽輪機(jī)排汽或用空氣冷卻循環(huán)水再間接冷卻汽輪機(jī)排汽構(gòu)成了密閉的系統(tǒng)，所以在理論上它沒(méi)有循環(huán)冷卻水的上述各種損失，從而使電廠的全廠總耗水量降低80%左右，采用空冷機(jī)組大大減少了電廠耗水，為水源的落實(shí)和項(xiàng)目的成立提供了便利條件，特別對(duì)富煤缺水地區(qū)，有著重要的意義。

1 影響直接空冷機(jī)組運(yùn)行的問(wèn)題

1)空冷汽輪機(jī)的啟動(dòng)、惰走、空轉(zhuǎn)和只帶廠用電等非正常工況，給汽輪機(jī)末級(jí)葉片的安全帶來(lái)危害，同樣，在環(huán)境溫度較高而機(jī)組負(fù)荷又低時(shí)，末級(jí)葉片容積流量過(guò)小也對(duì)末級(jí)葉片不利。

2) 300MW火電直接空冷機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中，汽輪機(jī)功率，環(huán)境溫度，空氣量的變化和迎風(fēng)面的風(fēng)速、風(fēng)向都會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)背壓的波動(dòng)，在嚴(yán)寒的冬季，凝結(jié)水凍結(jié)會(huì)直接影響空冷凝汽器的正常運(yùn)行。

2 直接空冷控制系統(tǒng)

目前電廠空冷系統(tǒng)的控制大多直接納入機(jī)組DCS系統(tǒng)，空冷控制系統(tǒng)采用獨(dú)立的冗余DPU，空冷控制系統(tǒng)功能包括數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)(DAS)、順序控制系統(tǒng)(SCS)、模擬量控制系統(tǒng)(MCS)，空冷系統(tǒng)在集中控制室實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控，由機(jī)組DCS的操作員站完成系統(tǒng)的程序啟停、中斷控制及單個(gè)設(shè)備的操作。

2.1 優(yōu)化方法選擇

項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)都是基于資金時(shí)間價(jià)值這一原理，其費(fèi)用效果分析的基本方法有：最小費(fèi)用法(固定效果法)、最大效果法(固定費(fèi)用法)和增量分析法。在電力設(shè)計(jì)行業(yè)，通常選用年總費(fèi)用最小法作為工程項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)法，即將多種可能實(shí)施方案的一次投資與運(yùn)行費(fèi)用按動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)規(guī)律換算到指定年，再在經(jīng)濟(jì)服務(wù)年限內(nèi)等額均攤，最終比較各方案的年均攤值，年費(fèi)用最小的方案作為最佳方案。本研究將年費(fèi)用最小法應(yīng)用于直接空冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提出基于年費(fèi)用最小的直接空冷系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。年費(fèi)用由年固定費(fèi)用和年運(yùn)行費(fèi)用兩部分組成。根據(jù)定義，對(duì)于火電機(jī)組直接空冷系統(tǒng)，年固定費(fèi)用主要包括空冷凝汽器的投資、風(fēng)機(jī)投資、空冷系統(tǒng)土建投資等；年運(yùn)行費(fèi)用主要包括年燃料費(fèi)用、年維修費(fèi)用、輔機(jī)及風(fēng)機(jī)耗電費(fèi)用等。直接空冷系統(tǒng)年費(fèi)用的計(jì)算式如下：

式中：Z為直接空冷系統(tǒng)投資現(xiàn)值；Rm為大修費(fèi)率；i為投資回收率(可取8%～10%)；n為工程經(jīng)濟(jì)使用年限(一般n=20)；u為年運(yùn)行費(fèi)用，包括風(fēng)機(jī)功耗及微增功率收益。即，年費(fèi)用等于將投資成本按規(guī)定的回收率分?jǐn)偟矫恳荒甑馁M(fèi)用加上一年的運(yùn)行費(fèi)用。

2.2 主要監(jiān)控內(nèi)容

控制系統(tǒng)通過(guò)控制啟停風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)和改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)改變通過(guò)冷凝器換熱片的空氣流量，從而控制ACC性能。三個(gè)壓力傳感器測(cè)量排汽管道壓力，在正常運(yùn)行時(shí)，排汽壓力是主控制變量，控制系統(tǒng)通過(guò)排汽壓力控制變頻風(fēng)機(jī)，當(dāng)排汽壓力改變時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速也改變，以確保提前設(shè)定的運(yùn)行工況，在更差的工況，風(fēng)機(jī)全部關(guān)閉，然后關(guān)閉個(gè)別的蒸汽隔離閥以減少換熱面積。

2.3 ACC 的啟動(dòng)優(yōu)化

2.3.1 夏季啟動(dòng)。夏季啟動(dòng)模式是環(huán)境溫度高于+2℃，在夏季啟動(dòng)時(shí)，要打開(kāi)所有的蒸汽隔離閥、凝結(jié)水回水隔離閥、抽氣隔離閥，ACC的啟動(dòng)是在汽輪機(jī)旁路運(yùn)行方式下實(shí)現(xiàn)的，啟動(dòng)汽輪機(jī)旁路操作至25%流量，慢慢地增加汽輪機(jī)排汽流量直到殘留氣體已被抽真空系統(tǒng)從ACC中抽走，檢測(cè)排汽管道壓力，避免壓力增加并接近背壓報(bào)警跳閘值，依次啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，檢測(cè)所有風(fēng)機(jī)已啟動(dòng)并且沒(méi)有報(bào)警產(chǎn)生，只要是正常運(yùn)行工況，則穩(wěn)定增加蒸汽流量，直到穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3.2 冬季啟動(dòng)。冬季啟動(dòng)模式是環(huán)境溫度低于或等于-2℃，在冬季啟動(dòng)，必須關(guān)閉蒸汽隔離閥，ACC的啟動(dòng)是在汽輪機(jī)旁路運(yùn)行方式下實(shí)現(xiàn)的，逐漸增加ACC的蒸汽流量，直到ACC中的剩余空氣由抽氣系統(tǒng)排出為止，檢查排汽管道壓力以避免壓力增加到背壓警報(bào)跳閘值，緩慢增大蒸汽容積流量約至13%，并檢查相關(guān)參數(shù)，然后逐漸增加蒸汽流量，接近到16%、32%的容積流量，順序打開(kāi)蒸汽隔離閥、依次啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，直到穩(wěn)定運(yùn)行，考慮到管束受凍的危險(xiǎn)，冬季啟動(dòng)要比夏季更為苛刻，冬季啟動(dòng)應(yīng)盡可能快地達(dá)到最小蒸汽流量。

直接空冷系統(tǒng)的防凍是影響電廠安全運(yùn)行的一個(gè)重要問(wèn)題，從運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和許多措施來(lái)保證防凍是有效的。

1、設(shè)計(jì)上采用合理的順流與逆流面積比。

2、加設(shè)擋風(fēng)墻，預(yù)防大風(fēng)的襲擊。

3、采用能逆轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)，以形成內(nèi)部熱風(fēng)循環(huán)。

4、根據(jù)機(jī)組背壓的高低，以確定風(fēng)機(jī)合理運(yùn)行方式。

5、先停順流單元風(fēng)機(jī)，后停逆流單元風(fēng)機(jī)。

6、嚴(yán)格控制凝結(jié)水的過(guò)冷度。

7、嚴(yán)格監(jiān)視凝結(jié)水溫度和抽氣溫度，及時(shí)調(diào)節(jié)逆流風(fēng)機(jī)的運(yùn)行時(shí)數(shù)，必要時(shí)可手動(dòng)反轉(zhuǎn)。

隨著電廠直接空冷技術(shù)的發(fā)展，電廠直接空冷技術(shù)在我國(guó)北方地區(qū)的應(yīng)用越來(lái)越多，已積累了豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，直接空冷冬季防凍措施比較靈活可靠，直接空冷可通過(guò)改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速或停運(yùn)風(fēng)機(jī)或使風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)節(jié)空冷凝汽器的進(jìn)風(fēng)量或直至吸熱風(fēng)來(lái)防止空冷凝汽器凍結(jié)，調(diào)節(jié)相對(duì)靈活、效果好，并已有成功的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明。

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