330MW機組直接空冷島運行防凍調(diào)整措施

王德友

摘 要：為了滿足直接空冷機組冬季安全、經(jīng)濟運行的要求，通過分析風(fēng)機電耗率和機組背壓之間的關(guān)系，結(jié)合機組歷史運行數(shù)據(jù)、空冷島溫度分布規(guī)律、防凍控制方法，給出了防凍控制方法，并制訂了兼顧機組節(jié)能運行的優(yōu)化控制策略。該控制策略在330MW直接空冷機組上實施后，機組冬季運行背壓平均可降低1kPa，在滿足機組防凍安全的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了經(jīng)濟運行。

關(guān)鍵詞：330MW直接空冷機組；背壓；風(fēng)機；防凍；節(jié)能

我廠2×330MW循環(huán)流化床機組采用直接空冷凝汽式汽輪機，額定背壓為14.5KPa。ACC（空冷）系統(tǒng)共有6列空冷凝汽器，位于空冷島34米平臺，由東向西排列分別為60、40、20、10、30、50列，其中10和20列為啟動列，每列有3個順流單元和2個逆流單元（2、4單元）。空冷風(fēng)機轉(zhuǎn)速可通過變頻器在0～50Hz無級調(diào)速，當(dāng)環(huán)境溫度≥20℃時投超頻可達(dá)55Hz。

1 前言

目前，直接空冷機組因具有良好的節(jié)水性在我國北方地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用。直接空冷系統(tǒng)采用機械強制通風(fēng)，將環(huán)境空氣作為冷卻介質(zhì)，利用換熱翅片管束使管內(nèi)的水蒸氣與管外的空氣發(fā)生熱交換，將汽輪機內(nèi)做完功的乏汽冷卻至液態(tài)水，實現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)換中冷端散熱的目的。直接空冷機組運行幾年后，大型冷端換熱器——空冷島的性能會逐漸下降，空冷島翅片管冬季防凍、春秋季節(jié)防大風(fēng)、夏季換熱效果差等問題也逐漸顯現(xiàn)。另外，我國北方地區(qū)火電機組常面臨調(diào)峰任務(wù)重、發(fā)電負(fù)荷不足等問題，開展空冷機組冷端優(yōu)化運行工作非常重要。

2 空冷機組防凍研究現(xiàn)狀

我國北方冬季氣溫很低，像內(nèi)蒙古薛家灣冬季最低溫度可達(dá)到-25℃，空冷島低溫區(qū)域很容易發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象。國內(nèi)外關(guān)于空冷島節(jié)能運行的文獻(xiàn)有很多，但研究空冷機組防凍機理的文獻(xiàn)較少。雖然對直接空冷機組冷端防凍的機理進(jìn)行了一定程度的研究，但是兼顧冷端防凍與節(jié)能功能的自動調(diào)節(jié)方案很少。本文針對神華準(zhǔn)能矸石發(fā)電有限責(zé)任公司的2臺330MW汽輪發(fā)電機組每年冬季都會面臨空冷系統(tǒng)運行防凍比較困難的問題進(jìn)行了研究。

3 正常運行方式

ACC系統(tǒng)空冷風(fēng)機在運行中會突然跳閘，除設(shè)備故障外，常遇到的主要原因是外界環(huán)境中發(fā)生大幅氣流擾動，如出現(xiàn)雷雨大風(fēng)、旋風(fēng)等現(xiàn)象時，風(fēng)機振動大觸發(fā)開關(guān)跳閘。此時應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)視環(huán)境溫度、風(fēng)速和風(fēng)向的變化情況，將背壓設(shè)置退出自動，防止部分風(fēng)機因轉(zhuǎn)速變化引起振動大跳閘的現(xiàn)象發(fā)生。

當(dāng)外界環(huán)境有強風(fēng)作用時，使得從空冷島上排出的熱空氣又被風(fēng)機卷吸進(jìn)入空冷凝汽器，使其無法換熱，空冷島發(fā)生熱風(fēng)再循環(huán)現(xiàn)象，導(dǎo)致機組背壓較快上升，負(fù)荷下降。當(dāng)背壓快速升高至40kPa以上時應(yīng)立即快降負(fù)荷，同時調(diào)整風(fēng)機的轉(zhuǎn)速不至于過高運行，保證過冷度不大于6℃。當(dāng)一臺機組發(fā)生熱風(fēng)再循環(huán)時，另一臺機組的運行人員也應(yīng)注意工況的變化，及時作出預(yù)防處理。

4 啟、停運行方式

在機組啟、停過程中，當(dāng)ACC系統(tǒng)運行、空冷風(fēng)機投入自動、風(fēng)機聯(lián)鎖和電動門聯(lián)鎖均投入時，ACC系統(tǒng)進(jìn)入全自動運行模式。在機組啟動過程中，風(fēng)機會按照啟動邏輯，先將啟動列逆流單元風(fēng)機啟動運行，再啟動順流單元風(fēng)機運行，滿足邏輯條件后依次開啟30、40、50和60列凝結(jié)水隔離閥和蒸汽隔離閥并啟動風(fēng)機運行。在機組停機過程中，ACC系統(tǒng)按照與啟動過程相反的邏輯自動逐次停運。

ACC系統(tǒng)運行中會受到系統(tǒng)邏輯、外界環(huán)境、旁路開度、排汽量及排汽溫度等諸多因素的影響，控制系統(tǒng)會有延遲。因此在啟、停機時，我廠改為采用空冷風(fēng)機手動調(diào)節(jié)的方式來調(diào)節(jié)機組背壓，以適應(yīng)機組排汽量和背壓的快速變化。在機組啟動過程中，風(fēng)機采用手動逐次啟動的方式運行。首先將啟動列逆流單元風(fēng)機啟動運行，根據(jù)機組背壓的變化啟動順流單元風(fēng)機運行，然后手動依次預(yù)先開啟30、40、50和60列的凝結(jié)水隔離閥和蒸汽隔離閥，按照機組參數(shù)逐次啟動風(fēng)機來調(diào)節(jié)背壓。在機組停機過程中，按照與啟動過程相反的邏輯手動逐次停運風(fēng)機，凝結(jié)水隔離閥和蒸汽隔離閥依據(jù)環(huán)境溫度的影響做出是否關(guān)閉的決定。

5 空冷散熱器防凍

5.1空冷散熱器凍結(jié)機理

實踐經(jīng)驗和理論研究表明，不凝性氣體的富集是空冷散熱器凍結(jié)的唯一內(nèi)因，集中處理不凝性氣體的逆流區(qū)最易凍結(jié)。

（1）不同翅片管的出口壓力不均勻，處于漏風(fēng)位置翅片管的冷凝末端易成為不凝性氣體的富集區(qū)域，環(huán)境溫度較低時常發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象。

（2）真空泵性能下降將惡化逆流區(qū)的抽真空性能，引起逆流區(qū)凍結(jié)。

（3）空冷島翅片管與下聯(lián)箱的焊接之處，經(jīng)常處于熱脹冷縮狀態(tài)，因膨脹不暢引起焊縫開裂時，大氣中的空氣漏入空冷島，容易引起空冷島局部氣阻致翅片管內(nèi)蒸汽不再流動，引發(fā)凍結(jié)現(xiàn)象。

5.2空冷系統(tǒng)防凍控制策略

基于以上的機理，當(dāng)環(huán)境溫度低于2℃時，ACC系統(tǒng)自動進(jìn)入冬季工況運行，我廠通過討論研究總結(jié)出了一套運行調(diào)節(jié)方式和防凍的控制策略。

（1）背壓投自動。該措施可以保證空冷島風(fēng)機在環(huán)境溫度低或者發(fā)電負(fù)荷低時自動降低風(fēng)機轉(zhuǎn)速運行，當(dāng)自動跟蹤不好時及時采取手動調(diào)整。

（2）根據(jù)手動降低風(fēng)機轉(zhuǎn)速、手動增開真空泵。采用降低單排風(fēng)機轉(zhuǎn)速、手動增開真空泵的控制手段，可提高抽真空溫度或凝結(jié)水溫度，特別是#4機組50列靠最西側(cè)的一列風(fēng)機，采取這樣的運行調(diào)整手段，防凍效果更為明顯。

（3）背壓增加3kPa。采用提高空冷島運行背壓的手段可提高真空泵的排空氣能力，直接提高空冷島的整體溫度水平，運行人員可經(jīng)常采用這種措施防凍，但機組能耗會略有增加。

（4）停風(fēng)機。采用停風(fēng)機的手段可在較大程度上提高空冷島防凍能力。

（5）ACC系統(tǒng)防凍保護(hù)多發(fā)生于機組啟、停過程中或長期低負(fù)荷運行狀態(tài)。在機組啟動過程中，蒸汽流量達(dá)到150t/h以上時，通過旁路系統(tǒng)進(jìn)入空冷島，維持機組背壓在25～30kPa進(jìn)行預(yù)暖和沖轉(zhuǎn)，并網(wǎng)后鍋爐要加快升溫升壓速度，在保證暖機情況下盡快升負(fù)荷。

（6）機組長期低負(fù)荷運行時，若環(huán)境溫度低于-10℃，過冷度容易增大，防凍保護(hù)會頻繁動作。維持背壓高于15kPa，降低逆流單元風(fēng)機頻率或?qū)?單元風(fēng)機停止，還可將50、60列逐次停運并做防凍措施，嚴(yán)密關(guān)閉蒸汽隔離閥、凝結(jié)水隔離閥和抽空氣隔離閥，將管板換熱器蓋保暖簾子，用帆布扇住風(fēng)機下方進(jìn)風(fēng)口處的防護(hù)網(wǎng)。風(fēng)機頻率有時會大幅增加，背壓不降反升，這是因為排汽流量小，過冷度增大，造成空冷凝汽器內(nèi)形成冷空氣區(qū)，阻塞了排汽流動。此時應(yīng)多啟動1臺真空泵強制排汽流動，并將PID調(diào)節(jié)器切為手動調(diào)節(jié)，緩慢減小風(fēng)機頻率，將逆流單元風(fēng)機頻率降低至10Hz或倒轉(zhuǎn)回暖，一段時間背壓就會恢復(fù)正常。

（7）實施防凍措施后，運行風(fēng)機會有少于25臺的情況，所以將回暖保護(hù)邏輯中的“ACC系統(tǒng)投入”解除。回暖時間原設(shè)定為300秒，在系統(tǒng)穩(wěn)定運行時，不必要的回暖操作會引起背壓的波動，運行風(fēng)機在正反轉(zhuǎn)之間頻繁切換，也對風(fēng)機本身、變速箱和振動保護(hù)等造成影響，于是將自動回暖改為手動回暖。

（8）機組停機時盡量不破壞真空，先關(guān)閉蒸汽隔離閥，每隔1小時啟動1臺真空泵運行15分鐘，待剩余排汽充分凝結(jié)流回后再破壞真空，關(guān)閉凝結(jié)水和抽真空的隔離閥，將管閥和變速箱投入電加熱進(jìn)行防凍。

6 空冷島防凍節(jié)能運行控制策略的實施效果

根據(jù)直接空冷凝汽器背壓和風(fēng)機電耗之間的關(guān)系，通過分析實際運行數(shù)據(jù)得出了經(jīng)濟背壓的變化規(guī)律。針對冬季防凍需求與低背壓經(jīng)濟運行間的矛盾，通過總結(jié)空冷凝汽器的溫度分布特征，結(jié)合空冷散熱器防凍機理，制訂出空冷系統(tǒng)防凍控制優(yōu)化策略，并成功應(yīng)用于神華準(zhǔn)能矸石發(fā)電有限責(zé)任公司的2臺330MW直接空冷機組。

神華準(zhǔn)能矸石發(fā)電有限責(zé)任公司的2臺330MW直接空冷機組實施空冷島防凍節(jié)能優(yōu)化運行控制策略后，冬季4個月背壓平均降低了1kPa，煤耗率平均降低了0.33g/kWh，在提高空冷機組防凍能力的情況下，實現(xiàn)了節(jié)能降耗的目的。

7 維護(hù)

隨著機組運行時間的增加，由于風(fēng)沙等環(huán)境因素的影響，空冷島換熱器翅片間隙被塵土等臟污不斷填充，冷卻風(fēng)量減小，冷凝效果下降。要維持低背壓運行，風(fēng)機頻率增加，耗電量就會增加，運行經(jīng)濟性明顯下降。必須結(jié)合地區(qū)環(huán)境條件，制定并嚴(yán)格執(zhí)行一項清洗空冷島換熱器的定期工作。當(dāng)全面清洗換熱器后，背壓可下降6---10kPa左右。這組數(shù)據(jù)足以表明空冷島換熱器保持清潔對機組安全和經(jīng)濟運行的重要性。

8 結(jié)束語

為了兼顧直接空冷機組防凍運行的安全性和經(jīng)濟性，結(jié)合歷史運行數(shù)據(jù)、空冷散熱器溫度分布規(guī)律及防凍控制方法，通過建立經(jīng)濟運行背壓模型，制訂了330MW機組防凍節(jié)能運行優(yōu)化控制策略。實踐效果表明，基于背壓自動控制的防凍控制策略可以實現(xiàn)直接空冷機組空冷系統(tǒng)冬季防凍節(jié)能運行目的，兼顧了空冷系統(tǒng)的防凍和節(jié)能要求。

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