1、1降低直接空冷背压提高机组经济性的探讨摘要：新疆和丰电厂直接空冷 300MW 机组降低直接空冷背压提高机组经济性的探讨 ，讲述了影响空冷机组背压的因素，合理控制空冷机组的运行背压是提高空冷机组运行经济性的基础，对空冷风机的优化控制，尽量降低空冷机组的运行背压，是提高直接空冷机组运行经济性的有效途径。提出了对空冷机组的冬季、夏季运行工况背压值的控制及采取的运行方式，运行调试中遇到的问题及解决方法。说明了在运行中可能出现的一些问题，并给出相应的解决方案。 关键词：直接空冷机组；机组经济性；背压控制；运行方式中图分类号：F407.61 文献标识码：A 一、概述 同容量空冷机组比湿冷机组可节约 2/3
2、 以上的淡水资源，尤其适用于煤炭资源丰富但水资源相对比较匮乏的三北地区。空冷机组与湿冷机组最主要的区别在于其冷端系统，汽轮机排汽通过大直径的排汽管道送到标高几十米的空冷凝汽器内，轴流冷却风机通过散热器外表面，带走乏汽热量，使排汽凝结成水，再经凝结水泵回到回热系统。 空冷背压是冷端系统的综合指标，其高低直接关系到整个机组的安全性和经济性。根据初步估算空冷凝汽器背压每变化1KPa 约影响供电2煤耗1.52g/kW.h。因此对空冷机组冷端设备运行特性进行研究，找到影响机组排汽压力的主要因素，分析这些因素对排汽压力的影响规律，提出有针对性的措施使空冷机组保持在最经济的背压下运行，对于提高直接空冷机组运
3、行经济性，促进节能降耗工作具有十分重要地现实意义 。 新疆和丰电厂#1、#2 机组采用汽轮机厂制造的 N300-16.7/538/538型亚临界、双缸、双排汽直接空冷凝汽式汽轮机。凝结水系统配有两台100%容量立式凝结水泵，凝结水采用精处理除盐方式，凝结水通过经凝结水除氧装置补入排汽装置。 空冷系统共分 5 排 6 列，共计 30 个冷却单元，其中顺流冷却单元 18个，逆流冷却单元 12 个。每个单元配一台冷却风机，每个街区有三个顺流单元和两个逆流单元，风机转速可通过变频器在 25%至 110%额定转速范围内进行调节。 抽真空系统配有三台水环式真空泵，机组启动时，三台泵同时投入运行，以便加快抽
4、真空速度。机组正常运行时，一台真空泵运行，两台备用。机组在凝结水回水管道、空冷各单元抽汽管道上均设有抽真空点。二、影响 300MW 直接空冷凝汽器背压因素分析 2.1 风机故障对空冷背压的影响 由于空冷风机高负荷长时间运行，风机故障停运频率较多。如：风机叶片发生扭转、风机减速机故障、风机电机变频器故障等均会引起空3冷风机停运。单台空冷风机的故障停运,影响机组热耗约 40kJ/kW.h，影响机组煤耗约 1.6g/kW.h，对机组运行经济性影响非常大。 2.2 凝汽器真空严密性对背压的影响 直接空冷机组的真空系统十分庞大，由于排汽管道和空冷散热元件都是焊接结构，对于直接空冷的汽轮机组来讲，排汽将通
5、过直径达几米的排汽分配管送往容积巨大的空冷散热器，而这一庞大的系统始终处于负压和真空状态。因此，空冷系统本身或与该系统相关的焊缝、法兰、阀门、爆破膜、人孔门和测点接口等都有可能出现漏空现象，而管路系统和散热器本身由于不均匀沉降和过应力等引起的变形开裂也可能造成空气泄漏。 2.3 热风回流对背压的影响 热风回流对背压的影响示意图 空冷的热风回流会使空冷凝汽器入口的空气温度上升 5左右，会对平均温差为 15的空冷散热器的传热量降低 30%，严重影响空冷散热器的传热性能，降低机组的经济性。在实际运行中热风回流会导致机组背压迅速升高而迫使机组快减负荷，甚至造成背压高保护动作引发停机，这种情况一般在夏季
6、时有发生。国内某些电厂就曾发生过多起因热风回流而引起的空冷机组跳机事件。 根据经验和数值模拟分析，如上图所示从炉后及侧后吹来的大风对空冷凝汽器最为不利，这些方向的大风最容易造成空冷凝汽器的热风回流。当大风从锅炉房和汽机房方向吹来时，会在汽机房的上部产生复杂4的尾流流动，热空气在其背部形成一个巨大的尾流区，加上从散热器上方来的上升热空气进而在空冷岛附近形成一个复杂的流场。在空冷岛与汽机房相邻的一侧，由于该区域的风机抽吸和大风在汽机房背部形成涡流区的共同作用，在该区域形成一个局部的负压区，使附近空冷散热器排出的部分热风又被抽吸到风机的入口区域，导致该区域的风机入口温度明显升高。在空冷岛的上方，热空
7、气会在这些单元产生逆向流动，即“热风回流” 现象。 发生“热风回流”的风机会向空冷平台下其它的风机入口输送热空气，导致这些风机的入口温度上升。而在这些空冷岛的外侧，大风在空冷岛的后部形成一个较强的尾迹回流区并发展成很强的涡流，同时在空冷平台的挡风墙下风侧也形成水平涡流，进而将热风抽吸回这一区域的风机入口，同样导致风机入口温度上升。外界环境风速越大，现象越明显，对机组的安全运行影响也越大 。 2.4 环境温度变化对背压的影响 和丰电厂所处地区夏天环境温度较高（最高可达到 42 ） ，环境温度升高后，空冷岛与外界温差减小，传热效果差，环境温度升高对空冷机组的背压影响非常大。和丰电厂空冷机组刚投运时
8、，因环境温度的影响使空冷机组的年平均煤耗比湿冷机组高 45gkW.h，气温越高，空冷机组与湿冷机组煤耗的差值就越大。空冷机组原设计每年气温高于 33 的条件下，允许不满发小时数为 200h，而由于气温高造成的实际限负荷小时数远大于设计值。 2.5 空冷岛翅片脏污对背压的影响 5空冷凝汽器的外表面是翅片，翅片间距为 2.3mm，翅片尺寸为 200mm 19mm。在空冷岛的运行过程中，空气中的灰尘容易在翅片上积聚而堵塞通风间隙，降低散热效果。春夏之交的柳絮、杨絮，夏季的昆虫通过空冷风机也会积聚在翅片上，影响翅片的散热，造成空冷岛翅片脏污。 由于和丰电厂所处地区环境风沙大，灰尘多，环境条件较差,空气
9、中固体小颗粒比较多, 空冷岛露天布置，空冷夜间照明，吸引飞蛾等昆虫，随着运行时间的增加，在翅片的间隙中会产生灰尘聚集，昆虫尸体沾附在翅片管表面等现象，导致空冷岛散热能力变差,机组背压升高，对运行的空冷岛产生很大影响,若空冷岛脏污不进行及时的冲洗，会导致同负荷下背压升高 1020kPa。 三、降低直接空冷背压提高机组运行经济性 提高空冷机组运行经济性就是要严格控制降低机组运行背压，优化空冷风机运行，使空冷岛处于经济运行区域，通过严格的真空严密性试验，及时查找发现真空系统漏点并加以消除，提高凝汽器的真空严密性，兼顾凝结水管路振动，空冷防冻等运行中的难题，降低空冷背压，提高直接空冷机组运行经济性。合
10、理控制空冷机组的运行背压是提高空冷机组运行经济性的基础，对空冷风机的优化控制，尽量降低空冷机组的运行背压，是提高直接空冷机组运行经济性的有效途径。 3.1 直接空冷机组运行背压的控制 3.1.1 冬季空冷运行背压值的控制及运行方式 和丰电厂结合本厂机组的设备特性及所处地域的实际情况，为优化冷端设备的运行方式，提高机组经济性，从机组投产伊始，电厂就摸索6冷端设备的运行特性，逐步降低冬季机组的运行背压值，通过不断总结，针对直接空冷机组冬季的安全经济运行，采取了大量措施： 冬季运行期间，关闭空冷岛各排散热器端部小门以及各冷却单元的隔离小门。 低负荷情况下尽可能保持各排风机低频且同排各风机的运行频率相
11、同，避免由于某一风机转速过高造成局部过冷现象。 冬季运行期间密切监视各凝结水回水母管凝结水的过冷程度，冬季凝结水的过冷度最大不超过 5.5。 冬季机组运行中，加强对逆流区散热管束表面温度的检查，通过降低逆流段和相邻顺流段冷却风机转速，避免散热管束表面温度出现较大偏差，控制表面温差在 10以内，必要时可相应增加机组负荷。 控制空冷岛各街区抽真空蒸汽温度比本排下联箱凝结水温度低15，但在任何时候不得低于 5.5，运行中若发现抽真空蒸汽的温度较正常值低，则应降低对应排的逆流风机转速或停止风机运行，若温度没有回升，则应适当降低顺流风机转速，同时投入防冻功能，必要时可在上述调整的基础上启动备用真空泵，通
12、过增加抽气口的空气流速来提高温度。 3.1.2 夏季空冷背压控制值的选取及应对措施 夏季空冷机组背压控制高限值，除了要考虑汽轮机末级叶片的安全外，还需考虑大风对空冷背压的影响，运行操作员要有足够时间控制背压上升，防止背压高保护动作汽轮机跳闸。 和丰两台空冷机组夏季背压控制高限值为 48 kPa，空冷岛风机全速7运行，夏季环境温度较高，空冷风机变频器发热使得空冷变频器配电室温度较高，空冷变频器运行很不稳定，极易因变频器故障导致空冷风机跳闸。由于空冷风机已全速运行，一台或多台空冷风机跳闸，会使空冷背压迅速升高，甚至超过控制高限值 48kPa 。为防止此种情况发生，运行中加强空冷电机线圈温度监视和控
13、制，防止多台空冷风机跳闸情况的发生。 同时，夏季运行中必须考虑大风工况对空冷背压控制的影响。从和丰两台空冷机组运行实践来看，大风来临时，机组的背压会出现大幅摆动，最大摆动幅度在 1214 kPa 之间，峰值最高达到 52 kPa，只有通过手动迅速降低机组出力将机组运行背压控制在 45 kPa 以下。为提高夏季空冷机组的带负荷能力同时将背压控制在 45 kPa 以下，采取了许多措施：夏季以前对空冷系统进行高标准的清洗，用高压除盐水清除积附于空冷凝汽器表面的污垢和杂物，相同条件下比较，可提高机组出力5%10%左右。 采取措施消除或降弱热风回流对空冷冷却出力的影响，设法降低空冷平台下面进风口的空气流
14、速，减少负压区。 确保汽水系统阀门严密性，尤其是低压旁路阀和疏水系统阀门的严密性，以防凝汽器热负荷增加。 加装尖峰冷却喷雾加湿系统。 夏季运行期间，除了要防止空冷背压受外界影响急剧升高工况外，还需防止空冷背压急剧下降的工况。因和丰地区夏季有时突降暴雨，空8冷背压由 45 kPa 急剧下降至 15 kPa，机组热井水位由 1200mm 迅速降至410mm，给机组安全运行带来了很大威胁。 3.2 提高真空严密性，消除空冷漏点 空冷机组的真空严密性对机组的安全经济运行均有很大影响，针对容易查漏的部位可以采取泡沫查漏，定期对有可能漏空的焊缝、法兰、阀门、爆破膜、人孔门和测点接口进行了检查，发现漏点及时处理；也可以采用氦气查漏法进行真空系统查漏，利用检修机会消除漏点，保证机组真空系统严密性在合格范围内。 四、总结 通过以上对影响 300MW 空冷凝汽器背压因素分析,找到了影响直接空冷背压的主要因素，和丰电厂通过调试采取了相应的措施，对机组运行背压的控制和真空系统漏空问题的及时消漏使机组运行经济性得到了提高，对同类机组运行具有一定的借鉴意义。 参考文献 1华北电业管理局 编汽轮机运行技术问答 2丁有宇，丁一，等编汽轮机设备及其系统（第二版）
