600 MW直接空冷機(jī)組空冷控制系統(tǒng)邏輯優(yōu)化

李 波,楊 輝

（通遼第二發(fā)電有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古 通遼 028011）

1 設(shè)備及系統(tǒng)概況

1.1 設(shè)備概況

通遼電廠3期工程5號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、直接空冷凝汽式600 MW汽輪機(jī)組,型號(hào)為NZK600-16.7/538/538-2?？绽渖崞饔晒枮I空調(diào)股份有限公司生產(chǎn),散熱器為雙排管,64個(gè)冷卻單元,總散熱面積為1 653 379 m2,設(shè)計(jì)迎面風(fēng)速為2.2 m/s,設(shè)計(jì)散熱系數(shù)為31W/（m2?K）?？绽滹L(fēng)機(jī)為保定惠陽(yáng)航空螺旋槳制造廠生產(chǎn)的軸流冷卻風(fēng)機(jī),型號(hào)為GTF91D8-C1132,風(fēng)機(jī)直徑為9.144m,每臺(tái)風(fēng)機(jī)有8個(gè)葉片,靜壓為116 Pa。

1.2 空冷系統(tǒng)簡(jiǎn)介

從汽輪機(jī)低壓缸排出的乏汽,經(jīng)由2根DN6000排汽管引出主廠房外,垂直上升到37.5 m后向兩側(cè)引出8根DN 3000蒸汽分配管將乏汽引入空冷凝汽器頂部的配汽聯(lián)箱。每組配汽聯(lián)箱與8個(gè)冷卻單元連接,每個(gè)冷卻單元由8塊冷卻翅片管束和1臺(tái)直徑為9.14 m的軸流風(fēng)機(jī)組成。當(dāng)乏汽通過(guò)聯(lián)箱流經(jīng)空冷凝汽器的翅片管束時(shí),大量的冷空氣被軸流風(fēng)機(jī)吸入通過(guò)翅片管外部進(jìn)行表面換熱,將乏汽的熱量帶走,從而使排汽凝結(jié)為水。凝結(jié)水由凝結(jié)水管收集后排至凝結(jié)水箱,由凝結(jié)水泵升壓,送至汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)。汽輪機(jī)排汽中70%～80%的乏汽在順流凝汽器中被冷卻形成冷凝水,剩余蒸汽隨后在逆流凝汽器中被冷凝。

2 空冷系統(tǒng)存在的問(wèn)題

a.空冷系統(tǒng)冬季防凍性能較差,防凍措施單一?？绽錂C(jī)組在冬季運(yùn)行的防凍問(wèn)題至關(guān)重要,在機(jī)組運(yùn)行期間暴露出各列、同一散熱片各管束之間蒸汽分配不均,導(dǎo)致氣溫過(guò)低時(shí)部分管束過(guò)冷,內(nèi)排管溫度低于外排管10～30℃,管束凍結(jié)較普遍,造成膨脹不均,局部散熱片變形。空冷系統(tǒng)凍結(jié)后,完全由運(yùn)行人員手動(dòng)進(jìn)行回暖操作,空冷系統(tǒng)防凍調(diào)整工作量大,運(yùn)行人員稍有疏忽,就可能造成嚴(yán)重后果。

b.空冷防凍保護(hù)及自動(dòng)調(diào)節(jié)邏輯不完善,空冷自動(dòng)不能正常投入。主要原因是原設(shè)計(jì)逆流單元防凍保護(hù)動(dòng)作時(shí),順流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持直至逆流單元防凍保護(hù)解除,此過(guò)程中造成順流單元過(guò)冷甚至凍結(jié)。順流單元防凍保護(hù)邏輯也存在同一問(wèn)題,且順流單元防凍保護(hù)溫度測(cè)點(diǎn)取自母管,無(wú)法監(jiān)測(cè)各單元實(shí)際狀況,不能及時(shí)將機(jī)組背壓及凝結(jié)水過(guò)冷度調(diào)至最佳狀態(tài)。投產(chǎn)后,特別是冬季空冷自動(dòng)一直不能正常投入運(yùn)行。

3 空冷系統(tǒng)控制邏輯優(yōu)化

為實(shí)現(xiàn)空冷系統(tǒng)的自動(dòng)投入,保證空冷系統(tǒng)冬季運(yùn)行安全,盡可能降低背壓,提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性,重點(diǎn)解決以下問(wèn)題。

3.1 對(duì)真空嚴(yán)密性不合格進(jìn)行治理

圖1 單臺(tái)風(fēng)機(jī)防凍保護(hù)示意圖（以10列6號(hào)風(fēng)機(jī)為例）

空冷系統(tǒng)真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果為520 Pa/min,未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?？绽湓O(shè)備探測(cè)器是空冷系統(tǒng)查找泄漏的主要設(shè)備,對(duì)空氣外漏產(chǎn)生紊流現(xiàn)象較為敏感,為此在4、5列加裝抽真空門(mén),在抽真空母管上加裝壓縮空氣充氣門(mén),使1、2、3、6、7、8列具備打風(fēng)壓條件。2009年1月利用機(jī)組停機(jī)備用對(duì)空冷島1、2、3、6、7、8列分別打風(fēng)壓至0.035 MPa進(jìn)行正壓查漏。另外,在機(jī)組停機(jī)、室內(nèi)設(shè)備噪音較小時(shí),空冷系統(tǒng)背壓保持在機(jī)組運(yùn)行狀態(tài),用查漏儀進(jìn)行檢測(cè)查漏。通過(guò)對(duì)真空系統(tǒng)的查漏治理,真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到120 Pa/min,為空冷系統(tǒng)自動(dòng)控制運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

3.2 空冷系統(tǒng)控制邏輯優(yōu)化

為保證空冷系統(tǒng)冬季安全運(yùn)行,增加了防凍保護(hù)報(bào)警畫(huà)面及聲光報(bào)警,畫(huà)面中包括：順流、逆流及單臺(tái)風(fēng)機(jī)的防凍保護(hù)報(bào)警及防凍保護(hù)動(dòng)作時(shí)間;防凍保護(hù)動(dòng)作后顯示紅色,保護(hù)動(dòng)作時(shí)間超過(guò)15 min后顯示紅色,同時(shí)在汽輪機(jī)報(bào)警光字牌一覽內(nèi)顯示“防凍保護(hù)動(dòng)作超時(shí)”并發(fā)出聲音報(bào)警,提示運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)際情況人為干預(yù)風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式,避免發(fā)生空冷系統(tǒng)凍結(jié)事故。另外,增加“空冷危險(xiǎn)”聲光報(bào)警,在環(huán)境溫度低于-15℃且負(fù)荷低于350 MW時(shí)啟動(dòng)。

機(jī)組冬季啟動(dòng)過(guò)程中,空冷系統(tǒng)各溫度測(cè)點(diǎn)在機(jī)組停運(yùn)時(shí)表面結(jié)冰,不能正確顯示真實(shí)值。防凍保護(hù)處于動(dòng)作狀態(tài),所有風(fēng)機(jī)不能正常啟動(dòng)。為此,增加防凍保護(hù)投切按鈕,以便在機(jī)組啟動(dòng)及處于特殊運(yùn)行方式時(shí)可以人工切除

正常運(yùn)行過(guò)程中,各單元凝結(jié)水溫度偏差較大,整列防凍邏輯不能滿足防凍的需要,對(duì)此,增加單臺(tái)順流風(fēng)機(jī)防凍保護(hù)邏輯：當(dāng)某順流單元凝結(jié)水溫度低于25℃時(shí),順流風(fēng)機(jī)“防凍保護(hù)”動(dòng)作報(bào)警提示,同時(shí)順流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速以一定速率降低（轉(zhuǎn)速最低為22.5 r/min）,若15 min后順流單元凝結(jié)水溫度不能恢復(fù),報(bào)警“×列×單元凝結(jié)水溫度低”,提示運(yùn)行人員是否需要停止風(fēng)機(jī)運(yùn)行（人為干預(yù)）。當(dāng)順流單元凝結(jié)水溫度大于35℃時(shí),順流風(fēng)機(jī)報(bào)警解除,防凍保護(hù)結(jié)束,自動(dòng)啟動(dòng)恢復(fù)正常壓力控制?？刂七壿嬕?jiàn)圖1。

空冷島防凍保護(hù)原設(shè)計(jì)分為兩大部分,當(dāng)順流風(fēng)機(jī)防凍保護(hù)觸發(fā)時(shí)該列順流風(fēng)機(jī)以一定速率降至最低轉(zhuǎn)速,該列逆流風(fēng)機(jī)保持恒定轉(zhuǎn)速;當(dāng)逆流風(fēng)機(jī)防凍保護(hù)觸發(fā)時(shí)該列逆流風(fēng)機(jī)以一定速率降至最低轉(zhuǎn)速,該列順流風(fēng)機(jī)保持恒定轉(zhuǎn)速。但在實(shí)際運(yùn)行中,逆流風(fēng)機(jī)防凍保護(hù)動(dòng)作后,逆流風(fēng)機(jī)降至最低轉(zhuǎn)速仍不能使防凍動(dòng)作條件解除（抽真空溫度不能上升至防凍保護(hù)解除條件）,需要降低順流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速才能實(shí)現(xiàn)防凍功能。為此,增加逆流風(fēng)機(jī)防凍保護(hù)動(dòng)作后3min不能恢復(fù)則順流風(fēng)機(jī)防凍保護(hù)動(dòng)作邏輯。

為避免運(yùn)行人員操作的滯后性,提高機(jī)組安全性、經(jīng)濟(jì)性,設(shè)計(jì)了環(huán)境溫度、機(jī)組負(fù)荷及背壓關(guān)系曲線,背壓控制由原來(lái)運(yùn)行人員設(shè)定單回路控制調(diào)節(jié)改為由環(huán)境溫度、機(jī)組負(fù)荷及背壓關(guān)系曲線進(jìn)行自動(dòng)控制（見(jiàn)表1）。

4 優(yōu)化效果

a.完善了空冷自動(dòng)與保護(hù)功能,通過(guò)邏輯優(yōu)化,使機(jī)組順、逆流防凍保護(hù)正常投入,有效消除了機(jī)組冬季空冷結(jié)凍隱患。特別是環(huán)境溫度低于-15℃時(shí),未發(fā)生空冷散熱片局部?jī)鼋Y(jié)與變形,空冷系統(tǒng)根據(jù)抽口溫度和凝結(jié)水溫度自動(dòng)實(shí)現(xiàn)防凍調(diào)整,最大程度保證了空冷系統(tǒng)防凍安全。

表1 環(huán)境溫度、機(jī)組負(fù)荷及背壓關(guān)系kPa

b.確定了機(jī)組負(fù)荷、環(huán)境溫度、背壓之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,使機(jī)組能夠根據(jù)機(jī)組負(fù)荷與當(dāng)前環(huán)境溫度情況自動(dòng)調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)背壓運(yùn)行。在環(huán)境溫度低于-10℃時(shí)能夠保持背壓低于設(shè)計(jì)值4 kPa長(zhǎng)期運(yùn)行,保證了機(jī)組運(yùn)行最大經(jīng)濟(jì)效果。

c.實(shí)現(xiàn)空冷自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠全過(guò)程投入。機(jī)組啟停過(guò)程中,空冷各列風(fēng)機(jī)逐級(jí)實(shí)現(xiàn)步序控制,有效降低啟停機(jī)過(guò)程中結(jié)凍危險(xiǎn),降低運(yùn)行人員的操作強(qiáng)度。

d.機(jī)組供電煤耗有較大幅度下降,2008年冬季累計(jì)完成供電煤耗370 g/kW?h,2009年冬季累計(jì)完成供電煤耗360 g/kW?h,平均煤耗下降約10 g/kW?h。

通遼電廠5號(hào)機(jī)是首臺(tái)600 MW國(guó)產(chǎn)化的空冷示范項(xiàng)目工程,雖然投產(chǎn)后運(yùn)行較為穩(wěn)定,但在空冷自動(dòng)控制、防凍保護(hù)等方面存在不少問(wèn)題。通過(guò)對(duì)空冷系統(tǒng)的優(yōu)化,完善了空冷系統(tǒng)自動(dòng)控制邏輯,在國(guó)產(chǎn)空冷機(jī)組自動(dòng)控制方面積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。