600 MW直接空冷機(jī)組冬季優(yōu)化運(yùn)行試驗(yàn)研究

時(shí) 瑛

(華北電力大學(xué)，河北 保定 071003)

1 概述

目前，直接空冷機(jī)組在中國的北方地區(qū)，特別是在缺少水資源的西北、華北、內(nèi)蒙古地區(qū)大規(guī)模應(yīng)用，中國已成為全世界直接空冷機(jī)組裝機(jī)容量最大的國家，同時(shí)直接空冷機(jī)組也成為目前北方地區(qū)投產(chǎn)運(yùn)行機(jī)組的主力。由于直接空冷機(jī)組存在高背壓、受環(huán)境溫度影響大、受風(fēng)速影響大、廠用電率高等特點(diǎn)，直接空冷機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性受到了較大影響，如何進(jìn)一步提高直接空冷機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，成為當(dāng)前發(fā)電企業(yè)研究的課題。關(guān)于夏季如何進(jìn)一步提高直接空冷機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的試驗(yàn)和研究成果已經(jīng)比較成熟，但是在冬季如何使空冷機(jī)組進(jìn)一步優(yōu)化運(yùn)行，提高其經(jīng)濟(jì)性的相關(guān)研究還沒有相對(duì)成熟的經(jīng)驗(yàn)。北方冬季通常氣溫較低，為防止冷卻器凍損故障的發(fā)生，大部分電廠將機(jī)組排汽背壓控制在20 kPa左右，排汽溫度高達(dá)60 ℃，對(duì)直接空冷機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的影響較大。以下對(duì)600 MW直接空冷機(jī)組冬季的優(yōu)化運(yùn)行進(jìn)行研究。

研究項(xiàng)目位于內(nèi)蒙古海拉爾地區(qū)，低溫維持時(shí)間較長，冬季最低溫度可達(dá)零下40 ℃，是目前直接空冷機(jī)組應(yīng)用環(huán)境溫度最低的地區(qū)，具有典型性。試驗(yàn)機(jī)組為600 MW超臨界直接空冷機(jī)組，汽輪機(jī)采用NZK600-24.2/566/566型超臨界600 MW國產(chǎn)燃煤直接空冷機(jī)組。汽輪機(jī)排汽采用機(jī)械通風(fēng)直接空冷系統(tǒng)，空冷散熱器管型采用國產(chǎn)化自主生產(chǎn)設(shè)計(jì)的單面覆鋁鋼基管、鋁翅片單排管，直接空冷凝汽器公用56個(gè)冷卻單元，配置56臺(tái)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)，冷卻單元分8列布置，每列7個(gè)冷卻單元。

2 試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)工況

a． 工況一，60%(360 MW)負(fù)荷工況下，冷卻段風(fēng)機(jī)5列全投，然后由5列全投改為4列全投；

b． 工況二，75%(460 MW)負(fù)荷工況下，冷卻段風(fēng)機(jī)6列全投；

c． 工況三，90%(540 MW)負(fù)荷工況下，冷卻段風(fēng)機(jī)6列全投，然后由6列全投改為5列全投；

d． 工況四，100%(600 MW)負(fù)荷工況下，冷卻段風(fēng)機(jī)6列全投，然后由6列全投改為5列全投。

2.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)環(huán)境溫度-25～-10 ℃；風(fēng)機(jī)在試驗(yàn)工況下進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。排汽壓力從高到低調(diào)整控制，空冷系統(tǒng)自動(dòng)投入，保持各列風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速相同，設(shè)置背壓，調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速(周波)，從18 kPa對(duì)應(yīng)排汽溫度58 ℃逐步降低至10 kPa對(duì)應(yīng)排汽溫度46 ℃左右，視空冷島運(yùn)行狀況和室外環(huán)境溫度確定。排汽壓力每降2 kPa，進(jìn)行一次測試。測試過程中凝結(jié)水溫度最低控制在40 ℃以上(過冷度5～6 ℃)，保證空冷散熱器不發(fā)生凍結(jié)。試驗(yàn)期間，測取島外環(huán)境溫度，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速(周波)，排汽壓力、排汽溫度，凝結(jié)水溫度，凝結(jié)水流量，風(fēng)速、風(fēng)向，發(fā)電機(jī)功率等參數(shù)。每一工況調(diào)整穩(wěn)定,20 min后開始記錄各參數(shù)，連續(xù)記錄60 min。環(huán)境溫度，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速(周波)，排汽壓力、排汽溫度10 min記錄一次，其它參數(shù)15 min記錄一次。

2.3 試驗(yàn)注意事項(xiàng)

為了防止出現(xiàn)空冷凝汽器大面積冰凍故障發(fā)生，制訂了相應(yīng)的安全防范技術(shù)措施。

a. 冬季運(yùn)行要盡量減少機(jī)組啟停，還要盡量避免夜間啟停，尤其是后夜啟停。

b. 增加負(fù)荷需要投下一列時(shí)，開啟真空門1 min后即可開啟蒸汽蝶閥，蒸汽蝶閥開啟的過程中啟動(dòng)逆流風(fēng)機(jī)，啟動(dòng)后以最小轉(zhuǎn)速正轉(zhuǎn)，直到疏水溫度由環(huán)境溫度上升到0 ℃以上時(shí)，再啟動(dòng)順流風(fēng)機(jī)，不允許順、逆流風(fēng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)。

c. 根據(jù)空冷系統(tǒng)冬季整套啟動(dòng)試運(yùn)情況，正常投入回暖保護(hù)后，仍有部分逆流區(qū)冷卻管表面溫度接近0 ℃，這種情況說明逆流區(qū)過冷，此時(shí)解除對(duì)應(yīng)列回暖保護(hù)，人為將逆流風(fēng)機(jī)以最小轉(zhuǎn)速正轉(zhuǎn)，若溫度仍沒回升，人為將逆流風(fēng)機(jī)停止或反轉(zhuǎn)回暖。

d. 若抽空氣口溫度繼續(xù)下降，啟動(dòng)逆流風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)，溫度有明顯回升時(shí)停止反轉(zhuǎn)。

e. 空冷島24 h有人值班，每隔1 h進(jìn)行一次測溫檢查并做好記錄，尤其要重點(diǎn)檢查逆流區(qū)與順流區(qū)接合部冷卻管束，在逆流區(qū)接近抽空氣管道的管束也是溫度最低點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)快速聯(lián)系主控人員進(jìn)行回暖調(diào)整。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 工況一

環(huán)境溫度-21.3～-14.8 ℃, 60%(360 MW)負(fù)荷下，冷卻段5列投入，排汽壓力由15.8 kPa逐步降低到10.5 kPa,相對(duì)真空度由77.45 kPa提高到82.6 kPa，實(shí)測排汽溫度由56.1 ℃降低到47.8 ℃, 凝結(jié)水溫度由53.9 ℃降低到44.9 ℃，空冷系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，凝結(jié)水過冷度2.2～2.9 ℃，順流風(fēng)機(jī)頻率由17 Hz增加到25 Hz, 逆流風(fēng)機(jī)頻率12.4～15 .2 Hz，風(fēng)機(jī)耗電量僅增加55%，10 kPa下耗電量510 kW，僅占夏季額定負(fù)荷工況風(fēng)機(jī)耗電量1/10左右。60%(360 MW)負(fù)荷下，排汽壓力18 kPa，運(yùn)行方式由5列改為4列，相同參數(shù)下對(duì)比試驗(yàn)，順流風(fēng)機(jī)頻率由21.8 Hz增加到34.7 Hz，風(fēng)機(jī)耗電量由401.9 kW增加到806.6 kW，增加1倍以上。

3.2 工況二

環(huán)境溫度-21～-15.6 ℃，75%(460 MW)負(fù)荷下，冷卻段6列投入，排汽壓力由16 kPa逐步降低到10.6 kPa,相對(duì)真空度由77.4 kPa提高到83.6 kPa，實(shí)測排汽溫度由57.2 ℃降低到48. 1 ℃,凝結(jié)水溫度由54.9 ℃降低到45.6 ℃，空冷系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，凝結(jié)水過冷度僅2.3～2.5 ℃，順流風(fēng)機(jī)頻率由15 Hz增加到22.8 Hz, 逆流風(fēng)機(jī)頻率11.3～16.4 Hz，風(fēng)機(jī)耗電量增加50%，10 kPa下耗電量550 kW。

3.3 工況三

環(huán)境溫度-16.3～-11.9 ℃, 90%(540 MW)負(fù)荷下，冷卻段6列投入，排汽壓力由16.1 kPa逐步降低到10.27 kPa,相對(duì)真空度由77.3 kPa提高83.6 kPa，實(shí)測排汽溫度由62.5 ℃降低到50.6 ℃, 凝結(jié)水溫度由52.4 ℃降低到43.2 ℃，空冷系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，凝結(jié)水過冷度7.4～10.1 ℃，順流風(fēng)機(jī)頻率22.8～31.5 Hz, 逆流風(fēng)機(jī)頻率由12 Hz增加到15 Hz，風(fēng)機(jī)耗電量由482.6 kW增加到993.5 kW，增加1倍以上。60%(360 MW)負(fù)荷下，排汽壓力18 kPa，運(yùn)行方式由6列改為5列，相同參數(shù)下對(duì)比試驗(yàn)，順流風(fēng)機(jī)頻率由25.5 Hz增加到35.5 Hz，風(fēng)機(jī)耗電量由629.4 kW增加到1 037.9 kW，增加了65%。

3.4 工況四

環(huán)境溫度-16.7～-10 ℃, 2號(hào)機(jī)組100%(600 MW)負(fù)荷下，冷卻段6列投入，排汽壓力由16.1 kPa逐步降低到10.4 kPa，相對(duì)真空度由77.8 kPa提高到83.6 kPa，實(shí)測排汽溫度由60.1 ℃降低到50.8 ℃,凝結(jié)水溫度由54.2 ℃降低到42.7 ℃，空冷系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，凝結(jié)水過冷度5.9～8.1 ℃，順流風(fēng)機(jī)頻率由28.5 Hz增加到40.8 Hz,逆流風(fēng)機(jī)頻率12.7～14.5 Hz，風(fēng)機(jī)耗電量由764.2 kW增加到1 752 kW，增加1.3倍。負(fù)荷600 MW，背壓10 kPa，風(fēng)機(jī)頻率約42 Hz，冷卻段6列投入，除個(gè)別順流區(qū)下部局部位置溫度偏低外，其余順流區(qū)一切正常，但是絕大多數(shù)逆流區(qū)域與順流區(qū)域結(jié)合部位都有8～10根管束凍結(jié)且溫度非常低，與試驗(yàn)前相同，加強(qiáng)逆流風(fēng)機(jī)4臺(tái)同時(shí)回暖，化凍效果不好。100 %(600 MW)負(fù)荷下，排汽壓力18 kPa，相同參數(shù)下運(yùn)行方式由6列改為5列，順流風(fēng)機(jī)頻率由

30.7 Hz增加到42.1 Hz，風(fēng)機(jī)耗電量由832.8 kW增加到1 551.1 kW，增加86%。

4 結(jié)論

a. 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可以推論，在環(huán)境溫度-10～-20 ℃時(shí)，對(duì)于600 MW超臨界機(jī)組，60%～100%負(fù)荷范圍，在背壓12～13 kPa下，空冷系統(tǒng)可安全穩(wěn)定運(yùn)行。

b. 在460 MW負(fù)荷下，環(huán)境溫度-21～-15.6 ℃，排汽壓力由16 kPa降到10 kPa，計(jì)算熱耗下降405 kJ/kWh,供電煤耗可下降13.8 g/kWh；而在600 MW負(fù)荷下，環(huán)境溫度-16.7～-10 ℃，排汽壓力由16 kPa降到10 kPa，計(jì)算熱耗下降402.9 kJ/kWh,供電煤耗可下降13.7 g/kWh。據(jù)此推論，600 MW超臨界機(jī)組背壓從18～19 kPa降到12～13 kPa運(yùn)行，供電煤耗可下降約13 g/kWh，優(yōu)化運(yùn)行可取得較好經(jīng)濟(jì)效益。

c. 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，360 MW負(fù)荷及相同背壓下，4列運(yùn)行比5列運(yùn)行風(fēng)機(jī)耗電量增加1倍；530 MW、600 MW負(fù)荷及相同背壓下，5列運(yùn)行比6列運(yùn)行風(fēng)機(jī)耗電量也增加近1倍。因此可以推斷，在各負(fù)荷工況下，要盡可能使風(fēng)機(jī)多列投運(yùn)，且保持低速同步運(yùn)轉(zhuǎn)，可以大幅降低風(fēng)機(jī)耗電量。

d. 變頻風(fēng)機(jī)頻率降低，風(fēng)機(jī)耗電量下降幅度較大，如在20 Hz運(yùn)行耗電量僅是40 Hz運(yùn)行的1/4，顯現(xiàn)出變頻風(fēng)機(jī)高效節(jié)電的特點(diǎn)。所以采用所有風(fēng)機(jī)低頻運(yùn)行，可較大幅度降低廠用電。

e. 隨著機(jī)組負(fù)荷的增加，背壓下降時(shí)，風(fēng)機(jī)功耗增加呈現(xiàn)上升趨勢，而且會(huì)出現(xiàn)管束部分區(qū)域溫度降低的情況，存在冰凍的趨勢，此時(shí)需要嚴(yán)格控制背壓。