解列加熱器對高背壓直接空冷機(jī)組的影響分析

李嘉華　侯艷峰　常莉

摘 要：直接空冷機(jī)組由于可以極大減少火力發(fā)電過程中的耗水量，因此在我國北方地區(qū)廣泛使用。但由于各種各樣的原因，機(jī)組背壓在夏季炎熱環(huán)境下達(dá)到一個(gè)很高的水平，過高的背壓會(huì)限制機(jī)組功率，而此時(shí)又是用電量高峰期，要求機(jī)組能夠接近甚至達(dá)到額定功率。文章首先分析機(jī)組背壓高的原因及對策，然后從機(jī)組本身入手，通過計(jì)算，定性分析出解列加熱器對機(jī)組負(fù)荷的影響，為通過解列加熱器提高負(fù)荷提供參考。

關(guān)鍵詞：直接空冷機(jī)組；解列加熱器；高背壓

引言

我國是全球13個(gè)貧水國之一，尤其北方缺水情況尤為嚴(yán)重[1]。而我國北方山西、陜西、新疆等地有豐富的煤炭資源。為有效解決富煤貧水地區(qū)的發(fā)電問題，我國北方大量建造使用了直接空冷機(jī)組。與傳統(tǒng)水冷機(jī)組不同，直接空冷機(jī)組將汽輪機(jī)排汽排入空冷凝汽器，以空氣作為冷卻介質(zhì)。采用直接空冷機(jī)組可以使電廠總耗水量降低75%以上[2]。由于空冷凝汽器以空氣作為冷卻介質(zhì)，因此環(huán)境溫度對直接空冷機(jī)組背壓影響很大，冬季背壓較低，而夏季背壓較高，夏季環(huán)境溫度很高時(shí)機(jī)組背壓甚至超過40kPa[3]，達(dá)40-45kPa。較高的背壓將會(huì)嚴(yán)重制約機(jī)組出力，限制機(jī)組負(fù)荷。而環(huán)境溫度很高的時(shí)間段也是用電負(fù)荷很高的時(shí)間段，有時(shí)甚至要求機(jī)組滿負(fù)荷發(fā)電。韓永魁[4]等人提出加裝尖峰噴霧系統(tǒng)、濕式冷卻系統(tǒng)等措施降低背壓。但這些措施均需要提前準(zhǔn)備。對于未裝此類設(shè)備，而又必須要求機(jī)組滿負(fù)荷發(fā)電的機(jī)組，或者在各種降低背壓措施都使用但依然無法保持負(fù)荷的情況下，就需要從機(jī)組本身入手，采取措施。

文章首先分析了機(jī)組背壓高的原因及對策，然后以N300-16.7MPa/538℃/538℃直接空冷機(jī)組為研究對象，計(jì)算在相同主蒸汽流量、不同高背壓下解列不同加熱器后機(jī)組負(fù)荷、各加熱器抽汽口流量壓力等參數(shù)，定性分析出解列不同加熱器對機(jī)組負(fù)荷的影響。為機(jī)組通過解列加熱器從而保證發(fā)電負(fù)荷提供理論依據(jù)。（如圖1所示）

圖1中，NO.1為1號(hào)高壓加熱器，NO.2為2號(hào)高壓加熱器，NO.3為3號(hào)高壓加熱器，NO.4為除氧器，NO.5為5號(hào)低壓加熱器，NO.6為6號(hào)低壓加熱器，NO.7為7號(hào)低壓加熱器。該機(jī)組空冷島包括24個(gè)空冷單元，分為6列4排，每個(gè)空冷單元配一臺(tái)風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)額定功率110kW，風(fēng)量598■。設(shè)計(jì)條件下夏季工況汽輪機(jī)背壓15kPa。表1為各加熱器端差；表2為設(shè)計(jì)條件下機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)抽汽點(diǎn)參數(shù)，此時(shí)機(jī)組功率300MW，主蒸汽流量953t/h。

1 機(jī)組背壓高的原因及對策

保持較低的排汽壓力需要空冷凝汽器有足夠的換熱量，否則排汽壓力便會(huì)升高，而換熱量的多少與換熱系數(shù)、換熱面積、換熱溫差等許多因素有關(guān)，導(dǎo)致?lián)Q熱量降低的主要有環(huán)境因素、設(shè)備因素、人員因素三方面因素。

1.1 環(huán)境因素

環(huán)境因素主要包括風(fēng)、光照、氣溫、風(fēng)沙等因素。

風(fēng)會(huì)影響流過空冷單元的冷卻風(fēng)量，隨著風(fēng)速的增加，冷卻風(fēng)量會(huì)減少，過大的風(fēng)還會(huì)導(dǎo)致“倒灌”現(xiàn)象的發(fā)生，使冷卻風(fēng)量驟然降低。同時(shí)，處在空冷島邊界的空冷單元還有可能出現(xiàn)“熱風(fēng)再循環(huán)”現(xiàn)象，導(dǎo)致冷卻風(fēng)溫度上升，降低換熱效果[5]。

例如新疆哈密等夏季光照強(qiáng)烈的地區(qū)，夏季午后直接暴露在陽光中的表面溫度甚至可達(dá)80℃，這樣的換熱表面溫度勢必會(huì)嚴(yán)重降低換熱效果[6]。

北方夏季多為炎熱干燥氣候，有時(shí)白天空氣溫度甚至可達(dá)45℃，在空冷單元冷卻風(fēng)體積流量相同時(shí)，較低的冷卻風(fēng)溫比較低的冷卻風(fēng)溫有更好的換熱效果。很高的冷卻風(fēng)溫會(huì)使換熱溫差降低，降低換熱效果。

在北方如新疆等地為灰塵風(fēng)沙較多的環(huán)境，這種環(huán)境下?lián)Q熱面積灰很快，如不及時(shí)清理，換熱面積灰后會(huì)增加換熱熱阻，降低換熱效果。

1.2 設(shè)備因素

設(shè)備因素主要包括空冷島冷卻裕量、真空嚴(yán)密程度等因素。對于一些機(jī)組，在設(shè)計(jì)過程中對夏季工況考慮不充足，導(dǎo)致空冷島冷卻裕量不能滿足需要，此時(shí)沒有足夠的換熱面積進(jìn)行換熱，便會(huì)導(dǎo)致排汽壓力升高。

由于直接空冷機(jī)組真空系統(tǒng)龐大，焊口焊點(diǎn)很多，不可避免地導(dǎo)致系統(tǒng)潛在漏點(diǎn)多，從而使機(jī)組真空嚴(yán)密性差，惡化傳熱效果[7]。

1.3 人員因素

設(shè)備的正常運(yùn)行需要工作人員的“細(xì)心呵護(hù)”。工作人員對工作的應(yīng)付、懈怠、責(zé)任心不強(qiáng)會(huì)使設(shè)備得不到應(yīng)有的“呵護(hù)”，導(dǎo)致檢查、檢修、維護(hù)不及時(shí)或不到位[8]，使設(shè)備不能工作在最佳狀態(tài)下。

1.4 對策

對于環(huán)境因素，可以通過加裝“擋風(fēng)墻[9]”等方式降低自然風(fēng)對空冷島的影響，也可以在電廠周邊植樹造林[8]，改善周邊環(huán)境，減少風(fēng)沙。對于設(shè)備因素，可以加裝尖峰噴霧系統(tǒng)、濕式冷卻系統(tǒng)等，同時(shí)認(rèn)真查找空冷系統(tǒng)漏點(diǎn)，及時(shí)堵漏[7]。對于人員因素，應(yīng)當(dāng)采取措施增強(qiáng)工作人員的責(zé)任心，狠抓設(shè)備整治和各項(xiàng)管理工作的情況。機(jī)組在多風(fēng)沙等環(huán)境惡劣環(huán)境下工作時(shí)，也應(yīng)更加頻繁地對換熱管進(jìn)行清理，特別是采用高壓水沖洗的方法，深度清潔換熱器外部翅片中的積灰、雜草、飛蟲等雜物，從而保證設(shè)備的工作狀態(tài)。

2 高背壓工況解列加熱器的計(jì)算及分析

2.1 未解列加熱器背壓40kPa

主蒸汽流量953t/h不變，未解列任何加熱器的條件下背壓達(dá)到40kPa時(shí)，解列各加熱器后，機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)抽汽點(diǎn)參數(shù)如表3所示。

根據(jù)表3可得出以下結(jié)論：

（1）排汽壓力由0.015MPa升至0.040MPa時(shí)，功率下降明顯，由300MW下降至276.91MW，下降7.80%。

（2）汽輪機(jī)排汽壓力升高時(shí)，各抽汽口壓力均升高。各抽汽口流量均下降，且越到末級，抽汽口流量下降越明顯。

（3）解列NO.1后，參數(shù)變化最明顯，功率由276.91MW上升至291.15MW，上升5.14%。排汽壓力由0.040MPa上升至為0.044MPa，上升10%。排汽流量由651.93t/h上升至700.51t/h，上升7.45%。

（4）解列NO.2后，參數(shù)變化明顯程度小于解列NO.2，功率略有上升，由276.91MW上升至279.88MW，上升1.07%。排汽壓力由0.040MPa上升至0.042MPa，上升5%。排汽流量由651.93t/h上升至671.68t/h，上升3.03%。

（5）解列NO.3后，功率有所下降，排汽流量有所下降，排汽壓力變化不明顯。

（6）解列NO.5、NO.6、NO.7后，功率有所下降，排汽流量有所上升，排汽壓力變化不明顯。

2.2 未解列加熱器背壓45kPa

主蒸汽流量953t/h不變，未解列任何加熱器的條件下背壓達(dá)到45kPa時(shí)，解列各加熱器后，機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)抽汽點(diǎn)參數(shù)如表4。

根據(jù)表4可得出以下結(jié)論：

（1）排汽壓力由0.015MPa升至0.045MPa時(shí)，功率下降明顯，由300MW下降至274.26MW，下降8.58%。排氣壓力由0.040MPa升至0.045MPa時(shí)，功率下降不明顯，由276.91MW下降至274.26MW，下降0.96%。

（2）汽輪機(jī)排汽壓力升高時(shí)，各抽汽口壓力均升高。除NO.4以外，各抽汽口流量均下降，且越到末級，抽汽口流量下降越明顯。

（3）解列NO.1后，參數(shù)變化最明顯，功率由274.26MW上升至288.08MW，上升5.04%。排汽壓力由0.045MPa上升至為0.049MPa，上升8.89%。排汽流量由654.60t/h上升至703.94t/h，上升7.54%。

（4）解列NO.2后，參數(shù)變化明顯程度小于解列NO.2，功率略有上升，由274.26MW上升至276.95MW，上升0.98%。排汽壓力由0.045MPa上升至0.046MPa，上升2.22%。排汽流量由654.60t/h上升至674.94t/h，上升3.11%。

（5）解列NO.3后，功率有所下降，排汽流量有所下降，排汽壓力變化不明顯。

（6）解列NO.5、NO.6、NO.7后，功率有所下降，排汽流量有所上升，排汽壓力變化不明顯。

3 結(jié)束語

（1）隨著背壓的升高，機(jī)組功率下降明顯，但趨勢放緩。

（2）主蒸汽流量不變時(shí)，解列NO.1時(shí)功率升高最明顯，但排汽流量以及排汽壓力升高也最明顯，解列NO.2效果次之，解列其它加熱器甚至?xí)档凸β省?/p>

（3）文章計(jì)算工程中保持主蒸汽流量不變，旨在得到定性結(jié)論，而鍋爐均有裕量，因此在背壓升高導(dǎo)致負(fù)荷下降時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分利用鍋爐裕量，鍋爐達(dá)到最大出力后再考慮通過解列加熱器維持功率。

（4）不同機(jī)組解列某一或某幾級加熱器時(shí)會(huì)有不同的效果，因此在解列前應(yīng)當(dāng)進(jìn)行充分分析與準(zhǔn)備。

（5）解列加熱器會(huì)造成機(jī)組效率下降，降低經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)當(dāng)視為一種在迫不得已時(shí)才應(yīng)使用的方式。各電廠應(yīng)當(dāng)未雨綢繆，通過及時(shí)沖洗空冷凝汽器換熱管束、提前加裝尖峰噴霧系統(tǒng)、濕式冷卻系統(tǒng)等措施保證機(jī)組在夏季最惡劣的環(huán)境條件下能夠達(dá)到額定出力。

（6）在解列加熱器前應(yīng)當(dāng)確認(rèn)如下工作：加熱器抽汽閥、逆止閥關(guān)閉；啟動(dòng)電動(dòng)給水泵熱備用；活動(dòng)加熱器危急疏水門，確保加熱器疏水暢通可靠。加熱器解列過程中要及時(shí)調(diào)整汽包、除氧器以及熱井水位；及時(shí)使用噴水減溫對主蒸汽及再熱蒸汽氣溫進(jìn)行調(diào)節(jié)，防止過熱器及再熱器超溫[10]。在汽輪機(jī)排汽壓力較高的情況下，解列加熱器后短時(shí)間內(nèi)會(huì)使流量發(fā)生突變，此時(shí)應(yīng)密切注視排汽壓力變化，嚴(yán)防超限引起機(jī)組保護(hù)動(dòng)作。

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作者簡介：李嘉華（1992-），男，碩士研究生，所在院校：華北電力大學(xué)（保定），主要從事熱力發(fā)電廠節(jié)能技術(shù)的研究。

侯艷峰（1989-），男，碩士研究生，所在院校：華北電力大學(xué)（保定），主要從事熱力發(fā)電廠節(jié)能技術(shù)的研究。