淺析影響直接空冷機組背壓因素

國電內蒙古東勝熱電有限公司 高殿波

淺析影響直接空冷機組背壓因素

國電內蒙古東勝熱電有限公司 高殿波

空冷風機的運行性能直接關系到汽輪機的安全、經(jīng)濟運行。本文對影響330MW直接空冷機組背壓的因素進行了分析，指出了影響空冷機組背壓的主要因素，并采取了相應措施確保了機組的安全經(jīng)濟運行。

空冷機組；背壓；影響因素

國電東勝熱電單臺機組空冷島冷卻面積為84萬平方米，共有6列散熱單元，其中1、2、6列設有隔離閥。每列有5組風機，1、3、5號風機為順流風機，2、4號風機為逆流風機，共有30組風扇,每組風扇都采用變頻調節(jié)，變頻調節(jié)范圍在25%-110%之間。直接空冷機組背壓的高低直接關系到整個機組的安全性和經(jīng)濟性。

1 影響空冷機組背壓因素分析

1.1 環(huán)境溫度升高對背壓的影響

我公司處于北方地區(qū)如環(huán)境溫度過低，機組負荷低，空冷凝汽器易凍結，如大面積凍結，此種情況一旦發(fā)生就無法挽回，只能立即停機，否則會導致空冷島管束損壞；環(huán)境溫度高對空冷機組的背壓影響也非常大，夏季環(huán)境溫度較高最高可達38℃，空冷島與外界溫差減小，散熱效果變差。因環(huán)境溫度的影響使330MW 空冷機組的年平均煤耗率比相同容量的濕冷機組高25g／kWh左右。環(huán)境溫度越高，空冷機組與濕冷機組煤耗率的差值就越大。

1.2 機組的熱耗率影響

目前我公司機組的熱耗率較高，和汽輪機廠提供的額定功率條件下不同背壓對應的主汽流量和排汽量數(shù)據(jù)相比，實際運行中主汽流量大于設計流量，一般超出5%-8%，較低時也達到了3%，最終導進入空冷系統(tǒng)的排汽量大于原設計排汽量，這樣就使得進入空冷系統(tǒng)的實際熱負荷高于了設計熱負荷，增大了空冷系統(tǒng)的散熱任務，提高了機組背壓。在環(huán)境溫度較高的夏季，負荷帶不上時，一旦增大進汽量后，機組的背壓會進一步提高，甚至可能超過機組安全運行背壓高限值。為保證機組夏季工況的安全運行，在環(huán)境溫度較高時，必須限制機組背壓在40kPa以下，但這導致了機組在夏季高溫情況下不能滿發(fā)。

1.3 空冷凝汽器真空嚴密性對背壓的影響

直接空冷機組的真空系統(tǒng)十分龐大，運行中排汽將通過直徑達幾米的排汽分配管送往容積大的空冷散熱器，而這一龐大的系統(tǒng)始終處于負壓和真空狀態(tài)。因此，空冷系統(tǒng)本身或與該系統(tǒng)相關的焊縫、法蘭、閥門、爆破膜、人孔門和測點接口等都有可能出現(xiàn)漏空氣現(xiàn)象，而管路系統(tǒng)和散熱器本身由于不均勻沉降和過應力等引起的變形開裂也可能造成空氣泄漏；另外，冬季由于調整等原因，造成空冷散熱器凍結，頻繁啟停機也會造成空冷散熱器焊縫、法蘭、閥門疲勞破壞，也會造成漏空氣現(xiàn)象。

1.4 空冷風機故障對空冷背壓的影響

空冷風機需要長期高負荷運行，因此風機故障停運率較高，常見的有風機葉片扭轉、風機減速機故障、風機電機變頻器故障等，這些故障都會引起空冷風機停運。單臺空冷風機故障停運，影響機組熱耗率約為25 kJ／kWh，影響機組煤耗率約為1.15g／kWh，對機組運行經(jīng)濟性影響非常大。

1.5 空冷管束磨損老化，損傷對背壓的影響

空冷管束磨損老化問題不容忽視。根據(jù)國外經(jīng)驗，空冷管束運行十四年后，傳熱系數(shù)降低了5%，削弱了管束散熱能力，從而使機組背壓升高，所以，設計空冷島散熱面積時應充分考慮老化裕量。另外，空冷管束冬季凍結，造成彎曲變形，甚至永久變形或打折，造成空冷管束損傷、泄露，壽命縮短。

1.6 熱風回流現(xiàn)象對背壓的影響

發(fā)生“熱風回流”的風機會向空冷平臺下其它的風機入口輸送熱空氣，導致這些風機的入口溫度上升。外界環(huán)境風速越大，現(xiàn)象越明顯，對機組安全運行影響也越大。熱風回流會使空冷凝汽器入口的空氣溫度上升5℃左右，對平均溫差為l5℃的空冷散熱器，將降低30%傳熱量，這嚴重影響了空冷散熱器的傳熱性能和機組的經(jīng)濟性。實際運行中熱風回流會導致機組背壓迅速升高而迫使機組快速減負荷，嚴重時將造成背壓高保護動作，這種現(xiàn)象存夏季時有發(fā)生，某些空冷機就曾發(fā)生過熱風回流引起的跳機事故。根據(jù)經(jīng)驗和數(shù)值模擬分析，從爐后及側后吹來的大風對空冷凝汽器最為不利，這些方向的大風最容易造成空冷凝汽器的熱風回流。

1.7 空冷島管束翅片臟污情況對背壓的影晌

空冷島所處地區(qū)環(huán)境污染嚴重，風沙大，灰塵多，空氣中固體小顆粒較多，空氣中的灰塵容易在翅片上積聚而堵塞通風間隙。另外春夏之交的柳絮、楊絮也會吸附到管束翅片上，造成空冷島翅片臟污。同時，空冷島的夜間照明也會吸引飛蛾等昆蟲.導致昆蟲尸體沾附在翅片管表面，造成翅片管污染。這些堵塞和粘污都會使空冷管束散熱能力變差、機組背壓升高，如果空冷島管束翅片污染嚴重而未進行及時沖洗，將會導致同負荷下背壓升高10-15kPa。

2 降低直接空冷背壓，提高機組運行經(jīng)濟性

2.1 直接空冷機組運行背壓的控制

合理控制運行背壓是提高空冷機組運行經(jīng)濟性的基礎。通過對空冷風機進行優(yōu)化控制。盡量降低空冷機組的運行背壓，是提高直接空冷機組運行經(jīng)濟性的有效途徑。為了優(yōu)化空冷島設備的運行方式，提高直接空冷機組低背壓下運行的安全性和經(jīng)濟性，我公司結合機組設備特性、所處地域特點及不同的季節(jié)特點，探索出了一些降低機組運行背壓的有效措施。

2.1.1 冬季空冷運行背壓控制及運行方式

冬季運行期間，要全面掌握空冷島溫度場變化，通過監(jiān)視DCS空冷畫面抽真空管和疏水管各點溫度是不夠的，因為它不能及時反應是否有過冷管束存在。全面檢測空冷管束外側溫度，如外表面溫度在5-12℃視為正常，超過12℃可再降低機組背壓，如果發(fā)現(xiàn)個別管束表面溫度低于2℃時,認為該管束有過冷現(xiàn)象，應立即調整。對局部過冷管束，立即采取回暖措施。及時降低最近順、逆流風機轉速，直至停止逆流風機，若不能恢復管束溫度，可以將逆流風機低頻反轉，反轉頻率控制在40%以內，利用熱空氣回流提高順流風機入口空氣溫度，同時加熱逆流換熱管束，過冷管束恢復正常后，可將逆流風機恢復正常運行方式。勤測溫、勤調整、勤反饋，及時發(fā)現(xiàn)過冷管束，是空冷低背壓防凍的關鍵，在冰塊充滿管束之前采取回暖升溫措施可以達到良好效果；若管束過冷發(fā)現(xiàn)較晚，錯過了回暖的最佳時機，一旦冰塊充滿管束，凍結時間越長，溶開的機會就越小。如果管束已經(jīng)凍結，在凍結換熱面外表面覆蓋棉被是非常必要的，同時適當提高機組排汽溫度升高背壓，此時要注意凍結管膨脹量小于正常管膨脹量，排汽溫度提高太高太快，將造成凍結管附近的正常管變形，甚至折斷。冬季機組低負荷運行中，根據(jù)環(huán)境溫度可以隔離1、2、6列，減少空冷島冷卻面積，機組負荷＞100MW，環(huán)境溫度-12℃時隔離一到兩列即可滿足防凍需要。夜間運行中，電網(wǎng)處于低谷時段，機組負荷最低，環(huán)境溫度將降至全天最低氣溫，空冷管束過冷現(xiàn)象頻繁且嚴重，特別是在負荷小于160MW、環(huán)境溫度-15℃以下時，反轉逆流風機進行升溫不能滿足要求，此時加大反轉逆流風機頻率至60%-80%，同時調整臨近的兩臺順流風機頻率，使熱空氣的流量、流速增大，能起到良好效果。冬季啟動時，采取高中壓缸聯(lián)合帶旁路啟動方式，盡量縮短抽真空時間，當鍋爐蒸發(fā)量低于最小防凍流量時嚴禁蒸汽進入空冷島（不包括軸封），利用鍋爐干燒能力盡快達到最小防凍流量，抽真空時保持三臺真空泵運行，當背壓低于30KPa時，依次停運兩臺真空泵，當鍋爐滿足最小防凍流量時，通過旁路系統(tǒng)空冷島進汽，開啟管道疏水，升溫升壓。當機組并網(wǎng)后負荷達到最小防凍流量對應的負荷時即可關閉旁路，鍋爐可按照滑壓啟動曲線控制。在這之前鍋爐保持蒸發(fā)量穩(wěn)定，以滿足空冷島防凍要求。關閉空冷島各排散熱器端部小門以及各冷卻單元的隔離小門。低負荷情況下盡可能保持各排風機低轉速運行，且同排風機轉速相同，避免由于某一風機轉速過高造成局部過冷現(xiàn)象：冬季運行期間密切監(jiān)視各凝結水回水母管中結水的過冷程度，冬季凝結水的過冷度最大不得超過5.5℃。冬季機組運行中，加強對逆流區(qū)散熱管束表面溫度的檢查，通過降低逆流段和相鄰順流段冷卻風機的轉速，避免散熱管束表面溫度出現(xiàn)較大偏差，控制表面溫差在10℃以內。必要時可相應增加機組負荷?？刂瓶绽鋶u各區(qū)抽真空蒸汽溫度比本排下聯(lián)箱凝結水溫度低1-5℃，但在任何時候不得低于5.5℃，運行中若發(fā)現(xiàn)抽真空蒸汽溫度較正常值低，則應降低對應排的逆流風機轉速或停止風機運行，若溫度沒有回升。則應適當降低順流風機轉速，必要時可在上述調整的基礎上啟動備用真空泵，通過增加抽氣口的空氣流速來提高溫度。通過長時間的運行發(fā)現(xiàn)，在冬季運行模式下330MW 空冷機組最低背壓值在機組滿負荷時可保持在9kPa。

2.1.2 夏季空冷背壓控制及應對措施

空冷島風機全速運行時，空冷機組夏季背壓高限值為40 kPa，該值既考慮了汽輪機末級葉片的安全，也考慮了夏季工況大風對空冷背壓的影響。當大風來臨時，能給運行人員留下足夠的時間來調整背壓上升，防止背壓高保護動作。在夏季機組背壓較高，遇到大風天氣，機組背壓波動幅度高達15KPa，對機組安全構成威脅?？绽鋶u設計安裝了噴霧系統(tǒng)，在夏季高溫高負荷時段，投入空冷島噴霧，經(jīng)統(tǒng)計機組負荷270MW，環(huán)境溫度高于25℃，機組背壓大于20KPa時，投入噴霧系統(tǒng)，機組背壓可以降低約5KPa，當環(huán)境溫度上升至29℃時，可以降低背壓8KPa以上，經(jīng)濟效益顯著。當投入空冷島噴霧，機組背壓降低至25KPa內，熱風再循環(huán)和切向風對背壓影響會大大減小，波動幅度不超過5KPa，保證了機組安全穩(wěn)定運行。

風速影響機組背壓，風速大于30m/s時，背壓開始升高，投入空冷島噴霧，機組不會因背壓高而影響負荷，增加了機組帶負荷能力。空冷島噴頭集中布置在風機出口邊緣，也就是風壓最高的位置，每列的母管布置在風機室的兩側，降低風阻，每個單元共10個噴頭，分兩個母管分別供水，這樣可以視運行環(huán)境、機組工況隔離每一條母管，運行方式較為靈活，噴霧系統(tǒng)母管壓力為1.5MPa，以保證了噴頭霧化效果。由于夏季環(huán)境溫度較高，空冷風機變頻器更容易發(fā)熱，因此空冷變頻器配電室內溫度也較高，導致空冷變頻器運行很不穩(wěn)定，極易因變頻器故障導致空冷風機跳閘。由于空冷風機已全速運行，一臺或多臺空冷風機跳閘，會使空冷背壓迅速升高，甚至超過控制高限值40kPa。為避免多臺空冷風機跳閘情況的發(fā)生，需要在運行中加強對空冷電機線圈溫度的監(jiān)視和控制，并將空冷變頻器室的溫度保持在25℃以下。為保證機組在夏季工況下安全經(jīng)濟運行，夏季以前對空冷系統(tǒng)進行高標準的清洗，用高壓除鹽水清除積附于空冷凝汽器表面的污垢和雜物，可提高機組出力5%-10%左右；采取措施消除或減弱熱風回流對空冷出力的影響，設法降低空冷平臺下面進風口的空氣流速，減少負壓區(qū)；確保汽水系統(tǒng)閥門嚴密性，尤其是低壓旁路閥和疏水系統(tǒng)閥門的嚴密性，以防排汽裝置熱負荷增加；夏季運行期間，除了要防止空冷背壓受外界影響急劇升高工況外，還需防止空冷背壓急劇下降的工況。另外，空冷島加裝水噴霧系統(tǒng)也可降低背壓。近一兩年許多電廠在空冷島加裝了水噴霧系統(tǒng)，一般情況下水噴霧系統(tǒng)的管道、噴嘴加裝在單元內風機出口的平臺上(噴嘴距凝汽器表面較遠)。從已加裝水噴霧系統(tǒng)機組的運行情況看，運行背壓可降低5-10kPa，但是同時要注意噴霧水量的控制，否則會造成水量的嚴重浪費而得不償失。

2.2 消除真空系統(tǒng)漏點，提高真空嚴密性

根據(jù)我國已運行的直接空冷機組的經(jīng)驗，我國空冷系統(tǒng)真空嚴密性試驗標準確定為100PJmin較為合理。真空泵容量的選擇上要比濕冷機組多留有足夠的裕量。同時，在空冷系統(tǒng)抽真空管道上設置球閥，以便于運行中對抽氣量進行調節(jié)。每月定期做真空嚴密性試驗，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。為保證真空嚴密性，對容易查漏的部位可采用泡沫查漏法，定期對有可能漏氣的焊縫、法蘭、閥門、爆破膜、人孔門和測點接口等進行檢查，發(fā)現(xiàn)漏點及時處理；對不容易查漏的部位可采用氦氣查漏法或超聲波檢測儀進行定期查漏，在檢修期間進行消缺。

2.3 提高空冷凝汽器管束的潔凈度

空冷島翅片臟污影響散熱效果，使背壓升高，廠用電升高，每年4月底完成空冷島高壓沖洗系統(tǒng)安裝調試工作，在進入夏季前，將空冷島高壓沖洗水壓力提高到9MPa，運行人員利用10天時間對#1、#2機空冷島進行了全面高壓沖洗，使空冷管束清潔干凈換熱效果良好，沖洗后機組背壓下降5-8KPa。

3 結束語

通過以上對影響330MW 空冷機組背壓的因素分析，背壓對汽輪機運行經(jīng)濟性的影響很大，空冷機組背壓達不到設計值是330MW汽輪機運行中存在的普遍問題，應引起人們的高度重視。造成空冷機組背壓高的原因較多，應區(qū)別對待。對機組進行分析，調整空冷風機運行方式，節(jié)約廠用電，提高機組運行經(jīng)濟性；只要對汽輪機真空系統(tǒng)有針對性的開展工作，就可以使空冷機組背壓由較大的提高，進一步降低300MW汽輪機組的煤耗。