330MW機組直接空冷島運行防凍調整措施

王德友

摘 要：為了滿足直接空冷機組冬季安全、經濟運行的要求，通過分析風機電耗率和機組背壓之間的關系，結合機組歷史運行數據、空冷島溫度分布規(guī)律、防凍控制方法，給出了防凍控制方法，并制訂了兼顧機組節(jié)能運行的優(yōu)化控制策略。該控制策略在330MW直接空冷機組上實施后，機組冬季運行背壓平均可降低1kPa，在滿足機組防凍安全的基礎上實現了經濟運行。

關鍵詞：330MW直接空冷機組；背壓；風機；防凍；節(jié)能

我廠2×330MW循環(huán)流化床機組采用直接空冷凝汽式汽輪機，額定背壓為14.5KPa。ACC（空冷）系統(tǒng)共有6列空冷凝汽器，位于空冷島34米平臺，由東向西排列分別為60、40、20、10、30、50列，其中10和20列為啟動列，每列有3個順流單元和2個逆流單元（2、4單元）?？绽滹L機轉速可通過變頻器在0～50Hz無級調速，當環(huán)境溫度≥20℃時投超頻可達55Hz。

1 前言

目前，直接空冷機組因具有良好的節(jié)水性在我國北方地區(qū)得到了廣泛的應用。直接空冷系統(tǒng)采用機械強制通風，將環(huán)境空氣作為冷卻介質，利用換熱翅片管束使管內的水蒸氣與管外的空氣發(fā)生熱交換，將汽輪機內做完功的乏汽冷卻至液態(tài)水，實現熱功轉換中冷端散熱的目的。直接空冷機組運行幾年后，大型冷端換熱器——空冷島的性能會逐漸下降，空冷島翅片管冬季防凍、春秋季節(jié)防大風、夏季換熱效果差等問題也逐漸顯現。另外，我國北方地區(qū)火電機組常面臨調峰任務重、發(fā)電負荷不足等問題，開展空冷機組冷端優(yōu)化運行工作非常重要。

2 空冷機組防凍研究現狀

我國北方冬季氣溫很低，像內蒙古薛家灣冬季最低溫度可達到-25℃，空冷島低溫區(qū)域很容易發(fā)生凍結現象。國內外關于空冷島節(jié)能運行的文獻有很多，但研究空冷機組防凍機理的文獻較少。雖然對直接空冷機組冷端防凍的機理進行了一定程度的研究，但是兼顧冷端防凍與節(jié)能功能的自動調節(jié)方案很少。本文針對神華準能矸石發(fā)電有限責任公司的2臺330MW汽輪發(fā)電機組每年冬季都會面臨空冷系統(tǒng)運行防凍比較困難的問題進行了研究。

3 正常運行方式

ACC系統(tǒng)空冷風機在運行中會突然跳閘，除設備故障外，常遇到的主要原因是外界環(huán)境中發(fā)生大幅氣流擾動，如出現雷雨大風、旋風等現象時，風機振動大觸發(fā)開關跳閘。此時應嚴密監(jiān)視環(huán)境溫度、風速和風向的變化情況，將背壓設置退出自動，防止部分風機因轉速變化引起振動大跳閘的現象發(fā)生。

當外界環(huán)境有強風作用時，使得從空冷島上排出的熱空氣又被風機卷吸進入空冷凝汽器，使其無法換熱，空冷島發(fā)生熱風再循環(huán)現象，導致機組背壓較快上升，負荷下降。當背壓快速升高至40kPa以上時應立即快降負荷，同時調整風機的轉速不至于過高運行，保證過冷度不大于6℃。當一臺機組發(fā)生熱風再循環(huán)時，另一臺機組的運行人員也應注意工況的變化，及時作出預防處理。

4 啟、停運行方式

在機組啟、停過程中，當ACC系統(tǒng)運行、空冷風機投入自動、風機聯(lián)鎖和電動門聯(lián)鎖均投入時，ACC系統(tǒng)進入全自動運行模式。在機組啟動過程中，風機會按照啟動邏輯，先將啟動列逆流單元風機啟動運行，再啟動順流單元風機運行，滿足邏輯條件后依次開啟30、40、50和60列凝結水隔離閥和蒸汽隔離閥并啟動風機運行。在機組停機過程中，ACC系統(tǒng)按照與啟動過程相反的邏輯自動逐次停運。

ACC系統(tǒng)運行中會受到系統(tǒng)邏輯、外界環(huán)境、旁路開度、排汽量及排汽溫度等諸多因素的影響，控制系統(tǒng)會有延遲。因此在啟、停機時，我廠改為采用空冷風機手動調節(jié)的方式來調節(jié)機組背壓，以適應機組排汽量和背壓的快速變化。在機組啟動過程中，風機采用手動逐次啟動的方式運行。首先將啟動列逆流單元風機啟動運行，根據機組背壓的變化啟動順流單元風機運行，然后手動依次預先開啟30、40、50和60列的凝結水隔離閥和蒸汽隔離閥，按照機組參數逐次啟動風機來調節(jié)背壓。在機組停機過程中，按照與啟動過程相反的邏輯手動逐次停運風機，凝結水隔離閥和蒸汽隔離閥依據環(huán)境溫度的影響做出是否關閉的決定。

5 空冷散熱器防凍

5.1空冷散熱器凍結機理

實踐經驗和理論研究表明，不凝性氣體的富集是空冷散熱器凍結的唯一內因，集中處理不凝性氣體的逆流區(qū)最易凍結。

（1）不同翅片管的出口壓力不均勻，處于漏風位置翅片管的冷凝末端易成為不凝性氣體的富集區(qū)域，環(huán)境溫度較低時常發(fā)生凍結現象。

（2）真空泵性能下降將惡化逆流區(qū)的抽真空性能，引起逆流區(qū)凍結。

（3）空冷島翅片管與下聯(lián)箱的焊接之處，經常處于熱脹冷縮狀態(tài)，因膨脹不暢引起焊縫開裂時，大氣中的空氣漏入空冷島，容易引起空冷島局部氣阻致翅片管內蒸汽不再流動，引發(fā)凍結現象。

5.2空冷系統(tǒng)防凍控制策略

基于以上的機理，當環(huán)境溫度低于2℃時，ACC系統(tǒng)自動進入冬季工況運行，我廠通過討論研究總結出了一套運行調節(jié)方式和防凍的控制策略。

（1）背壓投自動。該措施可以保證空冷島風機在環(huán)境溫度低或者發(fā)電負荷低時自動降低風機轉速運行，當自動跟蹤不好時及時采取手動調整。

（2）根據手動降低風機轉速、手動增開真空泵。采用降低單排風機轉速、手動增開真空泵的控制手段，可提高抽真空溫度或凝結水溫度，特別是#4機組50列靠最西側的一列風機，采取這樣的運行調整手段，防凍效果更為明顯。

（3）背壓增加3kPa。采用提高空冷島運行背壓的手段可提高真空泵的排空氣能力，直接提高空冷島的整體溫度水平，運行人員可經常采用這種措施防凍，但機組能耗會略有增加。

（4）停風機。采用停風機的手段可在較大程度上提高空冷島防凍能力。

（5）ACC系統(tǒng)防凍保護多發(fā)生于機組啟、停過程中或長期低負荷運行狀態(tài)。在機組啟動過程中，蒸汽流量達到150t/h以上時，通過旁路系統(tǒng)進入空冷島，維持機組背壓在25～30kPa進行預暖和沖轉，并網后鍋爐要加快升溫升壓速度，在保證暖機情況下盡快升負荷。

（6）機組長期低負荷運行時，若環(huán)境溫度低于-10℃，過冷度容易增大，防凍保護會頻繁動作。維持背壓高于15kPa，降低逆流單元風機頻率或將5單元風機停止，還可將50、60列逐次停運并做防凍措施，嚴密關閉蒸汽隔離閥、凝結水隔離閥和抽空氣隔離閥，將管板換熱器蓋保暖簾子，用帆布扇住風機下方進風口處的防護網。風機頻率有時會大幅增加，背壓不降反升，這是因為排汽流量小，過冷度增大，造成空冷凝汽器內形成冷空氣區(qū)，阻塞了排汽流動。此時應多啟動1臺真空泵強制排汽流動，并將PID調節(jié)器切為手動調節(jié)，緩慢減小風機頻率，將逆流單元風機頻率降低至10Hz或倒轉回暖，一段時間背壓就會恢復正常。

（7）實施防凍措施后，運行風機會有少于25臺的情況，所以將回暖保護邏輯中的“ACC系統(tǒng)投入”解除。回暖時間原設定為300秒，在系統(tǒng)穩(wěn)定運行時，不必要的回暖操作會引起背壓的波動，運行風機在正反轉之間頻繁切換，也對風機本身、變速箱和振動保護等造成影響，于是將自動回暖改為手動回暖。

（8）機組停機時盡量不破壞真空，先關閉蒸汽隔離閥，每隔1小時啟動1臺真空泵運行15分鐘，待剩余排汽充分凝結流回后再破壞真空，關閉凝結水和抽真空的隔離閥，將管閥和變速箱投入電加熱進行防凍。

6 空冷島防凍節(jié)能運行控制策略的實施效果

根據直接空冷凝汽器背壓和風機電耗之間的關系，通過分析實際運行數據得出了經濟背壓的變化規(guī)律。針對冬季防凍需求與低背壓經濟運行間的矛盾，通過總結空冷凝汽器的溫度分布特征，結合空冷散熱器防凍機理，制訂出空冷系統(tǒng)防凍控制優(yōu)化策略，并成功應用于神華準能矸石發(fā)電有限責任公司的2臺330MW直接空冷機組。

神華準能矸石發(fā)電有限責任公司的2臺330MW直接空冷機組實施空冷島防凍節(jié)能優(yōu)化運行控制策略后，冬季4個月背壓平均降低了1kPa，煤耗率平均降低了0.33g/kWh，在提高空冷機組防凍能力的情況下，實現了節(jié)能降耗的目的。

7 維護

隨著機組運行時間的增加，由于風沙等環(huán)境因素的影響，空冷島換熱器翅片間隙被塵土等臟污不斷填充，冷卻風量減小，冷凝效果下降。要維持低背壓運行，風機頻率增加，耗電量就會增加，運行經濟性明顯下降。必須結合地區(qū)環(huán)境條件，制定并嚴格執(zhí)行一項清洗空冷島換熱器的定期工作。當全面清洗換熱器后，背壓可下降6---10kPa左右。這組數據足以表明空冷島換熱器保持清潔對機組安全和經濟運行的重要性。

8 結束語

為了兼顧直接空冷機組防凍運行的安全性和經濟性，結合歷史運行數據、空冷散熱器溫度分布規(guī)律及防凍控制方法，通過建立經濟運行背壓模型，制訂了330MW機組防凍節(jié)能運行優(yōu)化控制策略。實踐效果表明，基于背壓自動控制的防凍控制策略可以實現直接空冷機組空冷系統(tǒng)冬季防凍節(jié)能運行目的，兼顧了空冷系統(tǒng)的防凍和節(jié)能要求。

參考文獻

[1]王江湖.直接空冷機組空冷凝汽器性能優(yōu)化研究[D].華北電力大學（北京），2017.

[2]許寧，李永華，楊海生，李軍爍，張耀祖.直接空冷機組空冷島風機優(yōu)化試驗研究[J].電力科學與工程，2016，32（04）：66-70.

[3]肖烈暉，杜小澤，楊立軍，席新銘.環(huán)境風作用下2×1000MW直接空冷機組空冷島布局[J].電力建設，2015，36（06）：7-13.

[4]陳海平，仲雅娟，付浩然，孫見雨，鄭偉.防風網對空冷島換熱性能影響的數值模擬[J].中國電機工程學報，2015，35（04）：898-905.

[5]周蘭欣，李建波，李衛(wèi)華，田亞釗.直接空冷機組凝汽器加裝下?lián)躏L墻的數值模擬[J].動力工程，2008（05）：744-747+763.

[6]周蘭欣，白中華，李衛(wèi)華.直接空冷機組空冷島結構優(yōu)化研究[J].汽輪機技術，2008（02）：95-97.

[7]夏瑞春，閆志華，梁純斌，賀蘭柱，魏俊峰.300MW直接空冷發(fā)電機組空冷島風機電耗分析[J].內蒙古電力技術，2007（05）：15-16.

[8]孫建國，劉文平，吳奇勝，王琪，袁野.300MW直接空冷機組空冷島全程自動控制方案的設計與優(yōu)化[J].內蒙古電力技術，2007（03）：35-39.