解列加热器对高背压直接空冷机组的影响分析

李嘉华　侯艳峰　常莉

摘 要：直接空冷机组由于可以极大减少火力发电过程中的耗水量，因此在我国北方地区广泛使用。但由于各种各样的原因，机组背压在夏季炎热环境下达到一个很高的水平，过高的背压会限制机组功率，而此时又是用电量高峰期，要求机组能够接近甚至达到额定功率。文章首先分析机组背压高的原因及对策，然后从机组本身入手，通过计算，定性分析出解列加热器对机组负荷的影响，为通过解列加热器提高负荷提供参考。

关键词：直接空冷机组；解列加热器；高背压

引言

我国是全球13个贫水国之一，尤其北方缺水情况尤为严重[1]。而我国北方山西、陕西、新疆等地有丰富的煤炭资源。为有效解决富煤贫水地区的发电问题，我国北方大量建造使用了直接空冷机组。与传统水冷机组不同，直接空冷机组将汽轮机排汽排入空冷凝汽器，以空气作为冷却介质。采用直接空冷机组可以使电厂总耗水量降低75%以上[2]。由于空冷凝汽器以空气作为冷却介质，因此环境温度对直接空冷机组背压影响很大，冬季背压较低，而夏季背压较高，夏季环境温度很高时机组背压甚至超过40kPa[3]，达40-45kPa。较高的背压将会严重制约机组出力，限制机组负荷。而环境温度很高的时间段也是用电负荷很高的时间段，有时甚至要求机组满负荷发电。韩永魁[4]等人提出加装尖峰喷雾系统、湿式冷却系统等措施降低背压。但这些措施均需要提前准备。对于未装此类设备，而又必须要求机组满负荷发电的机组，或者在各种降低背压措施都使用但依然无法保持负荷的情况下，就需要从机组本身入手，采取措施。

文章首先分析了机组背压高的原因及对策，然后以N300-16.7MPa/538℃/538℃直接空冷机组为研究对象，计算在相同主蒸汽流量、不同高背压下解列不同加热器后机组负荷、各加热器抽汽口流量压力等参数，定性分析出解列不同加热器对机组负荷的影响。为机组通过解列加热器从而保证发电负荷提供理论依据。（如图1所示）

图1中，NO.1为1号高压加热器，NO.2为2号高压加热器，NO.3为3号高压加热器，NO.4为除氧器，NO.5为5号低压加热器，NO.6为6号低压加热器，NO.7为7号低压加热器。该机组空冷岛包括24个空冷单元，分为6列4排，每个空冷单元配一台风机，风机额定功率110kW，风量598■。设计条件下夏季工况汽轮机背压15kPa。表1为各加热器端差；表2为设计条件下机组回热系统抽汽点参数，此时机组功率300MW，主蒸汽流量953t/h。

1 机组背压高的原因及对策

保持较低的排汽压力需要空冷凝汽器有足够的换热量，否则排汽压力便会升高，而换热量的多少与换热系数、换热面积、换热温差等许多因素有关，导致换热量降低的主要有环境因素、设备因素、人员因素三方面因素。

1.1 环境因素

环境因素主要包括风、光照、气温、风沙等因素。

风会影响流过空冷单元的冷却风量，随着风速的增加，冷却风量会减少，过大的风还会导致“倒灌”现象的发生，使冷却风量骤然降低。同时，处在空冷岛边界的空冷单元还有可能出现“热风再循环”现象，导致冷却风温度上升，降低换热效果[5]。

例如新疆哈密等夏季光照强烈的地区，夏季午后直接暴露在阳光中的表面温度甚至可达80℃，这样的换热表面温度势必会严重降低换热效果[6]。

北方夏季多为炎热干燥气候，有时白天空气温度甚至可达45℃，在空冷单元冷却风体积流量相同时，较低的冷却风温比较低的冷却风温有更好的换热效果。很高的冷却风温会使换热温差降低，降低换热效果。

在北方如新疆等地为灰尘风沙较多的环境，这种环境下换热面积灰很快，如不及时清理，换热面积灰后会增加换热热阻，降低换热效果。

1.2 设备因素

设备因素主要包括空冷岛冷却裕量、真空严密程度等因素。对于一些机组，在设计过程中对夏季工况考虑不充足，导致空冷岛冷却裕量不能满足需要，此时没有足够的换热面积进行换热，便会导致排汽压力升高。

由于直接空冷机组真空系统庞大，焊口焊点很多，不可避免地导致系统潜在漏点多，从而使机组真空严密性差，恶化传热效果[7]。

1.3 人员因素

设备的正常运行需要工作人员的“细心呵护”。工作人员对工作的应付、懈怠、责任心不强会使设备得不到应有的“呵护”，导致检查、检修、维护不及时或不到位[8]，使设备不能工作在最佳状态下。

1.4 对策

对于环境因素，可以通过加装“挡风墙[9]”等方式降低自然风对空冷岛的影响，也可以在电厂周边植树造林[8]，改善周边环境，减少风沙。对于设备因素，可以加装尖峰喷雾系统、湿式冷却系统等，同时认真查找空冷系统漏点，及时堵漏[7]。对于人员因素，应当采取措施增强工作人员的责任心，狠抓设备整治和各项管理工作的情况。机组在多风沙等环境恶劣环境下工作时，也应更加频繁地对换热管进行清理，特别是采用高压水冲洗的方法，深度清洁换热器外部翅片中的积灰、杂草、飞虫等杂物，从而保证设备的工作状态。

2 高背压工况解列加热器的计算及分析

2.1 未解列加热器背压40kPa

主蒸汽流量953t/h不变，未解列任何加热器的条件下背压达到40kPa时，解列各加热器后，机组回热系统抽汽点参数如表3所示。

根据表3可得出以下结论：

（1）排汽压力由0.015MPa升至0.040MPa时，功率下降明显，由300MW下降至276.91MW，下降7.80%。

（2）汽轮机排汽压力升高时，各抽汽口压力均升高。各抽汽口流量均下降，且越到末级，抽汽口流量下降越明显。

（3）解列NO.1后，参数变化最明显，功率由276.91MW上升至291.15MW，上升5.14%。排汽压力由0.040MPa上升至为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，参数变化明显程度小于解列NO.2，功率略有上升，由276.91MW上升至279.88MW，上升1.07%。排汽压力由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，排汽压力变化不明显。

（6）解列NO.5、NO.6、NO.7后，功率有所下降，排汽流量有所上升，排汽压力变化不明显。

2.2 未解列加热器背压45kPa

主蒸汽流量953t/h不变，未解列任何加热器的条件下背压达到45kPa时，解列各加热器后，机组回热系统抽汽点参数如表4。

根据表4可得出以下结论：

（1）排汽压力由0.015MPa升至0.045MPa时，功率下降明显，由300MW下降至274.26MW，下降8.58%。排气压力由0.040MPa升至0.045MPa时，功率下降不明显，由276.91MW下降至274.26MW，下降0.96%。

（2）汽轮机排汽压力升高时，各抽汽口压力均升高。除NO.4以外，各抽汽口流量均下降，且越到末级，抽汽口流量下降越明显。

（3）解列NO.1后，参数变化最明显，功率由274.26MW上升至288.08MW，上升5.04%。排汽压力由0.045MPa上升至为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，参数变化明显程度小于解列NO.2，功率略有上升，由274.26MW上升至276.95MW，上升0.98%。排汽压力由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，排汽压力变化不明显。

（6）解列NO.5、NO.6、NO.7后，功率有所下降，排汽流量有所上升，排汽压力变化不明显。

3 结束语

（1）随着背压的升高，机组功率下降明显，但趋势放缓。

（2）主蒸汽流量不变时，解列NO.1时功率升高最明显，但排汽流量以及排汽压力升高也最明显，解列NO.2效果次之，解列其它加热器甚至会降低功率。

（3）文章计算工程中保持主蒸汽流量不变，旨在得到定性结论，而锅炉均有裕量，因此在背压升高导致负荷下降时，应当充分利用锅炉裕量，锅炉达到最大出力后再考虑通过解列加热器维持功率。

（4）不同机组解列某一或某几级加热器时会有不同的效果，因此在解列前应当进行充分分析与准备。

（5）解列加热器会造成机组效率下降，降低经济性，应当视为一种在迫不得已时才应使用的方式。各电厂应当未雨绸缪，通过及时冲洗空冷凝汽器换热管束、提前加装尖峰喷雾系统、湿式冷却系统等措施保证机组在夏季最恶劣的环境条件下能够达到额定出力。

（6）在解列加热器前应当确认如下工作：加热器抽汽阀、逆止阀关闭；启动电动给水泵热备用；活动加热器危急疏水门，确保加热器疏水畅通可靠。加热器解列过程中要及时调整汽包、除氧器以及热井水位；及时使用喷水减温对主蒸汽及再热蒸汽气温进行调节，防止过热器及再热器超温[10]。在汽轮机排汽压力较高的情况下，解列加热器后短时间内会使流量发生突变，此时应密切注视排汽压力变化，严防超限引起机组保护动作。

参考文献

[1]赵一丹.影响直接空冷机组稳定运行的因素与对策探究[J].科技创新与应用，2015，13：126.

[2]戴振会，孙奉仲，王宏国.国内外直接空冷系统的发展及现状[J].电站系统工程，2009，25（3）：1-4.

[3]王烨，杨晓国.关于降低直接空冷机组背压与节约燃煤消耗之分析[J].中国电业（技术经济），2015，4：63-65.

[4]韩永魁，王进，阎国治.直接空冷机组夏季限负荷问题的分析研究[J].山西电力，2012，5：62-64.

[5]杨立军，郭跃年，杜小泽，等.环境影响下的直接空冷系统运行特性研究[J].现代电力，2005，22（6）：39-42.

[6]刘丽华.环境因素影响下火电直接空冷系统性能研究[D].北京，华北电力大学，2014.

[7]段向兵，周李鹏，张明远，等.提高直接空冷机组夏季出力的探[J].电力建设，2010，31（3）：56-59.

[8]王保忠.解决空冷机组夏季出力受阻的对策[J].华北电力技术，2003，7：49-50.

[9]高晓轩.北方地区直接空冷系统的常见问题及预防[J].产业与科技论坛，2015，14（5）：81-82.

[10]耿晓波，俞辉.浅析高加解列中的若干问题[J].汽轮机技术，2004，46（5）：395-396.

作者简介：李嘉华（1992-），男，硕士研究生，所在院校：华北电力大学（保定），主要从事热力发电厂节能技术的研究。

侯艳峰（1989-），男，硕士研究生，所在院校：华北电力大学（保定），主要从事热力发电厂节能技术的研究。