季节对大功率机组安全高效运行的影响及对策

马涛 唐二伟 唐海峰 邢阁玉 王勇 黄建华

摘 要：近几年，高参数大功率是我国火电机组的发展趋势，尤其是在富煤缺水地区新投运了大量的大功率亚临界及超临界空冷机组，节水效果十分显著。然而，季节变化会明显影响空冷机组运行的安全高效性，当前还存在一些关键问题还没有得到充分的理论支持及实际论证。因此，现场实际运维经验就显得尤为重要。该文通过三个电厂的8台600MW级别的大功率机组案例，论述了季节对大功率机组安全高效运行的主要影响及实际对策。调研结果显示：相对传统湿冷机组，季节变化对空冷机组的安全高效运行影响很大；尤其是在高寒地区，冬季低温情况下的机组有效防冻是其面临的最大问题；最后，并从高寒地区电厂的实际运维经验展开，阐述了如何实现了空冷机组在高寒地区的安全运行。这对600MW级别机组的安全高效运行具有一定的实际借鉴意义。

关键词：高参数 大功率 季节 防冻 对策

中图分类号：TK32 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）09（b）-0079-02

高参数大功率是我国火电机组的发展趋势，600MW亚临界及超临界机组是目前的主力机型，1000MW超超临界机组是今后的发展主流机型。并且，我国是水资源匮乏的国家之一，水资源逐渐成为影响社会可持续发展的重要因素，而在在富煤缺水地区，新投机组的凝汽设备大多采用了空冷系统。尤其是在富煤缺水地区新投运了大量的600MW级别的亚临界及超临界空冷机组[1-2]，节水效果十分显著。然而，对于空冷机组来讲，不仅汽轮机的运行方式会影响机组安全高效运行[3-5]；而且季节变化会明显影响空冷机组运行的安全高效性[6]。以高寒地区空冷机组在冬季低温情况下的有效防冻问题为例，至今也是存在一些关键问题还没有得到充分论证和解决，现场实际只能依靠多方面的经验来解决突发问题[7-8]。因此，不少研究者都对此问题进行了不同方面的尝试性探讨研究。

该文首先选取了三个电厂的4台空冷和4台湿冷机组为研究案例；然后，从实际运行的角度，论述了季节对600MW空冷机组安全高效运行的影响及对策。研究结果显示：高寒地区大功率机组在冬季低温情况下的有效防冻是面临的最大问题。最后，从电厂的实际运维经验展开，阐述了如何实现了大功率空冷机组在高寒地区的安全运行。这对600MW空冷机组安全高效运行具有一定的借鉴意义。

1 季节对600MW机组安全高效运行的影响

1.1 研究案例机组的概况

4台空冷机组（2台高寒地区的超临界和2台普通地区的超临界）概况如下：国华呼伦贝尔厂发电有限公司一期2×600MW超临界空冷机组，华能上安电厂三期两台中国东方电气集团公司制造的600MW超临界空冷燃煤发电机组。4台湿冷机组（2台超临界和2台亚临界）为神化河北国华沧东发电有限责任公司一期工程建设2×600MW燃煤发电机组核二期建设规模为2台66万kW超临界燃煤机组。

1.2 季节对机组安全高效运行的影响

在直接空冷机组设计方面，首先在考虑经济性的基础上优化系统，而在运行方面更关心的是空冷系统的安全性：一是夏季高温能否保证机组满发，二是在冬季低温情况下能否有效防冻。特别是在冬季环境温度较低时，如何保证机组安全过冬成为日常维护和运行的首要任务。以呼伦贝尔厂发电有限公司空冷岛主体设备国产化，由江苏双良公司设计生产、空冷风机由保定惠阳风机厂生产、空冷减速机由弗兰德生產的关键部件进口产品，国内组装、空冷电机由湘电集团有限公司生产、空冷变频器由艾默生跨国公司生产、空冷蝶阀由德国ADAMS阀门厂生产、空冷膨胀节由江苏恒坤机械有限公司生产、空冷钢结构由辽宁鞍特钢结构集团有限公司生产。由于内蒙古地区大部分属于寒冷、半干旱草原气候，冬季寒冷漫长；夏季温凉短促；春季干燥风大；秋季气温骤降、霜冻早。以海拉尔为例，当地多年平均气温-1.0℃，极端温度-43.6℃，典型年零度以下出现的小时数为3912h、约占全年的45%，属于严寒地区，因此，防冻是本厂安全运行需要解决的一个重要问题，这与华能上安电厂空冷机组季节变化面临的问题有区别。

2 高寒地区机组防冻对策分析

2.1 机组出厂时的防冻设计策略

采用大直径基管的单排管翅片管，蒸汽侧通流面积增大，蒸汽侧压降低，并采用较短的管束极大地减小了冬季管束冰冻危险。合理的顺逆流比例配置（K/D），也可有效提高防冻性能。空冷风机的设计采用变频调速使风机有利于变工况运行，也可降低厂用电耗，全部风机均为变频调速风机，且两台逆流风机具有反转回暖功能。设置挡风墙，防止冬季外界自然风直接吹向散热器，引起两侧凝结水温相差较大。设置电动真空隔离阀，在冬季启动时采取关断某几列空冷凝汽器，提高凝结水温度。一台机共8列空冷凝汽器，装设6个电动真空隔离阀。及时有效的抽出空气冷凝器管束内的不凝气体是防冻和提高管束传热性能的有效措施之一。此外，随着控制水平的提高，对空冷系统的防冻保护控制是一种非常有效的手段。

2.2 机组调试阶段的防冻措施

机组调试过程中，启动排汽装置灌水试验，扩大灌水试验范围，将所有真空状态下的管道、阀门等部件设备均纳入试验范围；提高空冷气密性试验的标准。空冷凝汽器管束的工厂监检分两步进行：先对每台换热器的单管都在进行气密性实验，对翅片管的管端与管板的焊接头进行渗透探伤检查。第二步，整台空冷换热器组装完成后进行水压试验。制定详细的焊接方案，对焊缝进行了100%探伤监测。通过优化防冻逻辑，全力提高空冷凝汽器防冻性能；严格空冷蒸汽隔绝阀的调试验收标准，阀门调试期间打开管路人孔，确证所有蒸汽隔离阀均能严密关闭到位；严格空冷系统各测点的验收工作，确保测点准确无误。

同时，根据实际情况对空冷系统各测点和系统进行了全面盘查，增加了主汽管路疏水至锅炉疏水扩容器的排放管路，在每列空冷蝶阀后增加了2个温度测点和1个压力测点，并将抽真空管路上的1个温度测点位置改到每列2、6冷却单元抽气口位置各安装1个温度测点。空冷热态冲洗前，严格做好人工清洗工作，有效去除空冷配汽管道及换热管束由于与空气接触而在内表面生产铁锈与现场安装工作残留焊渣和尘垢；热态冲洗时尽量加大清洗流量，清洗过程逐列进行。利用压降大增加流量的原理，各列凝汽器依次循环进行清洗。同一列风机交替运行，使凝汽器产生温度变化，增强清洗效果。

此外，在计算空冷最小防冻流量的基础上，08年冬天在现场实地分-5℃～-15℃、

-15℃～-25℃、-25℃～-31℃三个阶段进行最小流量防冻试验，对以后运行提供可靠的依据。如下表1和表2所示，为汽轮机冷起动时，ACC最小需要的热负荷和气温的关系表（表2将流量单位换算为t/h）。

2.3 日常维护中采取的防冻措施

在抽真空管道上加装伴热带，每根管并列加装6根伴热电缆，根据运行情况，调节伴热电缆投入率。电动门的电动装置上加装伴热并加装保温箱，防止电动装置内润滑脂凝固，降低润滑效果。为防止空冷岛1、8列下联箱及排气管道水平段疏水管道疏水过冷。将每台机组第1列和第8列外侧散热器下联箱加装保温及铝皮进行防冻。在空冷岛上两台机组中间空闲位置设立库房及值班室，便于存储空冷岛防寒防冻物资，同时为空冷岛作业人员提供一个取暖及休息场所。维护人员定期监测空冷岛温度变化情况，如发现异常及时通知运行人员回暖防冻，并通知专业主管现场检查确认。准备好合适的苫布和麻绳，并准备一定量的炭火炉子，以备某些冷却单元暖时急需。进入冬季，空冷靠外侧部分将要停运，将每台机相应列管束外侧加装苫布，風筒下部加装苫布防风。在每台机组单元散热管束上部蒸汽分配联箱两侧（靠近管束处）加装滑轮；在每列两侧管束下部凝结水收集联箱处焊接挂钩，当管束过冷时为在管束上挂棉被或苫布创造条件。

此外，供热改造后主要关心的是低负荷下的防冻能力，因此，对于实际生产过程中要求运行人员对空冷控制和巡检的要求更加严格，同样需要维护运行人员的紧密配合，继续不断积累经验，以保证空冷系统高效、稳定、可靠运行。同时，吸取借鉴同类型机组的施工经验，确保供热改造后的空冷系统在国内高寒地区首例应用提供可靠保证。

3 结语

该文针对实际电厂600MW级别空冷机组受季节变化影响的对比分析，从电厂的实际运维经验展开阐述，特别关注是空冷机组在高寒地区的安全运行。这对600MW级别机组安全高效运行具有一定的借鉴意义。

参考文献

[1] 江飞，孙建国，刘锦川，等.国产亚临界600MW空冷机组单阀-顺序阀切换试验研究[J].节能技术，2011，29（5）：437-441.

[2] 谷军生，郭谦，李智华，等.超临界空冷机组高调门阀体激振故障的分析及解决[J].科技资讯，2014，12（6）：128-129.

[3] 吕雪霞，李照忠，邢媛，等.600MW亚临界空冷机组汽轮机高调门摆动问题的分析及解决方案[J].节能技术，2012， 30（3）：258-261.

[4] 于达仁，刘占生，李强，等.汽轮机配汽设计的优化[J].动力工程学报，2007，27（1）：1-5.

[5] 万杰，唐海峰，邢阁玉，等.高参数汽轮机高调门内流动失稳故障的一种经济性解决方法[J].节能技术，2015，33（2）：159-164.

[6] 余耀，王丽，张义江，等.600MW机组空冷系统变工况对汽轮机出力的影响[J].华电技术，2015，37（3）：22-25.

[7] 隋文栋.高寒地区600MW超临界直接空冷机组冬季启动空冷岛防冻分析与探讨[J].黑龙江科技信息，2013（21）：131.

[8] 李春山.600MW机组间接空冷系统冬季防冻措施[J].热力发电，2010，39（10）：110-111.