某600MW直接空冷机组冬季低背压运行研究及经济性分析

朱小东， 王乃军， 胡　鑫， 王鹏辉

（1.华电电力科学研究院，内蒙古呼和浩特010010；2.内蒙古岱海发电有限责任公司，内蒙古凉城013700）



某600MW直接空冷机组冬季低背压运行研究及经济性分析

朱小东1， 王乃军2， 胡鑫1， 王鹏辉1

（1.华电电力科学研究院，内蒙古呼和浩特010010；2.内蒙古岱海发电有限责任公司，内蒙古凉城013700）

摘要：某600MW发电厂二期机组采用直接空冷方式。直接空冷技术空冷机组进入冬季运行时，鉴于厂家建议，同时迫于空冷岛防冻压力，机组维持较高背压运行，一般维持高于阻塞背压3～5kPa，严重影响机组运行经济性。通过对机组运行现状的调查，分析制约机组冬季低背压运行的原因，并针对具体的原因制定了详细的对策及实施措施。措施实施后，在保证空冷凝汽器安全运行的前提下有效降低了机组冬季运行背压，提高了机组运行经济性。

关键词：直接空冷； 冬季； 低背压； 节能

0　引言

某发电厂二期机组装机容量为2×600MW，汽轮机由上海汽轮机有限公司生产，其型号是N600-16. 67/538/538，型式是亚临界、单轴、三缸四排汽、一次中间再热、反动式、直接空冷凝汽式汽轮机。空冷凝汽器由铝钢单排椭圆翅片管束按列布置组成。共设有8列8排共64个冷却单元，配套64台变频调速轴流风机，其中每列3、7排为逆流单元，对应风机可反向旋转，8列共设7个蒸汽分配阀，仅第5列无蒸汽分配阀。

该发电厂二期空冷机组进入冬季运行，鉴于厂家建议，同时迫于空冷岛防冻压力，机组维持高背压运行，一般维持高于阻塞背压3～5kPa，按日平均负荷460MW，机组背压每升高1kPa增加机组煤耗2.32g/kWh计，影响机组煤耗达6.96～11.6g/kWh，严重影响机组运行经济性。本文找出制约机组冬季低背压运行的原因，针对具体原因制定详细的对策，在保证空冷凝汽器安全运行的前提下，实现了二期空冷机组冬季低背压运行，从而降低机组煤耗，提高机组运行经济效益。

1　空冷系统原冬季运行情况

该电厂所在地海拨1227m，属典型中温带半干旱大陆性季风气候，冬季持续时间长，且天气寒冷，一月份平均气温低至-13℃，极端最低气温达-34.3℃。为了防止空冷系统发生冻损的事故，机组冬季运行时大部分时间将排汽背压人为地提高3~5kPa。由表1可以看出，冬季机组高背压运行时，虽然保证了空冷岛散热管束不冻结，但是却严重影响了机组运行经济性。

表1　冬季高背压运行数据及折算煤耗损失

2　制约机组冬季低背压运行的原因分析

直接空冷机组在正常运行中，机组的背压是经常变化的，影响机组背压的因素有很多，其中主要有：汽轮机排汽量、环境温度、空气流量、真空泵出力等。在外界环境稳定的情况下，机组背压主要靠改变空冷风机出力（空气流量）进行调节。由前分析可以知道，二期空冷机组冬季运行背压偏高，下面将对制约机组冬季低背压运行的原因进行分析。

2.1运行人员更改背压设定值不及时

机组在正常运行中，投入AGC自动，机组负荷受到电网调度，频繁变化。运行规程规定负荷变化大于50MW，运行人员更改背压设定值延时时间≤5min。由表2可以看出，实际运行中，由于在负荷变化时候需要调整的内容非常多，比如锅炉制粉系统投停、锅炉汽壁温调整等，所以运行人员往往忽视甚至遗忘对空冷系统背压的调整，造成机组背压偏高或者偏低，导致的后果就是机组经济性降低或者空冷岛散热片过冷。所以运行人员更改背压设定值不及时是制约机组冬季低背压运行的主要原因之一。

2.2空冷岛散热器及管道漏真空

表2　负荷变化后人员更改背压设定值平均延时时间

机组在严寒天气运行，若空冷凝汽器系统存在漏空点，漏入的空气积聚在空冷系统内，将导致蒸汽流被不凝结气体阻塞，使蒸汽不能畅通流动，不凝结气体在此过程中形成空气障，降低空冷散热器的传热系数，从而造成机组运行背压升高[1]。而且大量的冷空气漏入散热器内，使该处散热器内温度逐步降低，同时该处压力增大，随着泄漏区压力的增大，导致空冷散热器内流向此处的蒸汽量逐步减少，加剧了漏空区温度的降低，随着时间的延长，漏空点处蒸汽迅速冷凝结冰、积聚，当结冰量积聚到一定程度后，散热片将变形，严重可能出现裂纹，进一步加剧漏空。通过对两台机组做真空严密性试验发现，试验结果不合格，真空系统存在漏点。

2.3冬季低背压运行措施不完善

该电厂二期空冷机组进入冬季运行，为了保证空冷岛散热管束不冻结，根据厂家建议，机组背压一般维持在高于阻塞背压3～5kPa运行，虽然保证了空冷岛散热管束不冻结，却严重影响了机组运行经济性。生产现场缺乏以试验数据为支撑的机组低背压运行的指导措施。

2.4机组低负荷运行空冷系统易冻结

该电厂发电后直接接入华北电网，华北电网负荷峰谷差较大，夜间是环境温度最低的时段，而夜间机组负荷又较低，甚至常常参与深度调峰，机组负荷降低至260MW，极不利于机组低背压运行及空冷凝汽器防冻。理想状态来说，根据厂家说明书，机组正常运行负荷远远高于环境温度所对应的最小空冷热负荷，见表4，机组在极端环境温度情况下也不会发生冻结。但实际情况是各列蒸汽分配阀由于种种原因，关闭情况下均有不同程度的内漏现象，所以在低负荷运行期间，由于空冷岛进汽量少，加之夜间环境温度低，隔离列蒸汽分配阀后的空冷管束很容易发生冻结。

表4　环境温度对应的最小空冷热负荷（关闭7个隔离阀）

3　降低冬季运行背压的措施

根据上文分析可以知道，制约机组冬季低背压运行的主要原因包括：运行人员更改背压设定值不及时，空冷岛散热片及管道漏真空，冬季低背压运行措施不完善，机组低负荷运行空冷系统易冻结。根据各个具体原因制定详细的对策，并且加以实施。

（1）针对运行人员更改背压设定值不及时，联系热工人员，根据图2蒸汽流量对应阻塞背压曲线图，增加了空冷背压指令自动跟踪蒸汽流量变化的逻辑。这样一来，当机组负荷发生变化的时候，空冷系统背压指令将自动随着蒸汽流量变化，更改背压设定值延时时间变为0。

（2）针对空冷岛散热片及管道漏真空的情况，对空冷岛负压真空系统进行全面排查、治理，室外负压系统利用超声波检测法结合使用红外测温成像仪，室内负压系统采用氦气检测法，查找空冷岛负压系统漏点。最终查明并解决多个漏空点，尤其发现在四号机A侧凝结水总回水管上有一条长约12cm裂缝，该处漏点不仅严重影响机组运行背压，更会由于严重的气塞现象造成排汽装置液位大幅波动。

真空系统漏空点检修处理完毕后，重新进行真空严密性试验，试验结果基本可维持在合格要求值，见表5。

表5　补焊前后真空严密性试验结果

（3）针对冬季低背压运行技术措施不完善的情况，在保证空冷凝汽器不发生冻结损坏的前提下，组织进行了二期机组不同负荷段低背压运行试验，经试验证明在一定真空严密性条件下，保持机组低背压运行是可行的。然后通过厂用监控系统（SIS）进行数据采集分析，根据试验结果，完善了空冷岛冬季运行技术措施，并且经2014年度冬季运行考核证明是可行的。以下为部分主要控制措施：

1）冬季运行方式下，根据环境风速、机组负荷及空冷岛运行情况，环境温度大于-10℃时，机组设定背压应控制在高于阻塞背压0.5～1.0kPa运行，环境温度小于-10℃时，机组设定背压应控制在高于阻塞背压0.5～3.0kPa运行，机组负荷高时，应设低限运行，负荷低时应设高限运行，在确保空冷岛安全运行前提下，提高机组运行经济性[3]。

2）空冷岛正常运行期间，尽量保持同列中各风机的频率相同，低负荷时尽可能保持各排风机多投、低频运行。绝不允许发生由于某一风机频率过高造成局部过冷现象[4]。

3）严密监视空冷凝汽器各列凝结水温度，应控制在35℃以上运行，并保证其系统过冷度在2～5℃之间。凝结水的过冷度最大不应超过6.7℃，否则，应启动一台真空泵或提高机组背压。

4）严密监视空冷凝汽器各列逆流区抽空气管壁温度（每列8个测点），应控制至少5个测点在25℃以上且无低于零下温度的点运行；严密监视抽空气阀前抽空气温度（每列2个测点），应控制不低于25℃。

5）当抽空气阀前温度低于25℃时或抽空气管壁温度有3点低于25℃，或抽空气管壁温度有1点低于0℃时，停运相应列的两台逆流风机，10min后，若抽气口温度继续下降，启动两台逆流风机反转，并维持两台风机频率15Hz，30min后或该列任一凝结水温度有明显下降趋势时停运，并恢复正常运行方式。反转方式启动逆流风机时，同列的两台风机尽量同时启停，逆流风机同时反转的列数不得超过两列。逆流风机反转时尽量低频运行，反转频率最大不得超过20Hz。

6）风机投入反转时，应确认该散热单元小间隔离门关闭，防止抽吸到相邻顺流风机送出的冷风，保证散热管束外侧可抽吸的为热风，否则禁止风机反转[5]。

4　冬季低背压运行效果检查

针对具体的制约机组冬季低背压运行原因，采取了相应措施后，在保证安全的前提下，使机组背压尽量接近阻塞背压，虽然空冷风机电耗有所增加，但是总的来说，空冷背压、发电机组煤耗在入炉煤质稳定的情况下明显下降。

4.1不同负荷段背压变化情况

表5　采取措施前后机组背压情况对比

由表5可以看出，运行人员根据环境和机组负荷情况，人为地在自动阻塞背压值上设定0.5~3.0kPa的偏置。与采取措施前相比，运行背压值大大降低。同时避免了仅仅跟踪阻塞背压，使得运行背压过低，造成空冷管束大面积冻结的事故发生前后机组背压情况发生。

4.2不同负荷段煤耗情况对比

采取上述措施之后，在入炉煤质稳定的情况下，不同负荷段发电机组煤耗明显下降。

4.3就地空冷管束温度情况对比

由图8、图9就地高、低背压红外测温照片对比可知，低背压运行期间虽然散热管束温度稍低，但温度分布均匀，不发生冻结情况。

4.4经济效益计算

按照机组背压每升高1kPa增加机组煤耗2.32g/kWh计，则背压降低1kPa单机每月节约标煤768t。标煤单价按照350元/t计，则背压降低1kPa单机每月节约费用：768t×350元/t=26.8万元。

根据2015年02月四号机组参数采集统计，机组平均负荷460MW。实施冬季低背压运行之后，机组的平均背压由10.6kPa降低至7.5kPa，降幅达到3.1kPa。所以按照日平均负荷460MW计算，实施冬季低背压运行之后，每月节约费用为：3.1kPa×26.8万元=83万元/月。

另外，要使空冷背压降低，需增加空冷风机出力，空冷风机电耗增加。但是空冷背压降低，整个机组的热力系统（制粉系统、凝结水泵、风烟系统）多个转机电耗略有降低。经过对厂用设备用电的统计，可以知道负荷460MW时，采取低背压运行前后厂用电耗分别为3.984 万kWh和4.031万kWh。按发电成本0.19元/kWh，负荷460MW计算，则每月因为空冷背压降低，直冷变压器电耗增加，引起厂用电增加值为：（4.031-3.984）×24× 30×0.19=6.43万元/月。

所以考虑到厂用电耗的增加，按照日平均负荷460MW计算，实施冬季低背压运行之后，单台机组实际节约生产成本：83万元/月-6.43万元/月=76.57万元/月，收益可观。

5　结语

该电厂二期机组冬季采取低背压运行之后，发电机组煤耗降低，经济效益明显，但在客观上空冷岛管束发生冻结的概率也提高了。这就需要我们扩大试验负荷及环境温度范围，丰富试验数据，继续完善空冷岛冬季运行技术措施；优化就地红外测温巡查，及早发现冻结点；增加空冷背压的小指标权重，提高运行人员调整积极性；同时还要做好空冷岛管束大面积冻结的事故预想。

参考文献：

[1]续宏.直接空冷机组真空严密性试验方法及漏空原因分析探讨[J].热力透平，2008，37（2）：128~131.

[2]DL/T 1052-2007，节能技术监督导则[S].

[3]李小军.600 MW直接空冷机组经济运行分析[J].华北电力技术，2009, （S1）：65~68.

[4]田亚钊.600MW直接空冷机组冬季运行防冻要点[J].电力建设，2006，27（2）：4~6.

[5]王占宽.300 MW直接空冷系统防冻措施[J].内蒙古电力技术，2009，27 （4）：41~43.

修回日期：2016-03-30

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.02.004

中图分类号：TM621

文献标识码：B

文章编号：2095-3429（2016）02-0017-05

作者简介：朱小东（1983-），男，四川人，学士，工程师，从事火电厂汽轮机专业技术监督工作。

收稿日期：2016-02-16

Winter Low Back Pressure Operation and Economic Analysis of A Certain 600MW Direct Air-cooled Unit

ZHU Xiao-dong1， WANG Nai-jun2， HU Xin1， WANG Peng-hui1
（1.Huadian Electric Power Research Institute，Hohhot 010010，China；2.Inner Mongolia Daihai Power Incorporated Company，Liangcheng 013700，China）

Abstract：In view of the factory suggestion and under the antifreezing pressure of air-cooled inland，the air-cooled unit of the two period in Mongolia dai hai power plant needed to maintain a high back pressure while it operated in winter，usurally with 3-5kPa higher than the blocking pressure.This condition affected the economy of unit operation seriously.，this paper analysed the causes of restricting the unit operation under low pressure in winter and taked detailed countermeasures and measures to solve specific reasons According to the investigation on unit operation status.It was just the implementation of these measures that reduced the back pressure of unit while running in winter in the precondition of ensuring safe operation of the air-cooled condenser，accordingly improving the economy of unit operation.

Key words：direct air cooling； winter； low back pressure； energy saving