浅析影响直接空冷机组背压因素

国电内蒙古东胜热电有限公司 高殿波

浅析影响直接空冷机组背压因素

国电内蒙古东胜热电有限公司 高殿波

空冷风机的运行性能直接关系到汽轮机的安全、经济运行。本文对影响330MW直接空冷机组背压的因素进行了分析，指出了影响空冷机组背压的主要因素，并采取了相应措施确保了机组的安全经济运行。

空冷机组；背压；影响因素

国电东胜热电单台机组空冷岛冷却面积为84万平方米，共有6列散热单元，其中1、2、6列设有隔离阀。每列有5组风机，1、3、5号风机为顺流风机，2、4号风机为逆流风机，共有30组风扇,每组风扇都采用变频调节，变频调节范围在25%-110%之间。直接空冷机组背压的高低直接关系到整个机组的安全性和经济性。

1 影响空冷机组背压因素分析

1.1 环境温度升高对背压的影响

我公司处于北方地区如环境温度过低，机组负荷低，空冷凝汽器易冻结，如大面积冻结，此种情况一旦发生就无法挽回，只能立即停机，否则会导致空冷岛管束损坏；环境温度高对空冷机组的背压影响也非常大，夏季环境温度较高最高可达38℃，空冷岛与外界温差减小，散热效果变差。因环境温度的影响使330MW 空冷机组的年平均煤耗率比相同容量的湿冷机组高25g／kWh左右。环境温度越高，空冷机组与湿冷机组煤耗率的差值就越大。

1.2 机组的热耗率影响

目前我公司机组的热耗率较高，和汽轮机厂提供的额定功率条件下不同背压对应的主汽流量和排汽量数据相比，实际运行中主汽流量大于设计流量，一般超出5%-8%，较低时也达到了3%，最终导进入空冷系统的排汽量大于原设计排汽量，这样就使得进入空冷系统的实际热负荷高于了设计热负荷，增大了空冷系统的散热任务，提高了机组背压。在环境温度较高的夏季，负荷带不上时，一旦增大进汽量后，机组的背压会进一步提高，甚至可能超过机组安全运行背压高限值。为保证机组夏季工况的安全运行，在环境温度较高时，必须限制机组背压在40kPa以下，但这导致了机组在夏季高温情况下不能满发。

1.3 空冷凝汽器真空严密性对背压的影响

直接空冷机组的真空系统十分庞大，运行中排汽将通过直径达几米的排汽分配管送往容积大的空冷散热器，而这一庞大的系统始终处于负压和真空状态。因此，空冷系统本身或与该系统相关的焊缝、法兰、阀门、爆破膜、人孔门和测点接口等都有可能出现漏空气现象，而管路系统和散热器本身由于不均匀沉降和过应力等引起的变形开裂也可能造成空气泄漏；另外，冬季由于调整等原因，造成空冷散热器冻结，频繁启停机也会造成空冷散热器焊缝、法兰、阀门疲劳破坏，也会造成漏空气现象。

1.4 空冷风机故障对空冷背压的影响

空冷风机需要长期高负荷运行，因此风机故障停运率较高，常见的有风机叶片扭转、风机减速机故障、风机电机变频器故障等，这些故障都会引起空冷风机停运。单台空冷风机故障停运，影响机组热耗率约为25 kJ／kWh，影响机组煤耗率约为1.15g／kWh，对机组运行经济性影响非常大。

1.5 空冷管束磨损老化，损伤对背压的影响

空冷管束磨损老化问题不容忽视。根据国外经验，空冷管束运行十四年后，传热系数降低了5%，削弱了管束散热能力，从而使机组背压升高，所以，设计空冷岛散热面积时应充分考虑老化裕量。另外，空冷管束冬季冻结，造成弯曲变形，甚至永久变形或打折，造成空冷管束损伤、泄露，寿命缩短。

1.6 热风回流现象对背压的影响

发生“热风回流”的风机会向空冷平台下其它的风机入口输送热空气，导致这些风机的入口温度上升。外界环境风速越大，现象越明显，对机组安全运行影响也越大。热风回流会使空冷凝汽器入口的空气温度上升5℃左右，对平均温差为l5℃的空冷散热器，将降低30%传热量，这严重影响了空冷散热器的传热性能和机组的经济性。实际运行中热风回流会导致机组背压迅速升高而迫使机组快速减负荷，严重时将造成背压高保护动作，这种现象存夏季时有发生，某些空冷机就曾发生过热风回流引起的跳机事故。根据经验和数值模拟分析，从炉后及侧后吹来的大风对空冷凝汽器最为不利，这些方向的大风最容易造成空冷凝汽器的热风回流。

1.7 空冷岛管束翅片脏污情况对背压的影晌

空冷岛所处地区环境污染严重，风沙大，灰尘多，空气中固体小颗粒较多，空气中的灰尘容易在翅片上积聚而堵塞通风间隙。另外春夏之交的柳絮、杨絮也会吸附到管束翅片上，造成空冷岛翅片脏污。同时，空冷岛的夜间照明也会吸引飞蛾等昆虫.导致昆虫尸体沾附在翅片管表面，造成翅片管污染。这些堵塞和粘污都会使空冷管束散热能力变差、机组背压升高，如果空冷岛管束翅片污染严重而未进行及时冲洗，将会导致同负荷下背压升高10-15kPa。

2 降低直接空冷背压，提高机组运行经济性

2.1 直接空冷机组运行背压的控制

合理控制运行背压是提高空冷机组运行经济性的基础。通过对空冷风机进行优化控制。尽量降低空冷机组的运行背压，是提高直接空冷机组运行经济性的有效途径。为了优化空冷岛设备的运行方式，提高直接空冷机组低背压下运行的安全性和经济性，我公司结合机组设备特性、所处地域特点及不同的季节特点，探索出了一些降低机组运行背压的有效措施。

2.1.1 冬季空冷运行背压控制及运行方式

冬季运行期间，要全面掌握空冷岛温度场变化，通过监视DCS空冷画面抽真空管和疏水管各点温度是不够的，因为它不能及时反应是否有过冷管束存在。全面检测空冷管束外侧温度，如外表面温度在5-12℃视为正常，超过12℃可再降低机组背压，如果发现个别管束表面温度低于2℃时,认为该管束有过冷现象，应立即调整。对局部过冷管束，立即采取回暖措施。及时降低最近顺、逆流风机转速，直至停止逆流风机，若不能恢复管束温度，可以将逆流风机低频反转，反转频率控制在40%以内，利用热空气回流提高顺流风机入口空气温度，同时加热逆流换热管束，过冷管束恢复正常后，可将逆流风机恢复正常运行方式。勤测温、勤调整、勤反馈，及时发现过冷管束，是空冷低背压防冻的关键，在冰块充满管束之前采取回暖升温措施可以达到良好效果；若管束过冷发现较晚，错过了回暖的最佳时机，一旦冰块充满管束，冻结时间越长，溶开的机会就越小。如果管束已经冻结，在冻结换热面外表面覆盖棉被是非常必要的，同时适当提高机组排汽温度升高背压，此时要注意冻结管膨胀量小于正常管膨胀量，排汽温度提高太高太快，将造成冻结管附近的正常管变形，甚至折断。冬季机组低负荷运行中，根据环境温度可以隔离1、2、6列，减少空冷岛冷却面积，机组负荷＞100MW，环境温度-12℃时隔离一到两列即可满足防冻需要。夜间运行中，电网处于低谷时段，机组负荷最低，环境温度将降至全天最低气温，空冷管束过冷现象频繁且严重，特别是在负荷小于160MW、环境温度-15℃以下时，反转逆流风机进行升温不能满足要求，此时加大反转逆流风机频率至60%-80%，同时调整临近的两台顺流风机频率，使热空气的流量、流速增大，能起到良好效果。冬季启动时，采取高中压缸联合带旁路启动方式，尽量缩短抽真空时间，当锅炉蒸发量低于最小防冻流量时严禁蒸汽进入空冷岛（不包括轴封），利用锅炉干烧能力尽快达到最小防冻流量，抽真空时保持三台真空泵运行，当背压低于30KPa时，依次停运两台真空泵，当锅炉满足最小防冻流量时，通过旁路系统空冷岛进汽，开启管道疏水，升温升压。当机组并网后负荷达到最小防冻流量对应的负荷时即可关闭旁路，锅炉可按照滑压启动曲线控制。在这之前锅炉保持蒸发量稳定，以满足空冷岛防冻要求。关闭空冷岛各排散热器端部小门以及各冷却单元的隔离小门。低负荷情况下尽可能保持各排风机低转速运行，且同排风机转速相同，避免由于某一风机转速过高造成局部过冷现象：冬季运行期间密切监视各凝结水回水母管中结水的过冷程度，冬季凝结水的过冷度最大不得超过5.5℃。冬季机组运行中，加强对逆流区散热管束表面温度的检查，通过降低逆流段和相邻顺流段冷却风机的转速，避免散热管束表面温度出现较大偏差，控制表面温差在10℃以内。必要时可相应增加机组负荷。控制空冷岛各区抽真空蒸汽温度比本排下联箱凝结水温度低1-5℃，但在任何时候不得低于5.5℃，运行中若发现抽真空蒸汽温度较正常值低，则应降低对应排的逆流风机转速或停止风机运行，若温度没有回升。则应适当降低顺流风机转速，必要时可在上述调整的基础上启动备用真空泵，通过增加抽气口的空气流速来提高温度。通过长时间的运行发现，在冬季运行模式下330MW 空冷机组最低背压值在机组满负荷时可保持在9kPa。

2.1.2 夏季空冷背压控制及应对措施

空冷岛风机全速运行时，空冷机组夏季背压高限值为40 kPa，该值既考虑了汽轮机末级叶片的安全，也考虑了夏季工况大风对空冷背压的影响。当大风来临时，能给运行人员留下足够的时间来调整背压上升，防止背压高保护动作。在夏季机组背压较高，遇到大风天气，机组背压波动幅度高达15KPa，对机组安全构成威胁。空冷岛设计安装了喷雾系统，在夏季高温高负荷时段，投入空冷岛喷雾，经统计机组负荷270MW，环境温度高于25℃，机组背压大于20KPa时，投入喷雾系统，机组背压可以降低约5KPa，当环境温度上升至29℃时，可以降低背压8KPa以上，经济效益显著。当投入空冷岛喷雾，机组背压降低至25KPa内，热风再循环和切向风对背压影响会大大减小，波动幅度不超过5KPa，保证了机组安全稳定运行。

风速影响机组背压，风速大于30m/s时，背压开始升高，投入空冷岛喷雾，机组不会因背压高而影响负荷，增加了机组带负荷能力。空冷岛喷头集中布置在风机出口边缘，也就是风压最高的位置，每列的母管布置在风机室的两侧，降低风阻，每个单元共10个喷头，分两个母管分别供水，这样可以视运行环境、机组工况隔离每一条母管，运行方式较为灵活，喷雾系统母管压力为1.5MPa，以保证了喷头雾化效果。由于夏季环境温度较高，空冷风机变频器更容易发热，因此空冷变频器配电室内温度也较高，导致空冷变频器运行很不稳定，极易因变频器故障导致空冷风机跳闸。由于空冷风机已全速运行，一台或多台空冷风机跳闸，会使空冷背压迅速升高，甚至超过控制高限值40kPa。为避免多台空冷风机跳闸情况的发生，需要在运行中加强对空冷电机线圈温度的监视和控制，并将空冷变频器室的温度保持在25℃以下。为保证机组在夏季工况下安全经济运行，夏季以前对空冷系统进行高标准的清洗，用高压除盐水清除积附于空冷凝汽器表面的污垢和杂物，可提高机组出力5%-10%左右；采取措施消除或减弱热风回流对空冷出力的影响，设法降低空冷平台下面进风口的空气流速，减少负压区；确保汽水系统阀门严密性，尤其是低压旁路阀和疏水系统阀门的严密性，以防排汽装置热负荷增加；夏季运行期间，除了要防止空冷背压受外界影响急剧升高工况外，还需防止空冷背压急剧下降的工况。另外，空冷岛加装水喷雾系统也可降低背压。近一两年许多电厂在空冷岛加装了水喷雾系统，一般情况下水喷雾系统的管道、喷嘴加装在单元内风机出口的平台上(喷嘴距凝汽器表面较远)。从已加装水喷雾系统机组的运行情况看，运行背压可降低5-10kPa，但是同时要注意喷雾水量的控制，否则会造成水量的严重浪费而得不偿失。

2.2 消除真空系统漏点，提高真空严密性

根据我国已运行的直接空冷机组的经验，我国空冷系统真空严密性试验标准确定为100PJmin较为合理。真空泵容量的选择上要比湿冷机组多留有足够的裕量。同时，在空冷系统抽真空管道上设置球阀，以便于运行中对抽气量进行调节。每月定期做真空严密性试验，发现问题及时处理。为保证真空严密性，对容易查漏的部位可采用泡沫查漏法，定期对有可能漏气的焊缝、法兰、阀门、爆破膜、人孔门和测点接口等进行检查，发现漏点及时处理；对不容易查漏的部位可采用氦气查漏法或超声波检测仪进行定期查漏，在检修期间进行消缺。

2.3 提高空冷凝汽器管束的洁净度

空冷岛翅片脏污影响散热效果，使背压升高，厂用电升高，每年4月底完成空冷岛高压冲洗系统安装调试工作，在进入夏季前，将空冷岛高压冲洗水压力提高到9MPa，运行人员利用10天时间对#1、#2机空冷岛进行了全面高压冲洗，使空冷管束清洁干净换热效果良好，冲洗后机组背压下降5-8KPa。

3 结束语

通过以上对影响330MW 空冷机组背压的因素分析，背压对汽轮机运行经济性的影响很大，空冷机组背压达不到设计值是330MW汽轮机运行中存在的普遍问题，应引起人们的高度重视。造成空冷机组背压高的原因较多，应区别对待。对机组进行分析，调整空冷风机运行方式，节约厂用电，提高机组运行经济性；只要对汽轮机真空系统有针对性的开展工作，就可以使空冷机组背压由较大的提高，进一步降低300MW汽轮机组的煤耗。