空冷风机经济运行频率试验研究

张艳辉

(大唐东北电力试验研究所,吉林 长春 130012)

空冷机组具有耗水量小、占地面积小、社会经济性高、运行灵活简便的优点，使空冷技术得到了较为广泛的应用[1]。但同时空冷机组也存在一些缺点，例如机组的运行背压高、背压受环境影响大，厂用电率大、热耗高等问题。环境温度、风速大小、运行方式等因素都对背压有重要的影响[2]。直接空冷机组空冷风机的耗电量是影响机组经济性的主要因素之一,在有些文献中通过对直接空冷机组变工况时的风机运行问题进行了研究,分析了风机风量和凝汽器压力之间的相互变化关系,给出不同凝汽器压力下所需风量的确定方法,为直接空冷风机的运行提供参考[3]。应用等效热降理论分析了背压变化对机组煤耗率的影响,通过厂用电转换系数建立了直接空冷系统的背压和供电煤耗率之间的关系;为直接空冷机组的安全经济运行和经济性分析提供了依据[4]。凝汽器热负荷不变的情况下,环境气温越高,空冷凝汽器进口空气温度就越高,凝汽器压力就越高。环境风速越大,空冷器进口空气温度就越高,迎面风速就越小,从而凝汽器内冷凝温度和压力就越高[5]。

以前的相关研究对影响空冷岛经济运行的因素进行了理论系统的研究。但影响空冷运行背压的因素太多，而且理论性较强，对运行指导性不强，很难在实际运行中得到应用。本文集中研究风机运行频率和背压间的关系，在不同的工况条件和环境温度下，分析经济性，并对背压调整的条件和范围给予界定，运行人员学习操作。

1 机组概况

某300 MW机组汽轮机为哈尔滨汽轮机厂生产的NZK300-16.7/537/537型亚临界、一次中间再热、单轴、双缸、双排汽、直接空冷凝汽式汽轮机。配套锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司生产的1 056 t/h亚临界一次中间再热、燃煤自然循环汽包锅炉，发电机为哈尔滨电机厂生产的QFSN-300-20型水、氢、氢冷，机端自并励发电机,机组热力系统采用单元制布置。汽轮机设有七段不调整抽汽，高压缸设有二段抽汽，分别供1号、2号高加；中压缸设有二段抽汽，分别供3号高压加热器及除氧器；低压缸设有三段抽汽， 分别供5号、6号及7号低压加热器。该系统采用数字计算机作为控制器，电液转换机构、高压抗燃油供油系统(EH)和油动机作为执行器，对汽轮机实行自动控制。空冷岛工程ACC系统由6列总共300片换热管束和6×5=30台风机组成，每台风机向10片管束供风，Pfc管束=“冷凝器”=42×6=252，Cfc管束=“分凝器”=4×2×6=48。风机由变频电机经减速机驱动，风机驱动齿轮带机械油泵，其转速与风机电机转速成比例。风机叶片设计采用宽厚机翼形，材料为玻璃钢，具有强度高、重量轻、耐腐蚀等优点。迎气流看风机时，叶轮应顺时针方向旋转。冷空气的流速依靠改变电机的频率来改变，所有的风机和电动机在30%～110%的额定风机转速范围内运行，风机电机最小转速为30%(即15 Hz)，因此风机以30%转速启动。每列2、4单元的风机应可以反转，其它风机不能反转。机组第1、5、6列装有蒸汽隔离阀、凝结水阀和抽真空阀。在布置为冷凝器的管子内，冷凝液按蒸汽流动方向流动，在布置为分凝器的管子内，冷凝液按蒸汽流动相反方向流动，则产生的凝结水受重力作用通过凝结水管道流入凝结水箱，每列2、4单元为顺逆流混合单元。空冷岛自投产以来设备运行良好，没有发现重大问题。

由于空冷岛在冬、夏季背压运行情况和春、秋有较大差别，在冬季运行由于环境温度低考虑到内部结冻等原因有一个安全运行背压所以优化空间较小；夏季运行时又由于环境温度过高风机大多满负荷运行，在优化方面也有条件限制。所以本文主要是针对于春秋季节的运行情况来进行试验研究，把厂用电率、运行背压、风机运行频率等影响空冷岛运行因素控制在合理范围内，以减小空冷岛在实际运行中所带来的耗能现象。

2 试验工况和方法

试验主要是通过在不同工况和环境温度下，改变空冷岛风机的运行频率，从而改变机组运行背压，观察背压变化趋势。从机组功率变化和厂用电率变化上，分析风机运行方式对机组经济性的影响。同一试验工况下，不改变锅炉的燃烧和其他运行条件。改变风机运行频率，来做不同工况的比较。

在以下工况下调整风机运行频率，观察风机电流和运行背压的变化趋势。

表1 不同工况下的风机运行频率与环境温度

2.1 背压变化对经济性的影响

试验机组为坑口电站，煤质单一稳定，所以在燃烧条件不变的情况下,背压变化对机组经济性的影响直观的反映在发电功率的变化上。所以可以由发电功率的变化来计算背压变化对机组煤耗的影响。背压变化对发电煤耗的影响为

(1)

式中 Δbb——发电煤耗变化量/g·(kWh)-1；

ΔP——背压变化引起的功率变化/MW；

P——背压变化前的机组的功率/MW；

bg——机组在当前负荷下的运行发电煤耗/g·(kWh)-1。

2.2 风机运行频率变化对经济性的影响

风机运行功率为

(2)

式中P——试验期间风机总运行功率/kW；

Wi2——试验结束后风机功/kJ；

Wi1——实验开始前风机功/kJ；

t2——试验结束时间/h；

t1——实验开始时间/h；

n——风机总台数。

厂用电率为

(3)

式中ηe——厂用电率/[%]；

P——试验期间空冷风机厂用电功率/kW；

Pe——试验期间发电平均功率/kW。

机组供电煤耗率

厂用电率变化引起煤耗变化为

Δbi=Δηe×bg

(4)

式中 Δbi——发电煤耗变化量/g·(kWh)-1；

Δηe——厂用电率的变化率/[%]；

bg——机组在当前负荷下的运行发电煤耗/g·(kWh)-1。

3 试验结果与分析

图1中给出了风机平均运行电流和风机运行频率之间的关系，可以看出，风机运行频率在43～50 Hz之间变化，风机电流下降得比较快。风机频率下降到35 Hz以后，风机电流随运行频率减小下降得就比较慢了。

图1 运行频率和风机平均运行电流的关系

图2中给出了不同负荷和不同环境温度下，背压变化对机组热耗的影响。从图中可以看出，在相同的环境温度下，负荷越低，背压变化对机组的热耗影响越大。且随着负荷降低，背压对机组热耗的影响变大，特别是到160 MW以下负荷。

图2 机组热耗相对变化量同运行背压之间的关系

图3给出了厂用电率在不同负荷下随风机运行频率之间的变化规律。从图中可分析出随着风机运行频率的变大厂用电率也是在不断变高的。

图3 厂用电率同运行频率之间的关系

图4给出不同负荷和环境温度下，机组背压随风机运行频率之间的变化规律。由图可以看出，当风机运行频率低于40 Hz时，再降低风机运行频率，机组的背压下得很快。当机组背压大于14 kPa，再降低风机频率，机组的背压下的比较快。

图4 机组背压同运行频率之间的关系

由试验综合分析，在同时满足机组背压在14 kPa以下，风机运行频率在40 Hz以上时(见图5中阴影部分)，可以降低风机运行频率，调整后也不可以超出图中阴影部分区域，方可提高机组运行。

图5 风机运行频率可以调整的区域

通过表2的经济性分析，可以看出：在180 MW工况下，风机运行频率从50 Hz降到45 Hz，由电和煤的差降比较，可以降低机组供电煤耗0.43 g/kWh；在160 MW，降低风机频率到45 Hz，可以降低机组煤耗1.02 g/kWh；在240 MW，降低风机频率到41 Hz，机组供电煤耗下降0.06 g/kWh。

4 结论

通过对某热电厂空冷机组运行的大量数据统计和分析，以及对空冷机组空冷岛的一系列试验，得出了空冷机组较为经济的空冷岛运行方式。风机频率在40～50 Hz之间变化，风机电流波动比较快。风机运行频率低于40 Hz时，降低风机运行频率时背压下得很快。当机组背压在14 kPa以上时，风机频率的变化对机组的背压影响更大。

由试验综合分析得出结论，在同时满足机组背压在14 kPa以下，风机运行频率在40 Hz以上时(见图5中阴影部分)，通过降低风机运行频率，且调整后又在其图中阴影部分区域，可以提高机组的运行经济性。

表2 变背压试验经济性分析

[1]马义伟.发电厂空冷技术的现状与进展[J].电力设备，2006,7(3):5-7.

[2]赵丽萍.空冷机组经济性的分析[D].北京:华北电力大学,2002.

[3]席新铭,杨勇平,杜小泽,等.电站直接空冷系统风机运行研究[J].现代电力,2007(2):52-55.

[4]席新铭.电站直接空冷系统对机组经济性影响的研究[D].北京:华北电力大学，2007.

[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.