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1、全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 25 空冷机组优化运行 陈宪刚 周 龙 (大唐甘谷发电厂) 【摘 要】直接空冷系统的运行管理贯彻“以安全为基础,以经济为主线”的原则。通过加强直接空冷系统 的运行管理和日常维护,使空冷系统始终处于良好的工作状态,保持较高的换热效率,为空冷机组的安全、经济运 行提供保障。 【关键词】空冷机组 安全经济运行 随着大容量的直接空冷发电机组的在西北地区的快速普及,如何保证空冷机组在安全、经济工 况下长周期的稳定运行已经是一个摆在各个空冷发电厂面前的一个实际问题,甘谷发电厂通过一年 多的运行积累、试验总结出了自己的一套运行管理经验。
2、 1 系统简介 大唐甘谷发电厂技改工程 2300MW 级燃煤发电机组于 2007 年 12 月底先后投产发电。 进入商业 运行。汽轮机为北京重型机械厂制造的 NZK31017.75540540 型亚临界参数、中间一次再热、 三缸、双排汽、单轴、直接空冷冷凝式汽轮机。汽轮机排汽冷凝系统采用的是斯必克斯(SPX)生产 的直接空冷系统。汽轮机低压缸为双排汽结构。排汽主管为一条直径 DN5532 的焊接钢管,排汽主 管水平穿过汽机房外,从水平管上接出 6 条 DN2620 上升支管,上升至 41.8m,水平与每组空冷凝汽 器上连箱连接。在空冷系统的 1、6 街区分别设计有进汽电动蝶阀。 2 冬、夏季运
3、行中遇到的问题 空冷机组冬季是经济运行的大好时机,应该抓住这段时间带高负荷大负荷。使空冷机组在较经 济的环境中高效运行。并应使机组在接近阻塞背压下运行。北重 310MW 空冷机组未级叶片长 648mm, 阻塞背压为 7.2kpa(THA 工况) 。我们在集控室安装了一块大气压力表时时根据当天的大气压力进行 适当的调整。但冬季低背压运行也存在问题、就是空冷系统的防冻问题。如不注意可能会造成空冷 系统的冻结,影响机组安全、经济运行。在防冻方面要做好以下工作: 2.1 提高背压设定点: 在当地大气温度降至20以下时,如果有半数以上凝结水温度低于 25,汽机背压设定点需 增加 3 kPa;如果 30
4、分钟后仍有半数以上冷凝水温度保持低值,背压设定点需再增加 3 kPa。环境 温度高于 3持续 5 分钟;或者在改变背压设定点后 1 小时,如果所有冷凝水温度高于 30,背压 设定点将降低 3 kPa;1 小时后如果所有冷凝水温度还是高于 30,可以再次降低设定点。 2.2 逆流风机减速 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 26 在防冻保护启动后,从第 1 列到第 6 列,逆流风机将循环减速 15Hz 5 分钟 (如果降速前逆流风 机转速低于 30Hz,逆流风机将停机);相邻两列逆流风机减速间的间隔为 5 分钟。 2.3 逆流风机反转 在环境温度低于-10和控
5、制步序在第 0 步(所有风机停止和 1、6 列隔离阀关闭)时,如果运 行中的一列(列 2, 3, 4, 5)中,抽空气温度低于 5,该列逆流管束的风机以 20 Hz 的速度反转, 直到抽取空气温度达到 30。 如果此时由于背压增加,需要增加步序,则反转的风机应被停止,在延迟 1 分钟后,方可进入 正常操作模式。 2.4 停止一六街 当启停机及低负荷过程中,环境温度低于-5时,应将一、六街停止,将进汽门关闭。空气门及 凝结水门开启。 2.5 启机时的注意事项 在启机初期要使空冷岛的进汽量快速加大,低旁开度初期尽量加大。启机初期将空冷岛的 1、6 街进汽蝶阀及空气门关闭,锅炉点火升压后使蒸汽量达到
6、规定的最小进汽量以上,并且空冷散热器 凝结水温度高于 35C 时,再启动相应的逆流风机。 2.6 停机后的注意事项 在机组停机后要切断可能进入排汽装置的所有汽源,防止小量汽水进入空冷岛产生冻结。 2.7 定期认真做真空严密性试验 如试验结果达不到优良值应积极进行真空系统查漏, 重点部位为凝汽器喉部及各管路膨胀结处, 减少了进入空冷系统的不凝结气体。避免了空气在部分顺流区域大量停留导致此管束冻结。 2.8 二台真空运行 在大气温度低于6 度时或逆流区空气温度低于 15 度时,投入二台真空泵把顺流区存在的空气 及时抽出,同时也提高了逆流区温度。 2.9 风机增加频率偏置 空冷 ACC 步序中增加风
7、机偏置设定,24 台风机新增加偏置,合理配置各街区的热负荷,从各街 区凝结水温度及抽空气温度均衡调整 到了夏季空冷机组由于受大气温度的影响,对机组的经济性产生了极大的影响。从观察来看大 气温度每升高 1,真空要降低 1kpa 左右(风机频率已经达到 50hz 时测试) 。也就是真空度要降低 1.1%左右。 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 27 大气温度变化与真空负荷表 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 功率 (MW) 300 300 300 300 300 305 270 300 300 290 背压 (KPa) 13.5 18 21.5 27.
8、2 28.4 24.5 30 28.9 29.8 30.2 大气环境 温度 14 20 22.3 26.7 28.15 23.1 29.7 29 28.9 29.78 风机频率 (Hz) 50 50 50 50 52.9 50 50 53 54 54 风机线圈 温度 86 91 93 94 108 91 112 113 116 121 从以上表中可以看出当大气温度达到 30时, 负荷达到 290MW 时背压为 30.2kpa,风机电机线圈 温度达到了 121,我厂电机为 F 级绝缘等级(最高 155) ,一般按 B 级(最高 135)考虑运行。 为了电机寿命及运行安全余量的考虑,我们现将电机温
9、度控制在 125以下运行,当电机温度高于 此值时,适当降低风机频率。从运行经验来说,大气温度在 29以下时不用考虑温升较大的影响。 运行在 55hz 电机温度能控制在 120以下长期运行。 从今年的大气温度监视来看,七、八月份是全年的最高温度月份,此二个月应该与调度协调减 小机组负荷率或者尽量将检修工作安排在此二个月内进行。并相应调整每天的负荷曲线。如下表每 天的大气温度最高点在 15 点到 17 点,高负荷要尽量避开此时间段。而在夜间到白天的 11 点是带负 荷的最好时间。要充分利用好这段时间,提高机组的热效率,降低煤耗。 3 提高空冷岛的工作效率 利用每次停机的机会对空冷散热器进行高压水冲
10、洗、也可根据空冷散热器表面的脏污程度合理 设定冲洗时间和次数。一般可参考迎风面风速确定,当迎面风速下降到额定值的 6070%时,应安 排进行冲洗。对空冷岛下部进行水泥平整、硬化、空冷岛周围进行绿化以减少空冷岛的污染、在夏 季夜间将空冷岛的照明关闭,以减少小飞虫粘在散热片上的机会。提高空冷散热器的效率,直接空 冷机组夏季背压高、经济性差,应尽量将机组检修安排在夏季、夏季应与调度协调带低的负荷率。 冬季背压低、经济性好,应保证高的负荷率。减少进入空冷排汽装置的疏水漏量、利用停机机会去 掉低旁暧管小旁路,保证低旁阀门关闭严密,保证低加疏水泵的正常长久运行,减小空冷岛的热负 荷。定期检查空冷岛的隔离门
11、关闭正常、挡风墙是否有漏风现象、在设计时充分考虑减少定排、连 排、除氧器排氧门等的乏汽被抽入空冷风机的可能性。加强对空冷风机减速系统、变频系统的维护 提高其可靠性。定期严格做真空系统严密性试验,不合格时及时查漏。 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 28 4 提高真空系统严密性 空冷机组真空严密性不合格时,应及时对空冷岛和厂房内有关设备进行查漏。空冷岛查漏进, 首先对凝结水下降管,排汽管道的膨胀结处、低压缸喉部膨胀节等处的焊缝进行检查。二是利用停 机的机会对空冷系统进行隔离进行打压查漏。三是在运行中积极发现不合理的参数进行分析,如某 一街的空气管温度过低等。
12、 5 凝结水水箱含氧量 直接空冷机组的凝结水溶解氧,控制标准100ug/L,如凝结水溶解氧不合格时,要从真空系统漏 空气、凝结水泵密封不严、凝结水过冷度过大、系统的补水和空冷凝结水在排汽装置内的回水位置 等式方法综合分析解决。如过高可考虑对系统进行改造,如我厂利用排汽加热补水,把除盐水补入 排装上部、并进行喷头雾化。取得了不错的效果,溶解氧在补水率小于 1.8%以下的情况下可控制在 30 ug/L 以下,这在空冷机组里也是相当不错的。第二种方法是利用乏汽加热空冷岛的凝结水回水, 效果也是相当的明显。 6 空冷系统的最佳真空的确定 冷机组的空冷系统的耗电占全厂厂用电的 0.8%左右, 为了降低此
13、空冷厂用电, 在不同大气温度, 负荷下制定的不同的变频调整转速(见附表五) 北重 ZK310-17.75/540/540 型,直接空冷凝汽式汽轮机背压修正曲线: 背压(kpa.a) 功率修正率(%) 热耗修正率(%) 7.2 1.5244 -1.5001 8 1.4854 -1.4644 10 1.1719 -1.1590 12 0.7085 -0.7033 14 0.1707 -0.1701 14.6 0 0 16 -0.6187 0.6222 19 -2.0036 2.0317 22 -3.3852 3.4669 25 -4.6929 4.8548 28 -5.8970 6.1571 31
14、 -6.9973 7.3708 35 -8.3576 8.9083 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 29 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 背压(kpa.a)81214.6192531 背压(kpa.a) 修 正 率 ( % ) 功率修正率(%) 热耗修正率(%) 汽机阻塞背压为7.2kpa (THA工况) ,也就是真空不高于80.2kpa (当地年平均大气压为87.4kpa) , 正常工况下不应高于此值.在此阻塞背压基础下,调整真空时,冬季以防冻为第一调整要点.以空冷岛 各街空气管温度不小于 15为准.根据北重厂家提供的数据:以
15、额定背压为起点,背压每降低 1kpa 时, 也就是真空度提高1.14%时,功率增加0.26%左右,以我们日平均负荷280MW算,也就是增加0.72MW/h. 但提高风机转速也就是增大了风机的耗电量、增大了厂用电.如何计算变频前后它的耗电量.一 般根据风机类平方转矩负载关系式:P / P0=(n / n0)3 计算,式中为 P0 额定转速 n0 时的功率; P 为转速 n 时的功率。 以一台空冷 132 kW 风机为例。 运行工况仍以 24 小时连续运行, p/132=(35/55)3 我们按从 35Hz 升到55Hz 算,就可以算出35Hz 时的功率大致为 34kw,也就是说一台风机提高频率后
16、(提到 55Hz)功率 多用了132-34=98kw,而一台机有24台风机多用电量就是24*98=2352kw 与先前背压降低而提高的功 率来看,也就是说,如果把风机频率加到 55Hz,(按加之前是 35Hz)如果真空提高大于 3.27kpa 以上, 才是经济的,否则就是不经济的.以下是各主要工况下的最佳真空值:以供参考! 附表七: 35 37 40 43 45 47 50 55 34 40.1950.7863.08 72.382.37 99.17 132 kw kw kw kw kw kw kw kw 35 Hz 0 -6.19 -16.8 -29.08 -38 -48.37 -65.2 -
17、98 37 Hz 6.2 0 -10.6 -22.89 -32 -42.18 -59 -91.81 40 Hz 16.78 10.59 0 -12.3 -22 -31.59 -48.4 -81.22 43 Hz 29.08 22.89 12.3 0 -9.2 -19.29 -36.1 -68.92 45 Hz 38.3 32.11 21.52 9.22 0 -10.07 -26.9 -59.7 47 Hz 48.37 42.18 31.59 19.29 10.10 -16.8 -49.63 50 Hz 65.17 58.98 48.39 36.09 26.916.8 0 -32.83 55 H
18、z 98 91.81 81.22 68.92 59.749.63 32.83 0 24 台风机功 率的变化 kw kw kw kw kw kw kw kw 35 Hz 0 -149 -403 -697.9 -919-1161 -1564 -2352 37 Hz 148.8 0 -254 -549.4 -771-1012 -1416 -2203.44 40 Hz 402.7 254.2 0 -295.2 -516-758.2 -1161 -1949.28 调 整 前 功 率 调 整 后 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 30 43 Hz 697.9 549.
19、4 295.2 0 -221-463 -866 -1654.08 45 Hz 919.2 770.6 516.5 221.28 0 -241.7 -645 -1432.8 47 Hz 1161 1012 758.2 462.96 242 0 -403 -1191.12 50 Hz 1564 1416 1161 866.16 645 403.2 0 -787.92 55 Hz 2352 2203 1949 1654.1 14331191.1 787.9 0 风机频率变 化时的最佳 真空值 kpa kpa kpa kpa kpa kpa kpa kpa 35 Hz 0 -0.21 -0.56 -0
20、.969 -1.3 -1.612 -2.17 -3.26667 37 Hz 0.207 0 -0.35 -0.763 -1.1 -1.406 -1.97 -3.06033 40 Hz 0.559 0.353 0 -0.41 -0.7 -1.053 -1.61 -2.70733 43 Hz 0.969 0.763 0.41 0 -0.3 -0.643 -1.2 -2.29733 45 Hz 1.277 1.07 0.717 0.3073 0 -0.336 -0.9 -1.99 47 Hz 1.612 1.406 1.053 0.643 0.340 -0.56 -1.65433 50 Hz 2.1
21、72 1.966 1.613 1.203 0.9 0.56 0 -1.09433 55 Hz 3.267 3.06 2.707 2.2973 1.991.6543 1.094 0 7 结束语 通过深入分析、总结 2008 年机组的主要技术经济指标,总结经验,采取了一系列措施后,2009 年 1 季度,甘谷电厂供电煤耗完成了 341g/kwh,厂用电率完成 8.15%(空冷+电泵+脱硫) ,耗水 37 万 吨。为今后空冷机组的节能降耗提供了参考,对电网调度提出了建议。为实现“节能减排”工作提 供了一定方向,对全社会展开节能减排工作具有重大意义! 参考文献: 1 ZK310-17.75/540/540 型直接空冷凝汽式汽轮机热力特性书 2 直接空冷汽轮机及其热力系统 邱丽霞等 中国电力出版社 作者简介: 姓 名:陈宪刚 职 务:发电部汽机专工 工作单位:大唐甘谷发电厂 单位地址:甘肃省甘谷县盘安镇西街 1 号 邮 编:741211 联系电话:18993816590
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