國產(chǎn)化首臺600MW直接空冷機(jī)組空冷系統(tǒng)邏輯優(yōu)化[通遼發(fā)電總廠][實踐]

1、國產(chǎn)化首臺600MW直接空冷機(jī)組空冷系統(tǒng)邏輯優(yōu)化及存在問題的解決策略探究(通遼發(fā)電總廠)摘要：做為國家發(fā)改委863重大科研項目,首臺國產(chǎn)化600MW空冷機(jī)組投產(chǎn)后的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況，對國內(nèi)空冷技術(shù)有著決定性的示范意義，本文在介紹機(jī)組運(yùn)行特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，主要針對空冷系統(tǒng)在防凍、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等方面存在的問題，提出解決措施，并根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行情況與不足對熱工自動化控制邏輯進(jìn)行控制策略上的優(yōu)化，從而保證空冷自動及保護(hù)系統(tǒng)在機(jī)組啟停及運(yùn)行過程中全過程投入，并根據(jù)環(huán)境溫度、機(jī)組負(fù)荷自動控制背壓，提高了機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)與安全性能。關(guān)鍵詞：國產(chǎn)化600MW直接空冷機(jī)組 邏輯優(yōu)化 存在問題 解決策略0 引言通遼發(fā)電總廠5號

2、空冷機(jī)組是國家發(fā)改委批復(fù)的國產(chǎn)首臺600MW直接空冷示范項目。由中國電力工程顧問集團(tuán)公司和哈爾濱空調(diào)股份組成的聯(lián)合體共同負(fù)責(zé)設(shè)計、制造，具有100%自主知識產(chǎn)權(quán)。工程自2005年開工建設(shè)以來,順利完成了設(shè)計、建設(shè)、調(diào)試、試運(yùn)行等各項工作，機(jī)組于2008年7月11日通過168小時，正式投入生產(chǎn)，投產(chǎn)以來累計運(yùn)行約3500小時。從空冷系統(tǒng)啟動及運(yùn)行狀況看，未出現(xiàn)空冷風(fēng)機(jī)大量跳閘、真空系統(tǒng)大幅度波動、背壓調(diào)整不當(dāng)、真空建立不及時、空冷島大面積結(jié)凍等現(xiàn)象，整個系統(tǒng)運(yùn)行比較穩(wěn)定。從空冷系統(tǒng)運(yùn)行性能看，施工工藝、設(shè)計水平、運(yùn)行參數(shù)均處于較好水平。1 設(shè)備及系統(tǒng)簡介1） 設(shè)備概況： 通遼發(fā)電廠三期工程5號機(jī)

3、組汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、直接空冷凝汽式600MW汽輪機(jī)排汽裝置由哈爾濱汽輪機(jī)廠輔機(jī)工程生產(chǎn)，排汽裝置兼有凝結(jié)水箱的功能，機(jī)組補(bǔ)水進(jìn)入排汽裝置，排汽裝置利用低壓缸排汽對空冷系統(tǒng)凝結(jié)水和補(bǔ)水進(jìn)行加熱除氧。空冷散熱器由哈爾濱空調(diào)股份生產(chǎn)，散熱器為雙排管，翅化比117，64個冷卻單元，A型夾角60度，總散熱面積1653379m2，設(shè)計迎面風(fēng)速/s，設(shè)計散熱系數(shù)31 W/(m2·K)。空冷風(fēng)機(jī)為保定惠陽航空螺旋槳制造廠的軸流冷卻風(fēng)機(jī)，型號G-TF91D8-C1132,風(fēng)機(jī)直徑9.144m°，逆流風(fēng)機(jī)葉片角度14°，靜壓116Pa

4、，靜壓效率65.2%，軸功率80.8kW，電機(jī)額定功率132kW。2） 系統(tǒng)簡介空冷系統(tǒng)從汽輪機(jī)低壓缸排出的乏汽，經(jīng)由兩根直徑為DN6000排氣管道引出主廠房外，垂直上升到高度后，向兩側(cè)引出8根直徑為DN3000的蒸汽分配管將乏汽引入空冷凝汽器頂部的配汽聯(lián)箱。每組配汽聯(lián)箱與8個冷卻單元連接，每個冷卻單元由8塊冷卻翅片管束和一個直徑的軸流風(fēng)機(jī)組成。8塊翅片管束以接近60度角組成的等腰三角形“A”型結(jié)構(gòu)構(gòu)成，“A”型兩側(cè)分別為4個管束，順流管束長度為，逆流管束長度為，寬度均為。當(dāng)乏汽通過聯(lián)箱流經(jīng)空冷凝汽器的翅片管束時，大量的冷空氣被軸流風(fēng)機(jī)吸入通過翅片管外部進(jìn)行表面換熱，將乏汽的熱量帶走，從而使排

5、氣凝結(jié)為水。凝結(jié)水由凝結(jié)水管收集起來，排至凝結(jié)水箱，由凝結(jié)水泵生壓，送至汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)。汽輪機(jī)排氣中7080的乏汽在順流凝汽器中被冷卻，形成冷凝水，剩余的蒸汽隨后在逆流凝汽器中被冷凝。流程圖如下：逆流單元接3臺真空泵汽輪機(jī)排汽抽真空管蒸汽分配管凝結(jié)水聯(lián)箱凝結(jié)水聯(lián)箱空冷風(fēng)機(jī)排汽裝置至除氧器凝泵 空冷流程示意圖2 空冷系統(tǒng)投產(chǎn)后運(yùn)行中存在的主要問題1）經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計要求自投產(chǎn)以來，2008年機(jī)組平均負(fù)荷完成441.6 MW，背壓完成19.1Kpa。高于設(shè)計值（13.1Kpa）6 Kpa ，影響煤耗約為/kwh，主要原因一是建設(shè)周期過長，空冷散熱片污染嚴(yán)重，始終未清洗，換熱效果差，導(dǎo)致夏季高

6、溫季節(jié)時機(jī)組背壓過高，環(huán)境溫度在30時，負(fù)荷600MW，機(jī)組背壓達(dá)38kpa；二是對首臺空冷冬季防凍特性沒有成型經(jīng)驗，受空冷防凍影響，11、12月份機(jī)組平均背壓與設(shè)計值比較，升高2.0 Kpa，因化凍影響平均背壓升高2.4 Kpa，累計影響背壓4.4 Kpa。各參數(shù)見表一、表二表一：機(jī)組夏季運(yùn)行參數(shù)日期時間負(fù)荷背壓環(huán)境溫度蒸汽量凝結(jié)水 溫度出口風(fēng)溫風(fēng)機(jī)臺數(shù)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)真空泵 臺數(shù)2:0038018221189546070112:004042329137260607519:00444242414106161607111:005001920157454607214:004001420124853546

7、072117:004302830134963626074217:005003431159968676076211:005422816827273627638:0060024182072726276311:31543167073736276315:005101585727262763表二、空冷冬季運(yùn)行參數(shù)日期時間負(fù)荷背壓環(huán)境溫度蒸汽量凝結(jié)水 溫度風(fēng)機(jī)臺數(shù)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)真空泵 臺數(shù)8:00604-171876584266217:3860622-13192560426225:3832020-201071604030220:00553221758624230219:14450138464416422）空冷系

8、統(tǒng)冬季防凍性能較差空冷機(jī)組在冬季運(yùn)行的防凍問題至關(guān)重要，但在機(jī)組運(yùn)行期間仍暴露出各列、同一散熱片各管束之間蒸汽分配不均，導(dǎo)致氣溫過低時，部分管束過冷，內(nèi)排溫度低于外排管1030，管束凍結(jié)現(xiàn)象比較普遍，造成膨脹不均，出現(xiàn)局部散熱片變形現(xiàn)象。（見下圖）3）機(jī)組真空系統(tǒng)存在較大漏泄現(xiàn)象08年7-12月份空ppa/min，由于漏空氣量較大造成空冷散熱片局部聚集空氣導(dǎo)致過冷和結(jié)凍，使機(jī)組在冬季低溫季節(jié)被迫保持三臺真空泵運(yùn)行， 08年真空泵累計多耗電16.8萬kwh。4）空冷防凍保護(hù)及自動調(diào)節(jié)邏輯不完善，空冷自動無法正常投入主要原因是逆流單元防凍保護(hù)動作時，順流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持直至逆流單元防凍保護(hù)解除，這過程

9、中造成順流單元過冷甚至凍結(jié)。順流單元防凍保護(hù)邏輯也存在同種問題，并且順流單元防凍保護(hù)溫度測點(diǎn)取自母管，無法監(jiān)調(diào)各單元實際狀況，不能及時將機(jī)組背壓及凝結(jié)水過冷度調(diào)至最佳狀態(tài)。5）排汽裝置補(bǔ)水時，凝結(jié)水溶解氧超標(biāo)嚴(yán)重，最高時達(dá)到200微克/升。6）機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時，凝結(jié)水溫度超過72度，需兩臺凝結(jié)水泵并列運(yùn)行才能滿足凝結(jié)水流量、壓力的要求。7）空冷風(fēng)機(jī)運(yùn)行經(jīng)常出現(xiàn)風(fēng)機(jī)跳閘和啟不來的現(xiàn)象。3 運(yùn)行中采取的良好經(jīng)驗1）減少外部漏風(fēng)，改善空冷器散熱能力自投產(chǎn)以來,空冷系統(tǒng)存在封閉不嚴(yán)的施工問題，主要有：各列南北兩側(cè)檔風(fēng)板漏風(fēng)；東西兩側(cè)與管束下方連接的檔風(fēng)板漏風(fēng)；各列中間的單元分隔墻的檔風(fēng)板漏風(fēng)；檔風(fēng)板間

10、的電纜橋架嚴(yán)重漏風(fēng)；所用檔風(fēng)板的開孔處漏風(fēng)；管束缺少密封條導(dǎo)致漏風(fēng)；管束下聯(lián)箱同凝結(jié)水管路連接用的彎管與檔風(fēng)板縫隙大，漏風(fēng)； 設(shè)計問題主要有：所有隔離門上方的檔風(fēng)板變形，漏風(fēng)；逆流單元上方的檔風(fēng)板與抽空氣管道連接部位，開孔漏天，設(shè)計圖紙無明確要求；個別管束變形大，致使其與A型架間隙大；上述問題造成散熱片通風(fēng)不足,換熱效果不佳。為此我們采取的措施：1）采用彩板折彎角鐵（35×35×1）加V125型聚胺脂密封條密封及彩鋼板封堵，確保封堵嚴(yán)密無漏風(fēng)；補(bǔ)齊缺少的密封條；2）各列門上方的檔風(fēng)板變形，漏風(fēng)，重新設(shè)計加角鐵連接各擋風(fēng)板矯正變形，杜絕漏風(fēng)；3）逆流單元上方的檔風(fēng)板與抽空氣管

11、道連接部位采用2mm厚的鋼板封堵；4）A型架間隙大采用鍍鋅薄鐵板封堵。生產(chǎn)各級管理人員對空冷島漏風(fēng)點(diǎn)逐項進(jìn)行了嚴(yán)格驗收,從而保證了通風(fēng)出力，提高了空冷器散熱能力。2）合理安排空冷散熱片沖洗方式，保證沖洗質(zhì)量由于空冷島安裝時間長，散熱器清潔度不好,換熱效果較差,自7月份投機(jī)組產(chǎn)后高溫季節(jié)環(huán)境溫度達(dá)到32時，機(jī)組背壓達(dá)38kpa，針對這個問題，組織生產(chǎn)維護(hù)人員進(jìn)行了為期一個月的高壓水吹掃工作，使散熱器換熱面得到良好清潔，最終機(jī)組背壓下降4-6kpa。3）積極進(jìn)行缺陷處理，消除隱患一是64臺空冷風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中, 出現(xiàn)5臺風(fēng)機(jī)（1列8、2列5、3列5、4列4、7列4）啟動后由于潤滑油壓低保護(hù)動作跳閘，

12、原因為油泵入口濾網(wǎng)堵塞及變頻器故障所致。二是真空泵入口濾網(wǎng)出現(xiàn)了堵塞問題，采用除鹽水對抽真空管道進(jìn)行沖洗和在真空泵入口濾網(wǎng)前加裝手動門，實現(xiàn)了濾網(wǎng)在線清掃和抽空氣管道清潔，效果明顯。三是由于排氣裝置背壓取樣管布置不合理，造成取樣管積水，背壓指示不準(zhǔn)確，更改了取樣管布置，使背壓顯示準(zhǔn)確，從而保證了保護(hù)動作的正確性和機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。4）積極采取防凍措施，保證防凍安全主要有效措施有：抽真空管道加裝伴熱帶；取消凝結(jié)水回水管“U”型彎；再熱汽冷熱段管道加裝疏水排大氣，以利于冬季啟停機(jī)時，再熱汽疏水不進(jìn)入空冷島；啟動前抽真空時不投軸封供汽；在鍋爐參數(shù)允許的情況下推遲低壓旁路系統(tǒng)投入時間；正常運(yùn)行時設(shè)專

13、人對空冷島各部溫度進(jìn)行檢查；儲備充足的苫布、炭爐等防凍物資；汽機(jī)啟動后、打閘前關(guān)閉所有至排汽裝置的疏水門，將主、再熱汽、軸封系統(tǒng)、輔汽系統(tǒng)疏水排大氣。上述防凍措施取得一定效果，冬季機(jī)組啟動13次未發(fā)生空冷系統(tǒng)大面積結(jié)凍現(xiàn)象。5）空冷參數(shù)的調(diào)整與測試，為國產(chǎn)空冷機(jī)組運(yùn)行提供寶貴經(jīng)驗對空冷逆流風(fēng)機(jī)自動回暖方式進(jìn)行研究，增加回暖效果。對風(fēng)機(jī)過負(fù)荷跳閘原因進(jìn)行分析，采取限制措施保證風(fēng)機(jī)的最大出力下穩(wěn)定運(yùn)行，提高空冷機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)渡夏能力。 對空冷風(fēng)機(jī)最低轉(zhuǎn)速22.5 rpm時存在潤滑油壓低跳閘現(xiàn)象進(jìn)行原因分析，采取措施保證風(fēng)機(jī)的最大調(diào)整余度，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的，使機(jī)組在經(jīng)濟(jì)工況下運(yùn)行。4、空冷系統(tǒng)

14、控制邏輯優(yōu)化及真空系統(tǒng)查漏是空冷防凍與保證經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的最有效措施為實現(xiàn)空冷系統(tǒng)的自動投入，保證空冷系統(tǒng)冬季運(yùn)行安全，努力降低背壓,提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，重點(diǎn)解決了以下問題:1、對真空嚴(yán)密性不合格進(jìn)行專題治理空冷系統(tǒng)真空嚴(yán)密性試驗結(jié)果為520Pa/min左右，還沒有達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。空冷設(shè)備探測器是空冷系統(tǒng)漏泄查找的主要設(shè)備，該設(shè)備對空氣外漏產(chǎn)生紊流現(xiàn)象較為敏感，為此，在4、5列加裝抽真空門，在抽真空母管上加裝壓縮空氣充氣門，使1、2、3、6、7、8列具備打風(fēng)壓條件，同時在1、2、3、6、7、8列加裝壓力表監(jiān)視空氣壓力（如下圖紅色部分）。2009年1月利用機(jī)組停機(jī)備用機(jī)會，對空冷島1、2、3、6、7、8

15、列分別打風(fēng)壓到0.035Mpa。發(fā)現(xiàn)缺陷：20列蒸汽管道有一焊口開裂250mm；30列蒸汽管道有一焊口開裂280mm；30列蒸汽分配管人孔門法蘭1/4處漏；50列熱工表管焊口漏；60列抽真空管道焊口漏。堵漏后機(jī)組真空嚴(yán)密性降為268Pa/min。2009年2月利用停機(jī)機(jī)會，室內(nèi)設(shè)備噪音較小時，空冷系統(tǒng)背壓保持在機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，用設(shè)備維護(hù)標(biāo)測器檢測，發(fā)現(xiàn)缺陷：排汽管道有一焊口開裂150mm； 1、2號低壓缸2個大氣安全門漏泄； B排汽裝置西南角焊口開裂400mm；B排汽管焊口開裂50 mm。修后效果：機(jī)組真空嚴(yán)密性降為200Pa/min數(shù)據(jù)表：pa時間負(fù)荷A排汽裝置B排汽裝置背壓1背壓2背壓3排汽

16、溫度背壓1背壓2背壓3排汽溫度minMWkPakPakPakPakPakPa1.5164510452.51645453.5141345454.51346465.5151214.47466.51847467.5234812478.52348489.522494910.5201549134911.515495012.50950145013.5071414.50315.500512、努力實現(xiàn)空冷系統(tǒng)自動、保護(hù)的投入，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性空冷自動、保護(hù)邏輯在原有設(shè)計基礎(chǔ)上更改和增加了如下內(nèi)容：1）為保證空冷系統(tǒng)冬季安全運(yùn)行，增加了防凍保護(hù)報警畫面及聲光報警，畫面中包括：順流、逆流及單臺風(fēng)機(jī)（共64臺）的防凍

17、保護(hù)報警及防凍保護(hù)動作時間；防凍保護(hù)動作后顯示紅色，保護(hù)動作時間超過15分鐘后該時間顯示紅色，同時在汽機(jī)報警光字牌一覽內(nèi)顯示“防凍保護(hù)動作超時” 并發(fā)出聲音報警，提示運(yùn)行人員根據(jù)實際情況人為干預(yù)風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式，避免空冷系統(tǒng)凍結(jié)事故發(fā)生。另外，增加“空冷危險”聲光報警，在環(huán)境溫度低于15且負(fù)荷低于350 MW時啟動。2）機(jī)組冬季啟動過程中，空冷系統(tǒng)各溫度測點(diǎn)在機(jī)組停運(yùn)時表面結(jié)冰，不能正確顯示真實值。防凍保護(hù)處于動作狀態(tài)，使所有風(fēng)機(jī)不能正常啟動。為此，增加防凍保護(hù)投切按鈕，以便在機(jī)組啟動及特殊運(yùn)行方式時，可以人工切除。下圖為新增空冷防凍保護(hù)畫面：（為使運(yùn)行人員操作方便，該畫面與其他空冷畫面具有相互切

18、換功能。）3）正常運(yùn)行過程中，各單元凝結(jié)水溫度偏差較大，整列防凍邏輯不能滿足防凍的需要，為此，增加單臺順流風(fēng)機(jī)防凍保護(hù)邏輯：當(dāng)某順流某單元凝結(jié)水溫度低于25（測點(diǎn)二取一）時，該臺順流風(fēng)機(jī)“防凍保護(hù)”動作報警提示，同時該臺順流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速以一定速率降低，轉(zhuǎn)速最低22.5轉(zhuǎn)，若15分鐘后該臺順流單元凝結(jié)水溫度不能恢復(fù)。報警“×列×單元凝結(jié)水溫度低”，提示運(yùn)行人員是否需要停止該風(fēng)機(jī)運(yùn)行（人為干預(yù)）。當(dāng)該臺順流單元凝結(jié)水溫度（測點(diǎn)二取二）>35時，順流風(fēng)機(jī)報警解除，防凍保護(hù)結(jié)束，自動啟動恢復(fù)正常的壓力控制?？刂七壿嬋缦拢?）空冷島防凍保護(hù)原設(shè)計分為兩大部分：當(dāng)順流風(fēng)機(jī)防凍保護(hù)觸發(fā)

19、時該列順流風(fēng)機(jī)以一定速率降至最低轉(zhuǎn)速，該列逆流風(fēng)機(jī)保持恒定轉(zhuǎn)速；當(dāng)逆流風(fēng)機(jī)防凍保護(hù)觸發(fā)時該列逆流風(fēng)機(jī)以一定速率降至最低轉(zhuǎn)速，該列順流風(fēng)機(jī)保持恒定轉(zhuǎn)速。但在實際運(yùn)行中，逆流風(fēng)機(jī)防凍保護(hù)動作后，逆流風(fēng)機(jī)降至最低轉(zhuǎn)速仍不能使防凍動作條件解除（抽真空溫度不能上升至防凍保護(hù)解除條件），需要降低順流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速才能完成防凍功能，為此，增加逆流風(fēng)機(jī)防凍保護(hù)動作后3分鐘不能恢復(fù)則順流風(fēng)機(jī)防凍保護(hù)動作。控制邏輯如下：5）為避免運(yùn)行人員操作的滯后性，提高機(jī)組安全及經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計了環(huán)境溫度、機(jī)組負(fù)荷及背壓關(guān)系曲線，背壓控制由原來運(yùn)行人員設(shè)定單回路控制調(diào)節(jié)改為由環(huán)境溫度、機(jī)組負(fù)荷及背壓關(guān)系曲線進(jìn)行自動控制（環(huán)境溫度、機(jī)組負(fù)

20、荷及背壓關(guān)系見表三）。5號汽輪機(jī)于2009年2月27日并網(wǎng)，空冷風(fēng)機(jī)按步級自動啟動好用。全部空冷自動及保護(hù)裝置投入運(yùn)行,防凍效果良好。背壓自動控制系統(tǒng)中背壓設(shè)定值由控制系統(tǒng)根據(jù)背壓曲線自動給出，通過背壓調(diào)節(jié)回路自動控制機(jī)組背壓實際值達(dá)到設(shè)定值，在國內(nèi)空冷機(jī)組中第一個實現(xiàn)了從設(shè)定值到實際值的全過程閉環(huán)控制。對空冷機(jī)組背壓的自動控制有很大的借鑒意義。根據(jù)環(huán)境溫度、機(jī)組負(fù)荷及背壓關(guān)系確定邏輯關(guān)系如下：6）為保證空冷風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，較少調(diào)整頻率，確保風(fēng)機(jī)運(yùn)行安全，將背壓調(diào)整死區(qū)5pa改為200pa7）空冷系統(tǒng)控制邏輯優(yōu)化及真空查漏達(dá)到的效果完善了空冷的自動與保護(hù)功能，通過邏輯優(yōu)化，使機(jī)組順、逆流防凍保護(hù)

21、正常投入，有效解決了機(jī)組冬季空冷結(jié)凍隱患。特別是環(huán)境溫度低于-15時，未發(fā)生空冷散熱片局部凍結(jié)與變形現(xiàn)象，空冷系統(tǒng)根據(jù)抽口溫度和凝結(jié)水溫度自動實現(xiàn)防凍調(diào)整，最大程度上保證了空冷的防凍安全。如圖示為空冷風(fēng)機(jī)自動調(diào)整畫面。確定了機(jī)組負(fù)荷-環(huán)境溫度-背壓之間的對應(yīng)關(guān)系（見表三），使機(jī)組能夠根據(jù)機(jī)組負(fù)荷與當(dāng)前環(huán)境溫度情況自動調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)背壓運(yùn)行，保證了機(jī)組運(yùn)行最大經(jīng)濟(jì)效果。表三：環(huán)境溫度、機(jī)組負(fù)荷及背壓關(guān)系 負(fù)荷（mw）背壓(Kpa) 環(huán)境溫度t()300350400450500550600t>099999990>t>-510999999-5>t>-10111099999-10&