随动堆积帘式防寒节能技术在清河发电公司600MW机组的应用

随动堆积帘式防寒节能技术在清河发电公司 600MW机组的应用

李博 张延风 马建军

(辽宁清河发电有限责任公司，辽宁　铁岭　 112000)

摘要：介绍了辽宁清河发电有限责任公司的两台超临界600MW汽轮发电机组冷却水塔挡风帘的改造方案、设计原理、防寒机理、系统控制。在确保夏季不影响冷却水温度的前提下进行技术改造，冬季能有效防止冷却水塔大面积结冰，将循环冷却水温度控制在允许范围之内，以保证机组在最佳真空下运行，还可节省一定的冷却水，防寒、节能效果显著。

关键词：冷却水塔；挡风帘；结冰；凝汽器真空；节能；

1　前言

辽宁清河发电有限责任公司（简称清河发电公司）两台CLN600-24.2/566/566型汽轮机组为哈尔滨汽轮机制造厂生产的超临界、一次中间再热、单轴、三缸、四排汽、双倍压、反动凝汽式湿冷汽轮机，9号机组于2010年3月16日持续运行达168 h，1号机组于2011年10月16日持续运行达168 h。清河发电公司位于辽宁省铁岭市清河区内，处在平原与丘陵交汇地区，该地区属寒温带季风型大陆性气候，全年主导风向为南及西南风，年平均气温6.5℃，最高气温37.9℃，最低气温-36.6℃，年平均相对湿度66 %，年平均风速3.6 m/s。两台600MW机组配有同型号的双曲线自然通风冷却水塔，冷却面积6500m²，塔高130m，进风口高8.11m，喉部高95.74m，塔零米直径100.622m，塔壳底直径95.82m，喉部直径58.352m，出口直径63.182m。9号机组3号水塔的北侧180⁰已安装了降噪防寒装置，水塔南侧180⁰装有悬挂式挡风板；1号机组1号水塔的360⁰装有悬挂式挡风板。

2011年，清河发电公司为了改善操作人员的工作条件，减轻劳动强度，提高工人的安全作业性，以及提高机组运行的经济性，实现冬季运行挡风板的调节作用，提高冷却水塔冬季运行的管理水平，先后对9号机组的3号冷却水塔、1号机组的1号冷却水塔挡风板进行技术改造，改为自动旋转式UPVC挡风板，挡风板详见照片1。

冬季，正常情况下保持单台循泵运行，冷却水塔运行的防寒主要措施是采用人工开关挡风板的方法。人工开关挡风板已不适应大型冷却水塔的防寒节能要求，并对操作人员的安全构成较大威胁，而且拆装易造成挡风板的损坏，冷却水塔严重挂冰会导致淋水填料、托架拽落及部分淋水结构梁柱冻溶露筋，使冷却水塔不能安全稳定运行。运行中经常发生因为天气风大等原因不能及时开关挡风板，而无法有效的控制冷却水温度，即会使水塔大面积结冰而损坏水塔内部设施，严重威胁到冷却水塔的安全运行；还会使冷却水温度升高而影响机组真空，对机组的经济运行极为不利，9号机组循环水系统运行数据详见表1。

照 片1 1号机组1号水塔旋转式挡风板照片

表1 9号机组循环水系统的运行数据

说明：冬季当地大气压力为102Kpa左右，夏季为99 Kpa左右。

夏季，一部分自动旋转式UPVC挡风板不能完全开启，水塔进风口面积减小，致使循环水温度偏高，对机组的经济运行产生一定的影响^④。

由于自动旋转式UPVC挡风板存在着上述问题，经公司领导批准，决定对9号机组的3号冷却水塔、1号机组的1号冷却水塔挡风板进行技术改造，改为随动堆积帘式调风帘（简称：调风帘）。

2　改造方案

2.1设计原理

拆除原自动旋转式UPVC的挡风板，在不破坏原冷却水塔结构及不影响冷却水塔正常运行为前提下，本系统采用钢结构在冷却水塔外围进风口安装一圈门式框架，安装多组可以电动关闭和开启调节进风量的调风帘（系统实时监测循环水凝汽器入口水温）。

通过对水塔内循环水温度的测量，实现对调风帘的前馈控制，及时干预循环水温度变化趋势，进而达到防寒以及控制循环水温度在最佳温度范围内的目的。水温下降时适当关闭调风帘(减小进风口面积)，水温上升时适当开启调风帘(增大进风口面积)，从而自动调节水塔的进风量。

冬季通过调节水塔的进风量，避免冷空气过多带走循环水的热量，对冷却水塔起到防寒防冻作用，夏季将堆积帘全部收起，提高通风面积，降低循环水温度，循环水温度稳定控制在理想范围内，提高汽轮机效率，使机组保持在最佳工况经济运行。

2 .2安装示意

2.3系统控制

电控单元由控制器（如PLC）、温度传感器以及远程控制终端组成，通过监测环境温度、循环水出塔温度，实时调节进风口电动调风帘，调节进风口的进风面积（调节范围：0%-100%）。

分区：将冷却水塔环向一周分为若干个区，每个区的调风帘可以任意组合进行操作。

动作：一般，调风帘自上而下分为若干步调节实际进风口面积，每次动作一步。即水温高于设定值上限时调风帘上升一步，水温低于设定值下限时调风帘下降一步。

控制：冷却水塔进风自动调节系统控制是通过控制柜来实现的，一般控制柜安放于循环水泵房内，现场分区控制箱可以对本区域调风帘进行逐个或整体升降操作。

10.000

2.4产品特点

提高汽轮机效率，产生节能效益；

适应天气变化和发电负荷调整；

可双向快速调节进风，保持循环水温度在最佳设计范围；

夏季不用拆卸，不影响通风；

取代传统人工悬挂或开关防寒挡风板措施，节省人力，提高安全性。

2.5冷却水塔进风自动调节节能技术调节及冷却水塔防寒机理

传统挡风板为冷却水塔普遍采用的防寒方式，6500 m²冷却水塔挡风板分为上、中、下三层，冬季防寒时随温度逐渐降低由上至下逐层安装，开春转暖时随温度逐渐升高由下至上逐层拆下。根据这样的设计理念，“冷却水塔进风自动调节节能技术”的堆积式调风帘设计为：由上至下关闭，由下至上开启。控制单元通过温度传感器识别循环水温度、自然环境温度变化。当环境温度降低时适当关闭调风帘（调小实际进风口面积），环境温度上升时适当开启调风帘（调大实际进风口面积）；当循环水出塔温度下降时适当关闭调风帘，循环水出塔温度上升时适当开启调风帘^②。

根据实际情况，设定调风帘自上至下总步数和每步步幅高度（即：设定每步运行时间）；根据机组最佳循环水温度设定温度调节范围。系统实时监测循环水出塔温度，当循环水出塔温度低于设定温度下限时，系统发出动作指令，调风帘下降一步；反之亦然，当循环水出塔温度高于设定温度上限时，系统发出动作指令，调风帘上升一步。不论上升还是下降，每当调风帘动作后，系统间隔一段时间再次判断循环水出塔温度是否在设定温度范围内，若不在设定温度范围内则继续进行调节，若在设定温度范围内则不发出动作指令，继续监测。

3. 调风帘改造与效果

3.1 9号机组冷却水塔的调风帘改造

2019年10月至12月，保留9号机组3号冷却水塔北侧180⁰的降噪板，将南侧180⁰的旋转式挡风板进行改造，分为5个区（每区6组调风帘），详见照片2。为了便于在远方监视5个区调风帘的开关情况，在不同角度安装三台摄像机，可实现全覆盖监视。通过控制柜可以远方整区调风帘操作，也可以就地进行单个调风帘操作，9号机组循环水系统运行数据详见表2。

表2 9号机调风帘改造后相关参数

说明：12月为2019年，其余时间段为2020年；1月末至3月初，9号机组春节停备。

照 片2 9号机组3号水塔调风帘照片

3.2 1号机组冷却水塔的调风帘改造

2020年9月至11月，将1号机组1号冷却水塔挡风板进行改造，全周360⁰分为9个区（每区5组或6组调风帘），调风帘安装与1号冷却水塔完全相同。在不同角度安装四台摄像机，可以全覆盖监视9个区调风帘的开关情况。调风帘的控制方式与9号机组相同，循环水系统运行数据与9号机组基本相同。

3.3 节能经济性分析

9号机冷却水塔进行随动堆积帘改造后的第一年收益：提高真空节能效益为 61.2万元 ，循泵节电效益为16万元，节省水塔填料设备及检修费用约14万元，每年综合收益约91.2万元。

1号机冷却水塔进行随动堆积帘改造后的第一年收益：提高真空节能效益为 78.73万元 ，节省水塔填料设备及检修费用约14万元，每年综合收益约92.73万元。

4　结束语

人工摘挂或开关挡风板等传统冷却水塔防寒技术（措施）不能根据天气变化、昼夜温度变化以及机组负荷变化等因素随时进行防寒调节，冬季运行中循环水温度上下波动较大，为了满足夜间防冻需求，则白昼循环水温度会较高，这种运行方式不能使凝汽器真空保持恒定。而随动堆积帘式防寒节能技术能适应天气温度变化、适应昼夜温差和机组负荷调整，循环水温度波动较小，保持在最佳温度范围之内。

两台600MW机组冷却水塔通过节能技术改造，水塔运行的安全性、经济性均能得到充分保证。安全方面：一、能够保证操作人员安全调整挡风板；二、可以有效避免水塔因大面积结冰而损坏填料、淋水设施等事件；三、能够避免因冷却水温度过低，使凝汽器真空超过极限值而腐蚀末级叶片^③；四、可以防止因冷却水温度过低使凝汽器真空超过极限值时，采用措施限制真空而发生凝结水含氧超标的现象^⑤。经济方面：一、冬季可根据实际需要及时调整调风帘，使冷却水温度满足要求，确保机组在最佳真空下运行；二、夏季基本不影响冷却水塔的工作效率，与自动旋转式UPVC挡风板相比较，循环水温度可降低0.5℃；三、由于冷却水塔调风帘在冬季能够得到及时调整，闭式循环冷却水塔的蒸发量明显减少，又能为公司节省一定的补充水，每天可节水200～400吨^①；四、有效的保护了水塔内部填料、淋水等设施不受损坏，节省一定的设备维护费用；五、可确保机组在极限真空以下运行，杜绝蒸汽在末级叶片做负功^⑥。

随动堆积帘式调风帘在清河发电公司两台600MW机组冷却水塔成功的应用，为其它同类型机组挡风板的改造及运行提供了技术借鉴。

参考文献：

［1］黎乃斌 《600MW超临界机组冷却水系统优化分析》 科技创新与应用，2017年13期

［2］高志勇 黄家运 安雪松 《火力发电厂冷却水系统优化》 神华科技，2012年02期

［3］李建刚 汽轮机设备与运行 [M]．北京：中国电力出版社，2010

［4］杨世铭．传热学[M]．北京：高等教育出版社，1998．

［5］吴贵中. 某电厂汽轮机凝汽器真空变化原因及对策[J].东北电力技术，2011，32（6）：27-28.

［6］黄树红. 汽轮机原理[M].北京：中国电力出版社，2008.

作者简介：

李博（1984－），男，工程师，国家电投东北公司火电部运行主管，主要从事火电厂安全经济运行管理、节能降耗管理。

　　　　　　 （收稿日期　2021-05-28）

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