600MW直接空冷机组冬季低背压运行经济性及安全性分析

600MW直接空冷机组冬季低背压运行经济性及安全性分析

王华

内蒙古岱海发电有限责任公司  内蒙古乌兰察布  013700

摘要：空冷机组进入冬季运行，鉴于厂家建议，同时迫于空冷岛防冻压力，机组维持高背压运行，一般维持高于阻塞背压3～5KPa。如果按日平均负荷460MW，机组背压每升高1KPa增加机组煤耗2.32g/KWH计，影响机组煤耗达6.96 ～11.6g/KWH，严重影响机组运行经济性。在保证安全的前提下，如果空冷机组冬季保持低背压运行，将降低机组煤耗，提高机组运行经济效益。

关键词：直接空冷；冬季；低背压；节能；安全分析；

一、机组概述

我厂机组汽轮机为上海汽轮机厂生产的N600－16.67-538／538型、亚临界、一次中间再热、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽轮机，直接空冷系统采用德国SPX公司技术生产。空冷凝汽器由“A”屋顶型翅片管排构成，管束从顶部到底部被三角形结构支撑（A型框架）。每组管排包含8个模块（6个顺流模块和2个逆流模块）。每个模块由12个翅片管束构成，每个管束包含36根管道。下方布置的轴流风机迫使冷却空气流过翅片，模块间有隔墙，空冷器管束外围周圈被风墙包围着，外围风墙板包围整个空冷器岛，以将热空气出口与冷空气入口分开，阻止排出的热空气被短路吸入。蒸汽通过2组大孔径管道流入凝汽器。主蒸汽排气管道被支撑在大约40米高处的钢结构悬臂梁处。为限制2组排汽装置之间的压力，安装了1个平衡管。每个管道系统分流成4个上升管和沿每组管排的顶部布置的蒸汽分配管，蒸汽通过蒸汽分配管进入顺流冷凝管束顶部的翅片管道。

直接空冷机组在正常运行中，机组的背压是经常变化的，影响机组背压的因素有很多，其中主要有：排汽量、大气温度等。在不考虑风速、风向、风温的情况下，空气流量是由空冷风机控制的，所以对空冷风机出力进行控制调节对机组的经济性是非常重要的。

二、目前冬季空冷岛运行情况

由于冬季持续时间长，且天气寒冷，一月份平均气温低至-13℃，极端最低气温达-34.3℃。为了防止空冷系统发生冻损的事故，机组冬季运行时大部分时间将排汽背压人为地提高3-5KPa。这样造成的结果就是虽然保证了空冷岛散热管束不冻结，但是却严重影响了机组运行经济性。另一方面，如果片面追求经济性，保持运行背压在阻塞背压，可能导致空冷系统大面积冻结，严重时甚至变形、破裂。  

三、冬季低背压运行的制约因素

1、人员因素，造成机组背压高或者空冷管束冻结。

由于机组负荷、环境温度、风速、风向突变，运行人员手动调整不及时，或者误操作，可能造成机组排汽背压高或者空冷系统冻结。由于我公司空冷背压调整一般投入自动跟踪主汽流量变化，加之运行人员培训到位、责任心强，此种情形不常见。

2、机组停运后有冻结危险

冬季机组停运后，外界环境温度很低、蒸汽冷凝过程过快时，极易在空冷管束及凝结水集箱、凝结水管路等部位发生冻结。在机组停运后，必须保持蒸汽分配阀关闭严密，保持凝结水阀一直开启。

3、真空泵不出力或出力差，导致空冷凝汽器系统内积聚空气，空冷换热面散热差，空冷风机频率增加，造成局部过冷发生冻结。

4、风速、风向对机组背压的影响较大。

空冷机组背压受风速、风向的影响波动较大。风速、风向变化导致风机吸风情况改变，风机频率自动情况下提高，极易造成管束过冷而发生冻结。

5、空冷岛散热片泄漏空气，造成空冷管束冻结

机组在严寒的冬季运行中,若散热片有一点漏空,将有大量的冷空气从此点漏入散热片内，使此处散热片内温度逐步降低,同时该处压力增大，随着泄漏区压力的增大，导致作功后流向此处的蒸汽量逐步减少，加剧了漏空区温度的降低，随着时间的延长，漏空点处蒸汽迅速冷凝结冰、积聚，当结冰量积聚到一定程度后，散热片将甚至将变形、崩裂。

6、机组低负荷运行空冷系统易冻结。

电网负荷峰谷差较大，夜晚机组一般负荷较低，甚至常常参与深度调峰，机组负荷降低至260MW。在低负荷运行期间，由于空冷岛进汽量少，加之夜间环境温度低，很容易造成空冷系统发生冻结。

7、机组启动阶段空冷系统易冻结。

机组启动阶段，空冷系统进汽量少，蒸汽温度低，蒸汽进入空冷管束后散热量极大，容易造成管束冻结。此种情况为主要原因。

8、空冷管束大面积过冷

由于设计、制造等诸多因素的影响，现有的热控测点不能完全反映空冷系统的实际运行情况，尤其是温度较低时，虽然测点温度都正常，但空冷管束大面积过冷、冻结的情况仍时有发生。

四、冬季低背压运行的安全性分析

为达到降低机组煤耗，实现机组经济运行的目标，在冬季工况下，发电部在保证空冷凝汽器不发生冻结损坏的前提下，组织进行二期机组不同负荷段低背压运行试验，根据试验结果，确定在一定真空严密性条件下，保持机组低背压运行是可行的。

根据试验结果，作出如下规定：冬季运行方式下，根据环境风速、机组负荷及空冷岛运行情况，环境温度大于-10℃时，机组设定背压应控制在高于阻塞背压0.5～1.0KPa运行，环境温度小于-10℃时，机组设定背压应控制在高于阻塞背压0.5～3.0KPa运行，机组负荷高时，应设低限运行，负荷低时应设高限运行，在确保空冷岛安全运行前提下，提高机组运行经济性。

由就地高、低背压红外测温照片对比可知，低背压运行期间虽然散热管束温度稍低， 但温度分布均匀，不发生冻结情况。 证明冬季空冷系统保持一定程度上的低背压运行具有可行性。

图1冬季高背压红外测温照片

图2冬季低背压红外测温照片

五、冬季低背压运行的经济性分析

在不同负荷段，进行了机组高、低背压试验。通过试验可以知道，在保证安全的前提下，使机组背压尽量达到或者接近阻塞背压，虽然空冷风机电耗有所增加，但是总的来说，发电机组煤耗将大大下降。

01、02月机组参数采集统计，机组平均负荷460MW，主蒸汽流量1400T/H，机组平均实际运行背压8.5KPa。主蒸汽流量1400T/H，对应的阻塞背压为5.9KPa。标煤单价按350元/吨计算，背压降低1KPa单机每月节标煤768T，则背压降低1KPa单机每月节费用49.8万元。

厂家建议运行背压高于阻塞背压3-5KPa。实际运行背压较厂家最大建议背压低 5-（8.5-5.9）=2.4KPa。则在此机组负荷下节省费用为49.8万元/月*2.4KPa=119.5万元/月。取得了良好的经济效益。