直接空冷机组背压影响因素分析及其处理措施

孙克学

(忻州广宇煤电有限公司，山西忻州034000)

0 引言

直接空冷机组背压的高低直接关系到整个机组的安全性和经济性。根据初步估算空冷机组背压每变化±1kPa约影响供电煤耗率±1.52 g/kW·h。因此对空冷岛设备的运行特性进行研究，找到影响机组背压的主要因素，提出有针对性的措施确保空冷机组在最经济的背压下运行，对于提高直接空冷机组运行经济性，促进节能降耗工作具有十分重要的现实意义。

1 影响135 MW空冷机组背压因素分析

1.1 机组的热耗率影响

目前我公司机组的热耗率较高，和汽轮机厂提供的额定功率条件下不同背压对应的主汽流量和排汽量数据相比，实际运行中主汽流量大于设计流量，一般超出5%～8%，较低时也达到了3%，最终导致进入空冷系统的排汽量大于原设计排汽量,这样就使得进入空冷系统的实际热负荷高于了设计热负荷，增大了空冷系统的散热任务，提高了机组背压。

在环境温度较高的夏季，负荷带不上时，一旦增大进汽量后，机组的背压会进一步提高，甚至可能超过机组安全运行背压高限值40 kPa。为保证机组夏季工况的安全运行，在环境温度较高时，必须控制机组背压在40 kPa以下，但这导致了机组在夏季高温情况下不能满发。

1.2 空冷风机故障对空冷背压的影响

空冷风机需要长期高负荷运行，因此风机故障停运率较高，常见的有风机叶片扭转、风机减速机故障、风机电机变频器故障等，这些故障都会引起空冷风机停运。单台空冷风机故障停运，影响机组热耗率约为40 kJ/kW·h，影响机组煤耗率约为1.6 g/kW·h，对机组运行经济性影响非常大。

1.3 空冷管束的老化对背压的影响

空冷管束的老化问题不容忽视，根据国外经验，空冷管束运行十四年后，传热系数降低了5%，削弱了管束散热能力，从而使机组背压升高，所以，设计空冷岛散热面积时应充分考虑老化裕量。

1.4 环境温度升高对背压的影响

环境温度升高对空冷机组的背压影响非常大。夏季环境温度较高(最高可达42℃)，空冷岛与外界温差减小，散热效果变差。因环境温度的影响使135 MW空冷机组的年平均煤耗率比相同容量的湿冷机组高45 g/kW·h左右。环境温度越高，空冷机组与湿冷机组煤耗率的差值就越大。气温高于33℃的条件下，公司空冷机组的设计年允许不满发小时数为200 h，而2007年由于当地气温高造成机组实际限负荷小时数远大于该值。

1.5 空冷凝汽器真空严密性对背压的影响

直接空冷机组的真空系统十分庞大，运行中排汽将通过直径达几米的排汽分配管送往容积巨大的空冷散热器，而这一庞大的系统始终处于负压和真空状态。因此，空冷系统本身或与该系统相关的焊缝、法兰、阀门、爆破膜、人孔门和测点接口等都有可能出现漏空现象，而管路系统和散热器本身由于不均匀沉降和过应力等引起的变形开裂也可能造成空气泄漏。

1.6 热风回流现象对背压的影响

发生“热风回流”的风机会向空冷平台下其它的风机入口输送热空气，导致这些风机的入口温度上升。外界环境风速越大，现象越明显，对机组安全运行影响也越大。

热风回流会使空冷凝汽器入口的空气温度上升5℃左右，对平均温差为15℃的空冷散热器，将降低30%的传热量，这严重影响了空冷散热器的传热性能和机组的经济性。在实际运行中热风回流会导致机组背压迅速升高而迫使机组快速减负荷，严重时将造成背压高保护动作，这种现象在夏季时有发生，某些空冷机组就曾发生过热风回流引起的跳机事故。

根据经验和数值模拟分析，从炉后及侧后吹来的大风对空冷凝汽器最为不利，这些方向的大风最容易造成空冷凝汽器的热风回流。

1.7 空冷岛管束翅片脏污情况对背压的影响

如果空冷岛所处地区环境污染严重，风沙大，灰尘多，空气中固体小颗粒较多,空气中的灰尘容易在翅片上积聚而堵塞通风间隙。另外春夏之交的柳絮、杨絮也会吸附到管束翅片上，造成空冷岛翅片脏污。同时，空冷岛的夜间照明也会吸引飞蛾等昆虫，导致昆虫尸体沾附在翅片管表面，造成翅片管污染。这些堵塞和粘污都会使空冷管束散热能力变差,机组背压升高，如果空冷岛管束翅片污染严重而未进行及时冲洗，将会导致同负荷下背压升高10～20 kPa。

2 降低直接空冷背压，提高机组运行经济性

2.1 直接空冷机组运行背压的控制

合理控制运行背压是提高空冷机组运行经济性的基础。通过对空冷风机进行优化控制，以尽量降低空冷机组的运行背压，是提高直接空冷机组运行经济性的有效途径。

为了优化空冷岛设备的运行方式，提高直接空冷机组低背压下运行的安全性和经济性，我公司结合机组设备特性、所处地域特点及不同的季节特点，探索出了一些降低机组运行背压的有效措施。

2.1.1 冬季空冷运行背压值的控制及运行方法

冬季运行期间，关闭空冷岛各排散热器端部小门以及各冷却单元的隔离小门；低负荷情况下尽可能保持各排风机低转速运行，且同排风机转速相同，避免由于某一风机转速过高造成局部过冷现象；冬季运行期间密切监视各凝结水回水母管中凝结水的过冷程度，冬季凝结水的过冷度最大不得超过5.5℃；冬季机组运行中，加强对逆流区散热管束表面温度的检查，通过降低逆流段和相邻顺流段冷却风机的转速，避免散热管束表面温度出现较大偏差，控制表面温差在10℃以内，必要时可相应增加机组负荷；控制空冷岛各街区抽真空用蒸汽温度比本排下联箱凝结水温度低1～5℃，但在任何时候不得低于5.5℃，运行中若发现抽真空用蒸汽温度较正常值低，则应降低对应排的逆流风机转速或停止风机运行，若温度没有回升，则应适当降低顺流风机转速，同时投入防冻功能，必要时可在上述调整的基础上启动备用真空泵，通过增加抽气口的空气流速来提高温度。

通过长时间的运行发现，在冬季运行模式下135 MW空冷机组最低背压值在机组满负荷时可保持在10 kPa。

2.1.2 夏季空冷背压控制值的选取及应对措施

空冷岛风机全速运行时，空冷机组夏季背压高限值为40 kPa，该值既考虑了汽轮机末级叶片的安全，也考虑了夏季工况大风对空冷背压的影响。当大风来临时，能给运行人员留出足够的时间来调整背压上升，防止背压高保护动作。从我公司空冷机组运行实践来看，当大风来临时，机组的背压会出现大幅摆动，最大摆动幅度在12～14 kPa之间，峰值最高达到45 kPa，只有通过手动迅速降低机组负荷将机组运行背压控制在40 kPa以下。

由于夏季环境温度较高，空冷风机变频器更容易发热，因此空冷变频器配电室内温度也较高，导致空冷变频器运行很不稳定，极易因变频器故障导致空冷风机跳闸。由于空冷风机已全速运行，一台或多台空冷风机跳闸，会使空冷背压迅速升高，甚至超过控制高限值40 kPa。为避免多台空冷风机跳闸情况的发生，需要在运行中加强对空冷电机线圈温度的监视和控制，并将空冷变频器室的温度保持在25℃以下。

为保证机组在夏季工况下安全经济运行，夏季以前对空冷系统进行高标准的清洗，用高压除盐水清除积附于空冷凝汽器表面的污垢和杂物，可提高机组出力5%～10%左右；采取措施消除或减弱热风回流对空冷冷却出力的影响，设法降低空冷平台下面进风口的空气流速，减少负压区；确保汽水系统阀门严密性，尤其是低压旁路阀和疏水系统阀门的严密性，以防排汽装置热负荷增加；夏季运行期间，除了要防止空冷背压受外界影响急剧升高工况外，还需防止空冷背压急剧下降的工况。

另外，空冷岛加装水喷雾系统也可降低背压。近一两年许多电厂在空冷岛加装了水喷雾系统，一般情况下水喷雾系统的管道、喷嘴加装在单元内风机出口的平台上(喷嘴距凝汽器表面较远)。从已加装水喷雾系统机组的运行情况看，运行背压可降低5～10 kPa，但是同时要注意喷雾水量的控制，否则会造成水量的严重浪费而得不偿失。

2.2 消除空冷漏点，提高真空严密性

根据我国已运行的直接空冷机组的经验，我国空冷系统真空严密性试验标准确定为200 Pa/min较为合理，真空泵容量的选择上要比湿冷机组多留有足够的裕量，同时，在空冷系统抽真空管道上设置球阀，以便于运行中对抽气量进行调节。

为保证真空严密性，对容易查漏的部位可采用泡沫查漏法，定期对有可能漏气的焊缝、法兰、阀门、爆破膜、人孔门和测点接口等进行检查，发现漏点及时处理；对不容易查漏的部位可采用氦气查漏法或超声波检测仪进行定期查漏，在检修期间进行消缺。

2.3 提高管束的洁净度

为控制空冷翅片管的洁净度，在D级及以上检修中将空冷岛冲洗作为一项固定检修项目；每年11月～次年3月，每两个月冲洗一次，单数月20日开始冲洗；变压器上方一个月冲洗一次，每月20日进行；每年4月份～11月，每月冲洗一次，每月20日进行；变压器上方每半个月冲洗一次，每月5日，20日进行；清洗水系统水压保持在80 bar以上，以防止因压力不足而无法将管束清洗干净。

3 结语

通过以上对影响135 MW空冷机组背压的因素分析，指出了影响直接空冷机组背压的主要因素，并采取了相应的措施，通过这些措施的实施，保证了机组的安全经济运行。