600 MW直接空冷机组空冷控制系统逻辑优化

李 波,杨 辉

（通辽第二发电有限责任公司,内蒙古 通辽 028011）

1 设备及系统概况

1.1 设备概况

通辽电厂3期工程5号机组汽轮机为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产的亚临界参数、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、直接空冷凝汽式600 MW汽轮机组,型号为NZK600-16.7/538/538-2。空冷散热器由哈尔滨空调股份有限公司生产,散热器为双排管,64个冷却单元,总散热面积为1 653 379 m2,设计迎面风速为2.2 m/s,设计散热系数为31W/（m2◦K）。空冷风机为保定惠阳航空螺旋桨制造厂生产的轴流冷却风机,型号为GTF91D8-C1132,风机直径为9.144m,每台风机有8个叶片,静压为116 Pa。

1.2 空冷系统简介

从汽轮机低压缸排出的乏汽,经由2根DN6000排汽管引出主厂房外,垂直上升到37.5 m后向两侧引出8根DN 3000蒸汽分配管将乏汽引入空冷凝汽器顶部的配汽联箱。每组配汽联箱与8个冷却单元连接,每个冷却单元由8块冷却翅片管束和1台直径为9.14 m的轴流风机组成。当乏汽通过联箱流经空冷凝汽器的翅片管束时,大量的冷空气被轴流风机吸入通过翅片管外部进行表面换热,将乏汽的热量带走,从而使排汽凝结为水。凝结水由凝结水管收集后排至凝结水箱,由凝结水泵升压,送至汽轮机热力系统。汽轮机排汽中70%～80%的乏汽在顺流凝汽器中被冷却形成冷凝水,剩余蒸汽随后在逆流凝汽器中被冷凝。

2 空冷系统存在的问题

a.空冷系统冬季防冻性能较差,防冻措施单一。空冷机组在冬季运行的防冻问题至关重要,在机组运行期间暴露出各列、同一散热片各管束之间蒸汽分配不均,导致气温过低时部分管束过冷,内排管温度低于外排管10～30℃,管束冻结较普遍,造成膨胀不均,局部散热片变形。空冷系统冻结后,完全由运行人员手动进行回暖操作,空冷系统防冻调整工作量大,运行人员稍有疏忽,就可能造成严重后果。

b.空冷防冻保护及自动调节逻辑不完善,空冷自动不能正常投入。主要原因是原设计逆流单元防冻保护动作时,顺流风机转速保持直至逆流单元防冻保护解除,此过程中造成顺流单元过冷甚至冻结。顺流单元防冻保护逻辑也存在同一问题,且顺流单元防冻保护温度测点取自母管,无法监测各单元实际状况,不能及时将机组背压及凝结水过冷度调至最佳状态。投产后,特别是冬季空冷自动一直不能正常投入运行。

3 空冷系统控制逻辑优化

为实现空冷系统的自动投入,保证空冷系统冬季运行安全,尽可能降低背压,提高机组运行经济性,重点解决以下问题。

3.1 对真空严密性不合格进行治理

图1 单台风机防冻保护示意图（以10列6号风机为例）

空冷系统真空严密性试验结果为520 Pa/min,未达到设计标准。空冷设备探测器是空冷系统查找泄漏的主要设备,对空气外漏产生紊流现象较为敏感,为此在4、5列加装抽真空门,在抽真空母管上加装压缩空气充气门,使1、2、3、6、7、8列具备打风压条件。2009年1月利用机组停机备用对空冷岛1、2、3、6、7、8列分别打风压至0.035 MPa进行正压查漏。另外,在机组停机、室内设备噪音较小时,空冷系统背压保持在机组运行状态,用查漏仪进行检测查漏。通过对真空系统的查漏治理,真空严密性试验结果达到120 Pa/min,为空冷系统自动控制运行奠定了基础。

3.2 空冷系统控制逻辑优化

为保证空冷系统冬季安全运行,增加了防冻保护报警画面及声光报警,画面中包括：顺流、逆流及单台风机的防冻保护报警及防冻保护动作时间;防冻保护动作后显示红色,保护动作时间超过15 min后显示红色,同时在汽轮机报警光字牌一览内显示“防冻保护动作超时”并发出声音报警,提示运行人员根据实际情况人为干预风机运行方式,避免发生空冷系统冻结事故。另外,增加“空冷危险”声光报警,在环境温度低于-15℃且负荷低于350 MW时启动。

机组冬季启动过程中,空冷系统各温度测点在机组停运时表面结冰,不能正确显示真实值。防冻保护处于动作状态,所有风机不能正常启动。为此,增加防冻保护投切按钮,以便在机组启动及处于特殊运行方式时可以人工切除

正常运行过程中,各单元凝结水温度偏差较大,整列防冻逻辑不能满足防冻的需要,对此,增加单台顺流风机防冻保护逻辑：当某顺流单元凝结水温度低于25℃时,顺流风机“防冻保护”动作报警提示,同时顺流风机转速以一定速率降低（转速最低为22.5 r/min）,若15 min后顺流单元凝结水温度不能恢复,报警“×列×单元凝结水温度低”,提示运行人员是否需要停止风机运行（人为干预）。当顺流单元凝结水温度大于35℃时,顺流风机报警解除,防冻保护结束,自动启动恢复正常压力控制。控制逻辑见图1。

空冷岛防冻保护原设计分为两大部分,当顺流风机防冻保护触发时该列顺流风机以一定速率降至最低转速,该列逆流风机保持恒定转速;当逆流风机防冻保护触发时该列逆流风机以一定速率降至最低转速,该列顺流风机保持恒定转速。但在实际运行中,逆流风机防冻保护动作后,逆流风机降至最低转速仍不能使防冻动作条件解除（抽真空温度不能上升至防冻保护解除条件）,需要降低顺流风机转速才能实现防冻功能。为此,增加逆流风机防冻保护动作后3min不能恢复则顺流风机防冻保护动作逻辑。

为避免运行人员操作的滞后性,提高机组安全性、经济性,设计了环境温度、机组负荷及背压关系曲线,背压控制由原来运行人员设定单回路控制调节改为由环境温度、机组负荷及背压关系曲线进行自动控制（见表1）。

4 优化效果

a.完善了空冷自动与保护功能,通过逻辑优化,使机组顺、逆流防冻保护正常投入,有效消除了机组冬季空冷结冻隐患。特别是环境温度低于-15℃时,未发生空冷散热片局部冻结与变形,空冷系统根据抽口温度和凝结水温度自动实现防冻调整,最大程度保证了空冷系统防冻安全。

表1 环境温度、机组负荷及背压关系kPa

b.确定了机组负荷、环境温度、背压之间的对应关系,使机组能够根据机组负荷与当前环境温度情况自动调节经济背压运行。在环境温度低于-10℃时能够保持背压低于设计值4 kPa长期运行,保证了机组运行最大经济效果。

c.实现空冷自动控制系统能够全过程投入。机组启停过程中,空冷各列风机逐级实现步序控制,有效降低启停机过程中结冻危险,降低运行人员的操作强度。

d.机组供电煤耗有较大幅度下降,2008年冬季累计完成供电煤耗370 g/kW◦h,2009年冬季累计完成供电煤耗360 g/kW◦h,平均煤耗下降约10 g/kW◦h。

通辽电厂5号机是首台600 MW国产化的空冷示范项目工程,虽然投产后运行较为稳定,但在空冷自动控制、防冻保护等方面存在不少问题。通过对空冷系统的优化,完善了空冷系统自动控制逻辑,在国产空冷机组自动控制方面积累了宝贵的经验。