600 MW直接空冷机组冬季优化运行试验研究

时 瑛

(华北电力大学，河北 保定 071003)

1 概述

目前，直接空冷机组在中国的北方地区，特别是在缺少水资源的西北、华北、内蒙古地区大规模应用，中国已成为全世界直接空冷机组装机容量最大的国家，同时直接空冷机组也成为目前北方地区投产运行机组的主力。由于直接空冷机组存在高背压、受环境温度影响大、受风速影响大、厂用电率高等特点，直接空冷机组的经济性受到了较大影响，如何进一步提高直接空冷机组的运行经济性，成为当前发电企业研究的课题。关于夏季如何进一步提高直接空冷机组运行经济性的试验和研究成果已经比较成熟，但是在冬季如何使空冷机组进一步优化运行，提高其经济性的相关研究还没有相对成熟的经验。北方冬季通常气温较低，为防止冷却器冻损故障的发生，大部分电厂将机组排汽背压控制在20 kPa左右，排汽温度高达60 ℃，对直接空冷机组运行经济性的影响较大。以下对600 MW直接空冷机组冬季的优化运行进行研究。

研究项目位于内蒙古海拉尔地区，低温维持时间较长，冬季最低温度可达零下40 ℃，是目前直接空冷机组应用环境温度最低的地区，具有典型性。试验机组为600 MW超临界直接空冷机组，汽轮机采用NZK600-24.2/566/566型超临界600 MW国产燃煤直接空冷机组。汽轮机排汽采用机械通风直接空冷系统，空冷散热器管型采用国产化自主生产设计的单面覆铝钢基管、铝翅片单排管，直接空冷凝汽器公用56个冷却单元，配置56台交流电机驱动风机，冷却单元分8列布置，每列7个冷却单元。

2 试验研究

2.1 试验工况

a． 工况一，60%(360 MW)负荷工况下，冷却段风机5列全投，然后由5列全投改为4列全投；

b． 工况二，75%(460 MW)负荷工况下，冷却段风机6列全投；

c． 工况三，90%(540 MW)负荷工况下，冷却段风机6列全投，然后由6列全投改为5列全投；

d． 工况四，100%(600 MW)负荷工况下，冷却段风机6列全投，然后由6列全投改为5列全投。

2.2 试验方法

试验环境温度-25～-10 ℃；风机在试验工况下进行对比试验。排汽压力从高到低调整控制，空冷系统自动投入，保持各列风机的转速相同，设置背压，调整风机转速(周波)，从18 kPa对应排汽温度58 ℃逐步降低至10 kPa对应排汽温度46 ℃左右，视空冷岛运行状况和室外环境温度确定。排汽压力每降2 kPa，进行一次测试。测试过程中凝结水温度最低控制在40 ℃以上(过冷度5～6 ℃)，保证空冷散热器不发生冻结。试验期间，测取岛外环境温度，风机转速(周波)，排汽压力、排汽温度，凝结水温度，凝结水流量，风速、风向，发电机功率等参数。每一工况调整稳定,20 min后开始记录各参数，连续记录60 min。环境温度，风机转速(周波)，排汽压力、排汽温度10 min记录一次，其它参数15 min记录一次。

2.3 试验注意事项

为了防止出现空冷凝汽器大面积冰冻故障发生，制订了相应的安全防范技术措施。

a. 冬季运行要尽量减少机组启停，还要尽量避免夜间启停，尤其是后夜启停。

b. 增加负荷需要投下一列时，开启真空门1 min后即可开启蒸汽蝶阀，蒸汽蝶阀开启的过程中启动逆流风机，启动后以最小转速正转，直到疏水温度由环境温度上升到0 ℃以上时，再启动顺流风机，不允许顺、逆流风机同时启动。

c. 根据空冷系统冬季整套启动试运情况，正常投入回暖保护后，仍有部分逆流区冷却管表面温度接近0 ℃，这种情况说明逆流区过冷，此时解除对应列回暖保护，人为将逆流风机以最小转速正转，若温度仍没回升，人为将逆流风机停止或反转回暖。

d. 若抽空气口温度继续下降，启动逆流风机反转，温度有明显回升时停止反转。

e. 空冷岛24 h有人值班，每隔1 h进行一次测温检查并做好记录，尤其要重点检查逆流区与顺流区接合部冷却管束，在逆流区接近抽空气管道的管束也是温度最低点，发现异常及时快速联系主控人员进行回暖调整。

3 试验结果及分析

3.1 工况一

环境温度-21.3～-14.8 ℃, 60%(360 MW)负荷下，冷却段5列投入，排汽压力由15.8 kPa逐步降低到10.5 kPa,相对真空度由77.45 kPa提高到82.6 kPa，实测排汽温度由56.1 ℃降低到47.8 ℃, 凝结水温度由53.9 ℃降低到44.9 ℃，空冷系统运行稳定，凝结水过冷度2.2～2.9 ℃，顺流风机频率由17 Hz增加到25 Hz, 逆流风机频率12.4～15 .2 Hz，风机耗电量仅增加55%，10 kPa下耗电量510 kW，仅占夏季额定负荷工况风机耗电量1/10左右。60%(360 MW)负荷下，排汽压力18 kPa，运行方式由5列改为4列，相同参数下对比试验，顺流风机频率由21.8 Hz增加到34.7 Hz，风机耗电量由401.9 kW增加到806.6 kW，增加1倍以上。

3.2 工况二

环境温度-21～-15.6 ℃，75%(460 MW)负荷下，冷却段6列投入，排汽压力由16 kPa逐步降低到10.6 kPa,相对真空度由77.4 kPa提高到83.6 kPa，实测排汽温度由57.2 ℃降低到48. 1 ℃,凝结水温度由54.9 ℃降低到45.6 ℃，空冷系统运行稳定，凝结水过冷度仅2.3～2.5 ℃，顺流风机频率由15 Hz增加到22.8 Hz, 逆流风机频率11.3～16.4 Hz，风机耗电量增加50%，10 kPa下耗电量550 kW。

3.3 工况三

环境温度-16.3～-11.9 ℃, 90%(540 MW)负荷下，冷却段6列投入，排汽压力由16.1 kPa逐步降低到10.27 kPa,相对真空度由77.3 kPa提高83.6 kPa，实测排汽温度由62.5 ℃降低到50.6 ℃, 凝结水温度由52.4 ℃降低到43.2 ℃，空冷系统运行稳定，凝结水过冷度7.4～10.1 ℃，顺流风机频率22.8～31.5 Hz, 逆流风机频率由12 Hz增加到15 Hz，风机耗电量由482.6 kW增加到993.5 kW，增加1倍以上。60%(360 MW)负荷下，排汽压力18 kPa，运行方式由6列改为5列，相同参数下对比试验，顺流风机频率由25.5 Hz增加到35.5 Hz，风机耗电量由629.4 kW增加到1 037.9 kW，增加了65%。

3.4 工况四

环境温度-16.7～-10 ℃, 2号机组100%(600 MW)负荷下，冷却段6列投入，排汽压力由16.1 kPa逐步降低到10.4 kPa，相对真空度由77.8 kPa提高到83.6 kPa，实测排汽温度由60.1 ℃降低到50.8 ℃,凝结水温度由54.2 ℃降低到42.7 ℃，空冷系统运行稳定，凝结水过冷度5.9～8.1 ℃，顺流风机频率由28.5 Hz增加到40.8 Hz,逆流风机频率12.7～14.5 Hz，风机耗电量由764.2 kW增加到1 752 kW，增加1.3倍。负荷600 MW，背压10 kPa，风机频率约42 Hz，冷却段6列投入，除个别顺流区下部局部位置温度偏低外，其余顺流区一切正常，但是绝大多数逆流区域与顺流区域结合部位都有8～10根管束冻结且温度非常低，与试验前相同，加强逆流风机4台同时回暖，化冻效果不好。100 %(600 MW)负荷下，排汽压力18 kPa，相同参数下运行方式由6列改为5列，顺流风机频率由

30.7 Hz增加到42.1 Hz，风机耗电量由832.8 kW增加到1 551.1 kW，增加86%。

4 结论

a. 根据试验结果可以推论，在环境温度-10～-20 ℃时，对于600 MW超临界机组，60%～100%负荷范围，在背压12～13 kPa下，空冷系统可安全稳定运行。

b. 在460 MW负荷下，环境温度-21～-15.6 ℃，排汽压力由16 kPa降到10 kPa，计算热耗下降405 kJ/kWh,供电煤耗可下降13.8 g/kWh；而在600 MW负荷下，环境温度-16.7～-10 ℃，排汽压力由16 kPa降到10 kPa，计算热耗下降402.9 kJ/kWh,供电煤耗可下降13.7 g/kWh。据此推论，600 MW超临界机组背压从18～19 kPa降到12～13 kPa运行，供电煤耗可下降约13 g/kWh，优化运行可取得较好经济效益。

c. 根据试验结果，360 MW负荷及相同背压下，4列运行比5列运行风机耗电量增加1倍；530 MW、600 MW负荷及相同背压下，5列运行比6列运行风机耗电量也增加近1倍。因此可以推断，在各负荷工况下，要尽可能使风机多列投运，且保持低速同步运转，可以大幅降低风机耗电量。

d. 变频风机频率降低，风机耗电量下降幅度较大，如在20 Hz运行耗电量仅是40 Hz运行的1/4，显现出变频风机高效节电的特点。所以采用所有风机低频运行，可较大幅度降低厂用电。

e. 随着机组负荷的增加，背压下降时，风机功耗增加呈现上升趋势，而且会出现管束部分区域温度降低的情况，存在冰冻的趋势，此时需要严格控制背压。