600MW机组空冷岛优化运行试验分析

李 伟，陈 勇，任江波，陈 阳，刘兴晖，马 力，郭大民，孙运海

（华能国际电力股份有限公司上安电厂，石家庄 050310）

目前，直接空冷机组在我国水资源相对匮乏的西北、华北地区大规模使用，成为北方地区投产运行机组的主力。但由于空冷机组存在高背压、受环境影响大厂用电率高等特点，影响了机组的经济性［1］。由于在目前运行状况下，机组背压与机组厂用电率成反趋势，即，提高空冷风机的频率，降低背压，但厂用电率会大幅提高，成为矛盾。以下结合华能国际电力股份有限公司上安电厂（简称“华能上安电厂”）600MW直接空冷发电机组空冷岛的优化运行方式进行试验，以确定机组经济、优化运行工况。

1 空冷岛系统概况

华能上安电厂3期工程为2台600MW直接空冷发电机组，汽轮机为超临界、一次中间再热、三缸、四排汽（双分流低压缸）单轴直接空冷凝汽式600MW 汽轮机，机组型号 N600－24.2/569/569。汽轮机排汽采用直接空气冷却技术冷却，空冷岛（ACC）主要由空冷凝汽器、空冷风机、凝汽器抽真空系统及空冷空冷凝汽器清洗系统等组成。每台机组空冷平台上共安装有56组空冷凝汽器，分为8排冷却单元垂直A列布置，每排有7组空冷凝汽器，其中第2、第6组为逆流凝汽器，其余5组为顺流凝汽器。每组空冷凝汽器由12个空冷凝汽器管束组成，以接近60°角组成等腰三角形A形结构，两侧分别布置6个空冷凝汽器管束。空冷凝汽器管束为单排扁平翅片管，采用镀铝防腐工艺处理。每组空冷凝汽器下部设置1台轴流变频调速冷却风机，风机额定频率50Hz，具有超频能力到55Hz。冷却风机使空气流过空冷凝汽器管束外表面将排汽凝结成水，流回到排汽装置。

2 空冷岛优化运行试验目的

为了确定空冷岛在不同负荷、不同环境温度下的最优运行方式，进行了空冷岛优化运行试验。空冷岛优化试验根据机组实际负荷情况，在不同运行负荷下（试验环境温度基本相同）改变空冷风机频率，记录不同风机频率下发电机功率、主变压器功率（上网电量）、空冷岛风机变电流、机组背压、锅炉容量风、锅炉总煤量，得出不同风机频率下发电煤耗、生产供电煤耗并进行对比，确定机组空冷风机超频运行的条件及低负荷运行背压。

改变风机频率，机组的风机耗电量、背压将变化，如果背压降低对煤耗的影响值大于空冷风机耗电量增加对煤耗的影响值，即生产供电煤耗下降（考虑风机耗电量增加因素），可确定此时的频率（或背压）是经济的。

3 优化运行试验方法

a.确认环境的边界条件可以进行试验。

b.机组正常运行状态，锅炉停止吹灰，机组补水保持稳定。调整运行参数，并维持参数稳定，尽可能减少干扰因素，使偏差及波动值符合试验规程要求，辅助蒸汽系统由邻机带。

c.机组燃料量不变的运行工况下的变背压特性试验：在试验运行负荷下，直接调整空冷岛风机转速的方式改变各项主要运行参数，观察汽轮机背压变化过程中机组负荷的变化情况。试验期间注意控制主要运行参数的稳定。

d.不同环境温度下的最优空冷风机运行方案试验：试验环境温度下，调整风机转速，记录煤耗的变化及空冷岛风机功率的变化，确定风机的最佳运行方式。风机转速调整时的最高超频转速按现场实际控制。

e.各工况下风机调整后，稳定运行工况30 min，记录试验各项参数。包括发电机功率、机组背压、风机变进口电流、风机频率、大气压力、环境温度。试验温度按照实际运行负荷下的环境温度进行，尽量控制同负荷下的环境温度接近。实际试验工况随试验时实际环境温度确定。

f.试验结束，汇总分析试验数据。

4 优化运行试验过程分析

4.1 各负荷下超频运行试验

4.1.1 320MW 负荷

2012年8月23日和24日1：00—5：00，环境温度19℃，5号机组平均负荷320MW，C、E、F磨煤机组运行，调高空冷风机频率，运行数据见表1。

表1 320MW负荷试验数据

通过表1可知：机组负荷约320MW，环境温度19℃，只将空冷风机的频率输出指令由29.70Hz改变为39.39Hz，风机频率提高9.69Hz，在其他参数基本不变的情况下，空冷岛背压降低3.17kPa，平均给煤量减小8.08t/h，生产供电天然煤耗减小21.13g/kWh。经分析认为，该工况下对应供电天然煤耗的背压与煤耗的变化率为6.67g/kPa，提高风机频率降低背压运行经济。

4.1.2 480MW 负荷

2012年8月24日，5号机组负荷480MW，B、C、E、F磨组稳定运行，改变频率稳定运行60min后采集数据，见表2。

表2 480MW负荷试验数据

通过表2可知：机组负荷约480MW，环境温度26℃，只将空冷风机的频率输出指令由52.62Hz改变为48.67Hz，风机频率减低3.95Hz，在其他参数基本不变的情况下，空冷岛背压升高0.88kPa，平均给煤量增加1.856 4t/h，生产供电天然煤耗升高4.18g/kWh。经分析认为，该工况下对应供电天然煤耗的背压与煤耗的变化率为4.75g/kPa，风机超频率运行经济。

4.1.3 450MW 负荷

2012年8月24日，6号机组负荷450MW，A、B、C、E、F磨组稳定运行，改变频率稳定运行25min后采集数据，见表3。

表3 450MW负荷试验数据

通过表3可知：机组负荷约450MW，环境温度25.7℃，只将空冷风机的频率输出指令由53.75 Hz改变为49.8Hz，风机频率减低3.93Hz，在其他参数基本不变的情况下，空冷岛背压升高0.93 kPa，平均给煤量增加3.738 4t/h，生产供电天然煤耗升高8.07g/kWh。经分析认为，该工况下对应供电天然煤耗的背压与煤耗的变化率为8.68g/kPa，风机超频率运行经济。

4.1.4 540MW 负荷

2012年8月28日，6号机组负荷540MW，A、B、C、E、F磨组稳定运行，改变频率稳定运行30min后采集数据，见表4。

表4 540MW负荷试验数据

通过表4可知：机组负荷约540MW，环境温度26℃，只将空冷风机的频率输出指令由53.65Hz改变为48.79Hz，风机频率减低4.86Hz，在其他参数基本不变的情况下，空冷岛背压升高1.45kPa，平均给煤量增加12.78t/h，生产供电天然煤耗升高22.04g/kWh。经分析认为，该工况下对应天然供电煤耗的背压与煤耗的变化率为15.2g/kPa，风机超频率运行经济。

4.1.5 365MW 负荷

2012年8月29日，6号机组负荷365MW，B、C、E、F磨组稳定运行，02：50改变频率稳定运行40 min后采集数据，见表5。

表5 365MW负荷试验数据

通过表5可知：数据说明：机组负荷约365 MW，环境温度24℃，风机频率减低8Hz，在其他参数基本不变的情况下，空冷岛背压升高0.55 kPa，平均给煤量增加1.42t/h，生产供电天然煤耗升高2.81g/kWh。经分析认为，该工况下对应供电天然煤耗的背压与煤耗的变化率为5.11g/kPa，风机超频率运行经济。

4.1.6 360MW 负荷

生产系统变化管理是天脊集团“大系统、大安全、大装置”中的重中之重。天脊集团对变化管理高度重视，专门成立了由董事长、总经理为组长的变化管理监督考核领导组，各级领导干部把变化管理作为每天第一过问的事、高度关注的事、必须落实的事来严抓细抓。同时，积极推行变化管理网络化、标准化、程序化、规范化的管理工作模式，严格实行零报告制度。

2012年8月30日，6号机组负荷360MW，B、C、E、F磨运行。02：30将频率由45Hz升至53 Hz。风机升频前后数据见表6。

表6 360MW负荷试验数据

通过表6可知：机组负荷360MW，环境温度22℃，风机频率调高9.62Hz，在其他参数基本不变的情况下，空冷岛背压降低1.41kPa，平均给煤量减小6.62t/h，由于空冷风机用电增加使上网电量在发电负荷少0.78MW情况下减少1.75MW，但背压下降较多，生产供电天然煤耗减小14.35g/kWh。经分析认为，该工况下对应供电天然煤耗的背压与煤耗的变化率为10.18g/kPa。

4.2 连续调整背压试验

2012年9月5日，5机组进行10kPa到8kPa连续降背压试验，C、E、F磨煤机运行，B磨磨煤机2：00启动，3：30停运，6：00启动，试验数据见表7、表8。

从表7、表8数据分析可以看出，随着背压降低，煤耗总趋势降低（除去B磨煤机启停的影响），在4：00降负荷后，背压降至8kPa，煤耗依然下降。

表7 5号机组背压由10kPa降至9kPa试验数据

表8 5号机组背压由9kPa降至8kPa试验数据

5 试验结果

从以上的试验可以得出空冷风机超频运行在经济上是可行的，超频时负荷越低煤耗降低越多，超频越高煤耗降低越多。机组负荷在360MW以上，环境温度16℃以上时，机组空冷岛宜采用超频方式运行，超频频率指令宜设置在54Hz。每降低背压1 kPa大约可以降低天然供电煤耗5g，折合标煤大约为3g/kWh。

在2012年8月后对5号、6号机组采用以上试验调整运行方式，记录优化运行过程中空冷岛电耗比例及背压数据，并与2011年数据进行比较，见表9、表10。

表9 5号机组数据比较

表10 6号机组数据比较

与2011年同期相比，2012年8月－11月5号机组空冷岛电耗平均上升0.28%，背压平均降低1.7 kPa，以8月－11月5号机组发电量102 297万kWh计算，5号机组可减少用煤量102 297万kWh×3g/kWh×1.7＝5 217t，标煤单价856.95元，可节约燃料成本5 217×856.95≈447.1万元。6号机组空冷岛电耗平均上升0.255%，背压平均降低2.58kPa，以8—11月发电量117 392万kWh计算，6号机组可减少用煤量117 392万kWh×3g/kWh×2.58＝9 086t，可节约燃料成本2 726×856.95≈778万元。

6 结论及建议

600MW机组空冷岛风机在机组负荷360MW以上、环境温度16℃以上超频运行（或环境温度16℃以下机组低背压运行），虽增加了空冷风机的耗电量，使机组厂用电率升高，但由于降低了机组的运行背压，总体上生产供电煤耗下降，在保证机组安全运行情况下，将背压控制在低限运行可大幅减少燃煤的消耗，为电厂带来良好的经济效益。但空冷风机超频运行中可能会产生一些安全隐患，因此，应合理控制空冷风机超频的工况及过程。

a.当机组运行负荷及环境温度与试验工况不同时，可采用下述简单试验方法判断空冷风机是否采用超频运行：机组运行参数稳定，改变空冷岛风机频率至另一频率，观察机组背压的变化量，根据夏季及秋季变背压试验中得到的单位背压变化对机组功率的影响值，计算风机频率变化后影响机组出力的变化量。根据夏季及秋季试验中获得的空冷岛风机耗功的试验结果，确定空冷岛风机频率变化导致的空冷岛风机耗功变化量，并与计算出的机组出力变化量比较，如增加的空冷岛耗功量小于机组出力的增加量，则应采用较高的空冷岛风机运行频率。

b.空冷风机超频时容易造成空冷风机绕组温度过高，所以要注意控制空冷风机绕组温度在允许范围之内，由于空冷风机超频造成空冷段进线开关的谐波污染，应防止发生开关机械脱扣现象。

c.超频运行时要注意各排冷却单元的抽空汽温度，防止发生凝结水过冷。冬季空冷风机不适合超频运行，否则对空冷岛的防冻不利。

［1］ 时 瑛.600MW 直接空冷机组冬季优化运行试验研究［J］.河北电力技术，2012，31（6）：16－17，34.