供热方式下SCAL间接空冷系统降低背压运行和防冻的应用实践

赵建刚, 孙　婧, 商元甲, 董曙君

(1. 华电电力科学研究院 内蒙古分院， 呼和浩特 010020；　2. 内蒙古超高压供电局，

呼和浩特 010080；　3. 内蒙古京能康巴什热电有限公司， 内蒙古鄂尔多斯 017000)



供热方式下SCAL间接空冷系统降低背压运行和防冻的应用实践

赵建刚1, 孙婧2, 商元甲3, 董曙君3

(1. 华电电力科学研究院 内蒙古分院， 呼和浩特 010020；2. 内蒙古超高压供电局，

呼和浩特 010080；3. 内蒙古京能康巴什热电有限公司， 内蒙古鄂尔多斯 017000)

摘要：通过350 MW SCAL间接空冷系统的介绍以及在冬季供热期的运行工况的数据和经验积累，对冬季采取降低背压运行方式和冬季扇区的防冻措施进行了分析。结果表明：SCAL间接空冷系统冬季可以通过有效的防冻措施降低其背压运行，显著提高运行经济性。

关键词：SCAL间接空冷系统； 降低背压； 防冻措施

SCAL间接空冷系统以其特有的运行可靠性和经济性在北方地区得到越来越多的应用。现在大多数SCAL间接空冷系统为纯凝汽式，冬季即使带低负荷，由于其百叶窗较直接空冷的优势，防冻压力也不是很大，可以降低背压运行提高其经济性；而内蒙古京能康巴什热电有限公司冬季还得对外供热，这进一步对SCAL间接空冷冬季防冻提出更高的要求。笔者通过制定有效的技术措施，在保障机组安全运行的前提下提高了机组的经济性。

1设备概况

1.1 系统简介

机组的凝汽器为表面式凝汽器，水侧通入循环水用来冷却汽轮机的排汽，循环水受热后经循环水泵加压进入自然通风间冷塔的福哥型空冷散热器由空气冷却，循环水经冷却后重新回到表面式凝汽器，由此完成闭式循环。为防止循环水泵汽蚀，稳定系统压力，设置了起补偿作用的膨胀水箱[1]。该系统有以下优点：

(1) 主机循环水密闭运行，实际耗水量较少，可采用低扬程循环水泵，减少功率消耗，适宜北方缺水地区使用。

(2) 凝汽器型式为表面式，凝结水与循环水分开运行，且均为除盐水闭式循环，这使得凝汽器管束几乎没有脏堵。

(3) 凝汽器管束通常采用不锈钢管，间冷塔采用铝材质的福哥型散热器，为减小金属腐蚀率控制循环水的pH值在8.5～10，以保证其使用寿命。

(4) 采用铝质翅片管散热器，垂直布置于间冷塔外，可减小间冷塔体积，散热器虽面积较小，但换热效果好[2]。

内蒙古京能康巴什热电有限公司为2台350 MW燃煤、超临界、供热、SCAL间接空冷机组。该机组的循环水不仅要冷却来自汽轮机排汽，还要冷却来自汽动引风机的排汽。间冷塔采用一机一塔形式,每台发电机组对应一座自然通风间冷塔,冷却三角垂直布置，循环水系统为单元制，每台机组配3台定速循环水泵，稳压水箱和低位贮水箱设置于塔内。循环水流程见图1。

1.2 空冷系统主要技术参数

空冷系统主要技术参数如下[3]：

(1) 现场条件：冷却塔0 m层海拔674.1 m，多年极端最高温度7.4 ℃，多年极端最低温度-31.4 ℃，多年年平均大气压力867.5 Pa，多年平均相对湿度51%。

(2) 表面式凝汽器：设计背压夏季28 kPa、冬季10 kPa，机组阻塞背压8 kPa，设计循环水流量42 070 m3/h。

(3)间接空冷塔系统：冷却塔高度155 m，喉部平均直径78 m，扇区数量8个，24 m高冷却三角数量134个，18 m高冷却三角数量2个，翅片管面积(三角)8 830 m2。

(4) 循环水系统：循环泵数量3台33%，循环泵电动机额定功率1 000 kW，电压等级6 kV，额定转速495 r/min，扬程18.6 m，水质为除盐水。

2供热期运行方式

采用间接空冷系统，冬季为提高其经济性必须降低背压运行，但降低背压运行的同时必然增加要防冻的难度，并且机组冬季还要进行对外供热，这进一步加大了冬季运行的防冻难度。机组供热期汽轮机最大设计排汽量为359.997 t/h，热量为205.04 MW，而实际供热期平均负荷率为65%，负荷率远小于额定采暖工况；之前把给水泵汽轮机排汽设计为排入主机凝汽器，优化后单独设置了给水泵循环水系统，实际给水泵汽轮机排汽未排入主机凝汽器，而主机间冷散热面积并未做改变(当时考虑为降低夏季最热时的背压值)。所以实际进入凝汽器的热量远低于设计值，这使间冷系统冬季运行防冻压力进一步增大，很难降低背压值运行；但是经过冬季供热期的实际运行和分析实践, 将机组的背压值由设计的10 kPa降为6 kPa,间冷系统未发生过冻结现象。

2.1 运行方式

主机间冷冬季运行2台循环水泵(1台备用)，全部8个扇区投入运行(有助于冬季防冻)，主机间冷循环水进水温度控制在25～27 ℃，回水温度控制在20～22 ℃，冷却三角平均壁温控制在15～20 ℃。这种方式已运行4个多月，未发现冷却三角冻结现象。

2.2 技术措施

(1) 当环境温度>5 ℃时，主机间冷进入夏季工况，开大主机间冷百叶窗，降低主机间冷循环水回水温度，并控制凝汽器端差在规定范围(当凝汽器循环水入口温度≤14 ℃时，端差≤9 K；当14 ℃<凝汽器循环水入口温度<30 ℃时，端差≤7 K；当凝汽器循环水入口温度≥30 ℃时，端差≤5 K)。

(2) 当环境温度在-5～5 ℃时，控制主机间冷扇区金属壁温在(13±1)℃，防止间冷扇区散热器结冻，并保证凝汽器最佳真空。

(3) 当环境温度在-10～-5 ℃时，控制主机间冷扇区金属壁温在(15±1)℃。

(4) 当环境温度在-15～-10 ℃时，控制主机间冷扇区金属壁温在(19±1)℃。

(5) 当环境温度<-15 ℃时，控制主机间冷扇区金属壁温在(21±1)℃。

(6) 如果就地金属壁温<10 ℃，关小或关闭对应百叶窗，直至金属壁温回升至20 ℃[4]。

3供热期降低背压运行的经济性分析

设计与实际供热工况运行参数对比见表1。

表1　设计与实际供热工况运行参数

由于内蒙古地区发电机组比较多，送出线路和地区负荷较少，所以机组实际负荷率较低，而且机组供热抽汽量平均只有280 t/h，低于额定供汽量380 t/h，导致机组效率较设计值偏低；但是机组实际运行中将背压值由原来设计的10 kPa降为6 kPa，机组综合供电煤耗降低约10.4 g/(kW·h)(每降低1 kPa的背压值，可降低约2.6 g/(kW·h)煤耗)，按供热期6个月发电量2.0×109kW·h算，单这一项就节约标煤208 000 t,经济效益明显。

4供热期防冻措施

在冬季最冷、供热量最大、进入凝汽器热量最少时，为了满足机组防冻要求特制定了以下防冻措施：

(1) 当环境温度低于-5 ℃时，空冷各扇区最低冷却柱温度不得低于12 ℃，否则调高扇区出水温度，直至最低冷却柱温度高于14 ℃。

(2) 冬季运行期间循环水泵保持2台运行,如果全关百叶窗，扇区出水温度仍达不到15 ℃以上，立即启动第3台循环水泵或申请增加机组负荷。

(3) 冬季运行时(环境温度低于2 ℃)，开启各扇区进回水旁路手动门，保证旁路管道处于流动状态，并且开启各扇区排空管回水手动门，防止排空管回水管道结冻。

(4) 冬季工况下，空冷扇区的投入应在锅炉点火旁路投入后逐步进行，扇区充水时必须保证2台循环泵同时运行，并且扇区充水前循环水热水温度应大于45 ℃。

(5) 事故情况下空冷防冻措施：①冬季运行工况下，机组无论甩负荷或者跳机，所有百叶窗都应该立即关闭；②如果发生循泵跳闸仅有1台循泵运行的情况，立即程控退出主机间冷6个扇区运行，保留2个扇区，防止单台循环水泵过负荷跳闸或扇区冷却管束内水流速过缓导致管束冻损；③机组供热系统跳闸凝汽器排汽量突然增大时，应连接真空泵，并且根据扇区冷却柱温度和出水温度适度增大百叶窗开度，并就地测温[5]。

5结语

内蒙古京能康巴什热电有限公司投产1年多来，对2台机组间冷系统冬季供热期从运行方式的改进、循环水的温度控制、扇区的逻辑保护设定和防冻措施的修改完善等方面进行了深入的分析,并且进行了多次试验,使机组在安全运行的前提下经济性得到了大幅提高。

参考文献：

[1] 李春山. 600 MW 机组间接空冷系统冬季防冻控制研究[J]. 电力安全技术，2010(6)：53-54.

[2] 温高. 发电厂空冷技术[M]. 北京：中国电力出版社，2008.

[3] 梁振明，白志刚. 600 MW 表凝式间接空冷系统冬季运行方式探讨[J]. 山西电力，2010(2)：55-56.

[4] 刘海军. 600 MW 机组间接空冷系统的防冻与优化[J]. 华电技术，2011,10(33)：42-44.

[5] 李春山. 600 MW 机组间接空冷系统冬季防冻措施[J]. 热力发电，2010，39(10)：110-111.

Operation Practice of a SCAL Indirect Air Cooling System at Reduced Backpressures in Heating Mode and the Anti-freezing Measures

Zhao Jiangang1, Sun Jing2, Shang Yuanjia3, Dong Shujun3

(1. Inner Mongolia Branch, Huadian Electric Power Research Institute, Hohhot 010020, China;2. Inner Mongolia Extra High Voltage Power Supply Bureau, Hohhot 010080, China;3. Inner Mongolia Jingneng Kangbashi Thermal Power Co., Ltd., Erdos 017000,Inner Mongolia Autonomous Region, China)

Abstract：An analysis was conducted on the operation mode at reduced backpressures and the anti-freezing measures of a 350 MW SCAL indirect air cooling system in winter heating period, based on actual operation data and many years’ experience. Results show that the SCAL indirect air cooling system can be operated at reduced backpressures in winter by taking effective anti-freezing measures, so as to remarkably improve the operation economy of the unit.

Keywords：SCAL indirect air cooling system; reduced backpressure; anti-freezing measures

中图分类号：TK264.11

文献标志码：A

文章编号：1671-086X(2016)02-0124-03

作者简介：赵建刚(1984—)，男，工程师，从事汽轮机试验及技术监督工作。E-mail: dalian134679@163.com

收稿日期：2015-09-06