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技术论文
300MW直接空冷冬季运行的防冻探讨
杨 柏 (神华神东电力有限责任公司萨拉齐电厂,内蒙古 包头,014100) 摘 要:通过对300MW直接空冷机组在冬季启动及运行中防止空冷管束冻结措施的不断实践和经验总结,摸索出了针对直接空冷机组冬季启动和运行工况的防冻经验。 关健词:直接空冷系统 空冷管束 冬季 防冻 中图分类号:文献标识码:B 文章编号: 2012-6.26-187 1概述 萨拉齐电厂汽轮机是上海汽轮机厂生产的NZK300-16.67/538/538型亚临界参数、一次中间再热、双缸、双排汽、单轴、直接空冷凝汽式汽轮机。 机组空冷部分采用SPX空气冷却技术,为单排管换热,ACC共有6列、每列5个、共计30个冷却单元,装配有300个管束和30台轴流风机。其中顺流冷却单元24个,逆流冷却单元6个。汽轮机低压缸排汽经过蒸汽管道流向冷凝器,由蒸汽分配管道向冷凝器分配蒸汽。在顺流管束中约80%的蒸汽在顺流管束管道向下流动过程中被冷凝。没被冷却的剩余蒸汽(约20%)经过凝结水收集管道进入逆流管束。在逆流管束中,最后一部分蒸汽被冷却,不凝结气体由真空泵向上抽出。凝结水则反方向汇流到凝结水管路至排汽装置。 2 直接空冷系统主要参数 直接空冷机组设计参数见表1。 表1 直接空冷机组设计参数 序号 项目 单位 设 计 工 况 TRL工况 TMCR工况 VWO工况 最低运行背压 1 现场标高 m 995.30m 2 环境温度 ℃ 31.9 14.5 12.1 6.0 3 汽轮机排汽量 t/h 669.778 657.002 690.238 644.439 4 汽轮机排汽口处考核背压 kPa 30 13.5 13 9.6 5 迎风面风速 m/s 2.3 2.3 2.3 6 空冷凝汽器散热面积 m2 838625 7 风机直径 m 9.144 8 凝结水温度 ℃ 66 46.1 9 过冷度 ℃ 2 4.85 序号 项目 单位 主要参数 顺流 逆流 1 管束 1.1 型号 单排 单排 1.2 管束尺寸 mm 9300x2174 8300x2174 1.3 数量 个 252 48 1.4 基管横截面尺寸 mm 219x19 219x19 1.5 基管壁厚 mm 1.5 1.5 1.6 翅片管外形尺寸 mm 219x57 219x57 1.7 翅片厚度 mm 0.30 0.30 1.8 翅片间距 mm 2.31 2.31 1.9 翅片管/翅片材质 钢/铝 钢/铝 1.10 翅片管排数 排 1 1 1.11 翅片管总散热面积 m2 704445 134180 1.12 翅化比(散热面积/迎风面积) 139 139 3 直接空冷机组防冻工作 萨拉齐电厂#1机组于2011年01月15日开始进入分步试运,2011年 5月12日168h试运结束,经过了2011年冬季的运行考验,积累了一些经验。空冷系统的防冻工作应该从空冷设备基建期间检查验收、启动过程、正常运行期间、停机过程等几个方面着手。 3.1 直接空冷机组基建期间的防冻检查 (1)空冷系统的严密性直接关系到冬季空冷岛的防冻。当由于空冷系统不严密导致大量不凝结气体在空冷管束内部聚集时,就容易使该处空冷管束发生冻结。因此萨拉齐电厂严格按照SPX厂家的要求,严把基建期间的空冷管束安装的质量,确保整个#1机组空冷岛系统及管束的空气严密性试验合格(试验结果为32mbar/24h,小于SPX厂家的要求值50mbar/24h[1])。 (2)确保空冷系统的辅助防冻措施完好:在机组基建期间对蒸汽隔离阀、凝结水管道、抽真空管道、阀门进行保温,并加装电伴热;同时对空冷岛布置的挡风板严密性进行了检查,确保安装质量。 3.2 ACC列管内结冰原因及解决办法 (1) 列管内结冰的主要原因。①现场环境温度低;②进入ACC蒸汽流量小;③ACC系统泄漏。 (2)预防列管内结冰的方法。①提高ACC蒸汽流量,确保ACC蒸汽流量在最小空冷岛防冻流量以上。(萨拉齐电厂空冷岛最小防冻流量见表2);②缩短机组启动时间;③消除ACC系统泄漏 。 空冷系统列管内结冰危害非常大,严重的会导致结冰损坏ACC列管,融化后造成凝汽器真空破坏,被迫停机;轻者导致ACC列管变形、焊口开裂真空下降等后果。而且ACC列管结冰后处理工作量也非常大,列管内结冰的实例见图1。 图1 逆流区空冷管束结冰实例(热成像仪拍摄) (3)列管内结冰后的回热方法。①架设帆布;②停止结冰单元风机转动;③保持邻近风机转动;使结冰列管回热融化。操作方法如(见图2)所示。 图2 列管内结冰后的回热方法 4 机组冬季空冷系统的防冻措施 4.1 冬季空冷冷态启动前的检查 (1)空冷岛在冬季启动必须在“ACC投入”且自动模式下进行(当环境温度连续五分钟≤-3℃时,即为空冷岛进入冬季启动模式)。 (2)在空冷系统冬季投运前8h检查投入空冷各列蒸汽隔离阀、抽真空阀、凝结水阀、热工仪表变送器的电伴热装置,投入空冷风机电动机及风机减速箱加热器。上述电伴热或加热器投入4h可对各阀门进行传动,确保各阀门开关灵活。 4.2 冬季空冷冷态启动防冻措施 (1)严格执行规程相关空冷岛启动步骤的规定。锅炉点火前,空冷岛启动前将ACC 各列的蒸汽、冷凝水、抽气隔离阀都开启;机组送轴封后,启动3台水环真空泵开始抽真空,当背压低于50kPa时,关闭抽真空旁路阀,锅炉开始点火。当背压达到15kPa以下时投入“ACC投入”按钮,进入ACC自动模式,投入各列风机自动联锁,检查空冷步序符合步序逻辑的要求,空冷步序控制见图3、图4。 图3 空冷阀门控制逻辑图 图4 空冷风机控制逻辑图 (2)随着锅炉的点火及升温升压、主蒸汽管道疏水可以通过去定排的疏水排放(当去定排的疏水故障时,可以通过多次间断性轮流疏水去排汽装置进行暖管投运旁路系统);再热蒸汽管道的疏水可以通过多次间断性轮流疏水去排汽装置进行暖管;当汽包压力达到1.5MPa可以投入高压旁路系统,待旁路系统投入后可以通过再热器对空排汽或锅炉侧疏水等提升汽温及汽压。 (3)当锅炉的蒸发量或者最低给水流量大于最小防冻流量的时候(最低防冻蒸汽流量见表2),方可投入低压旁路系统,并投入三级减温水,逐步开大低旁。将主再热汽管道疏水倒入排汽装置,关闭启动疏水,切至排汽装置。关闭锅炉再热器的对空排汽和锅炉侧的疏水。在旁路投入后将机组排汽压力逐渐控制在10~20kPa之间。 表2 ACC最小防冻流量和环境温度的关系 环境 温度 (℃) ACC最小蒸汽流量(MW) 达到最小热负荷时允许的运行时间 (min) 隔离阀全开 关闭1个 隔离阀 关闭2个 隔离阀 关闭3个 隔离阀 关闭4个 隔离阀 最小防冻流量t/h 最小防冻流量t/h 最小防冻流量t/h 最小防冻流量t/h 最小防冻流量t/h -5 158 132 106 80 54 150 -10 205 172 138 104 71 100 -15 262 219 176 133 89 95 -20 326 272 219 165 115 85 -25 399 333 269 204 136 75 -30 481 403 324 245 165 60 -35 573 480 385 291 196 45 注:上表的最小防冻流量按照排汽温度60º计算。 (4)在启动时严格控制进入空冷岛的蒸汽流量,保证进入空冷岛的蒸汽流量大于最小防冻流量要求。禁止长时间向空冷排小量蒸汽。 (5)空冷凝汽器进汽后,根据排汽缸温度投入汽缸喷水,控制排汽缸温度在小于80℃,控制高旁后温度最高不超过320℃,控制低旁后温度最高不超过160℃。 (6)空冷进汽后,尽量开大低旁开度,直至全开,控制排汽压力在10~20kPa之间,控制其空冷凝结水温度在40~60℃,抽空气温度在30~50℃之间运行,并维持空冷系统过冷度在3~5℃之间。 (7)汽轮机达到冲转参数,立即组织人员进行冲车,机组在冲车过程中,应密切监视空冷自动运行情况。若某列蒸汽隔离阀关闭不严密时,可采用开启不严蒸汽隔离阀投入该列,解列蒸汽隔离阀严密列的空冷风机。 (8)机组并网后,根据汽缸温度尽快将机组负荷带至空冷最小防冻流量对应的负荷点(见表2)。尽量避免小流量、低负荷长时间运行。 4.3 空冷系统正常运行时的防冻措施 (1)空冷系统在自动方式下运行时,冬季排汽压力应根据环境温度、凝结水温度、抽空气温度综合考虑后设定,并结合排汽压力与环境温度对应曲线合理进行调控。其对应数值见表3,同时参考机组背压保护动作值,防止由于人为原因导致机组背压低跳闸。如果空冷管束仍有冻结现象,应该增加机组背压。 表3 环境温度与排气压力关系对应表 环境温度(℃) 排汽压力(kPa) -2~-5 13~14 -5~-15 15~17 -16~-20 18~20 (2)注意抽真空管道及冷凝水管道温度的过冷度,正常情况下冷凝水比排气温度低2~3℃,抽真空温度比排气温度低5~10℃。过冷度超过要求时,启动第二台真空泵运行。 (3)如果空冷岛凝结水集管有任意一点温度比其他温度点低,且大于第(2)条规定值,且环境温度小于-5℃,则可以相应的减小该处风机转速,甚至停止该排几台或者全部风机,直到此处凝结水温度升高。 (4)检查空冷系统中蒸汽隔离阀、凝结水管道、抽真空管道、热工仪表管等部位应敷设电伴热带或保温措施,冬季运行期间可靠投入。 (5)冬季机组正常运行过程中应设专人对空冷岛各排散热器下联箱及散热器管束进行就地温度实测,有异常时应增加检查和测量次数,并及时查找原因并采取相应措施。 (6)若抽气温度过低,自动控制的防冻保护没起到有效的防冻效果,可以手动操作逆流风机降速直至反转,以形成局部热风再循环以缓解局部过冷。 (7)利用旁路系统协调控制汽轮机低负荷与空冷凝汽器要求的最低热负荷关系;关闭部分或全部蒸汽隔离阀,按照自动控制要求,有顺序的隔离空冷蒸汽隔离阀门。关闭蒸汽隔离阀门之后,延迟20~30min再关闭相应列的凝结水阀门,以排净列内残余凝结水。(自动控制已经设置了阀门关闭的顺序,控制逻辑见图3、图4) (8)由于#1机组空冷岛凝结水温度测点和抽空气温度测点检测部位少,针对运行中各别管束出现的冻结现象采取如下措施:①将逆流列的风机转速降至最低转速,每30min将下一逆流列风机停运,恢复前一逆流风机低转速运行,依次轮流启停;②每30min将#2、#4排顺流风机依次降到最低转速(下一顺流风机降到最低转速,恢复前一风机原转速运行);③将#1、#6列风机偏执降低-5,降低#1、#6列风机转速。(尤其是#6列受西北风影响严重,其西侧容易过冷) (9)为了防止因风机转速过高(高于25Hz)而导致空冷管束局部冷却,调整原则是尽量维持多台风机低转速运行方式。 (10)根据观察发现空冷管束容易冻结工况发生在:空冷步序6、7步序(只有#3排和#2排风机运行)或6、7、8步序阶段(只有#3排和#2排及#4风机运行)此时容易出现空冷风机频率超过20Hz工况,导致局部空冷管束过发生冷。 (11)根据观察发现空冷管束容易冻结部位。①空冷的逆流区局部管束;②空冷逆流和顺流区交界部位的局部管束;③#2、4排空冷风机顺流列局部管束尤其是(#1列2和#5列2及#6列2);④空冷#6列西侧和#1列东侧部位局部管束(由于最靠近空冷岛外围,容易受到环境大风影响。 (12)进入严冬,机组排汽压力不能人为控制调整时,可选择停运空冷岛周边风机,用苫布将风机风筒封住,避免冷空气对流。 (13)空冷岛正常运行期间,保持同排中各风机的频率相同,低负荷时尽可能维持各排风机低频运行或停止状态,尽量不采取解列部分空冷凝汽器的方法来增加其它列的进汽调整手段。 (14)机组正常运行时,应控制机组负荷高于空冷岛在不同环境温度下机组运行的最低蒸汽流量要求。 (15)空冷散热器测温应测迎风面管束,顺流区就地测温主要测散热器下部管束温度;逆流区就地测温主要测散热器顶端管束温度,并主要测散热器两端靠近三角钢梁处的管束温度,同时加强上下联系及汇报,其主要运行维护规定如下:①空冷散热器顺流区管束测温规定。测温部位:以散热器风机室内侧下部为主;温度控制:散热器每片内侧管束边缘处温度控制在5℃以上,中间管束温度控制8℃以上;注意:如果上述温度超过规定范围,应测量过冷部位散热器对应管束外侧的温度,控制其外侧顺流区管束温度不低于30℃,否则应及时联系主控,做出降速调整。②空冷散热器逆流区管束测温规定。测温部位:以散热器管束内、外侧上部为主,内外结合进行就地测温;温度控制:每片逆流管束内侧上部温度最低不低于0℃,且在自动回暖结束后该散热器管束温度应回升至5℃以上,每片散热器的中间部位温度控制在10℃以上。每片逆流管束外侧顶部温度应大于2℃以上;注意:如果逆流管束温度超出上述规定范围,应进行调整,加强回暖频率。 4.4 机组停运时空冷系统的防冻措施 (1)根据机组运行情况将主汽管道疏水导至启动疏水。 (2)空冷风机保持在自动方式下运行,随着机组负荷的降低,采取设高排汽压力逐渐降低风机转速,直至全部停止转动。 (3)当在环境温度较低工况下停机,在空冷风机全部停止运行后,只有启动列的情况下仍不能保证空冷最小防冻要求时(最小防冻流量见表2),应停止汽轮机运行,关闭低压旁路及至排汽装置的疏水,退出空冷系统运行。 (4)冬季机组停运,尽量安排在白天温度较高时进行。 (5)尽量避免在低负荷下长时间运行,尤其在降负荷至10%~30%额定负荷时。 (6)汽轮机打闸后,应立即关闭所有进入排汽装置的疏水阀。 (7)检查关闭空冷各列蒸汽隔离阀和抽真空阀,确认蒸汽隔离阀电拌热投入正常,保持凝结水阀开启,保证空冷系统管道内无积水、积汽现象。 (8)汽轮机打闸后,在锅炉蒸发量不能满足最小防冻流量情况时,严禁开启低压旁路。 (9)机组转速惰走至100转/min时,逐渐开启真空破坏门,确保凝结水回水畅通。 (10)为防止疏水阀关闭不严密而使排汽装置进汽造成排汽缸温度升高,凝结水泵必须保持一段时间连续运行。 5 空冷系统冬季运行采取的方法及防冻效果 通过对#1机组空冷岛系统冬季防冻经验及措施的不断摸索和探讨,完善了防冻措施,为#2机组空冷岛冬季的安全运行奠定了良好基础。使#2机组空冷岛未发生过空冷管束冻结现象。 参考文献 [1]SPX斯必克冷却技术功能说明[S].北京:SPX中国有限责任公司,2010. 作者简介: 杨柏(1977-),工程师,现任职于神华神东电力有限责任公司萨拉齐电厂,从事运行管理工作。 单位地址:内蒙古包头市土默特右旗萨拉齐镇小袄兑村 邮编:014100 联系电话:15049282388 邮箱:15049282388@139.com
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