直接空冷机组运行中常见问题分析及处理

直接空冷机组运行中常见问题分析及处理

摘要分析了空冷机组运行中存在的常见问题及影响因素,介绍了实践生产中解决空冷问题的一些具体作法和建议,强调综合治理,持续改进对解决问题的必要性。

关键词发电厂;空冷机组;问题对策;综合治理

中图分类号TM6 文献标识码A文章编号

1674-6708(2010)21-0030-02

1直接空冷机组的应用及其工艺特点

1)我国目前的发电主力机组以燃煤发电为主,其配套的循环冷却系统多为自然通风冷却塔湿冷型式,以水为冷却介质,其中循环水损失约占电厂耗水量的70%以上;我国又是一个严重缺水的国家,人均需水量仅为世界平均水平的1/4。随着水资源的综合利用和可持续发展观念的深入拓展,以空冷技术替代当前湿冷工艺是火电工业建设发展的一个趋势。

2)直接空冷机组是指汽轮机的排汽直接由空气来冷凝,即汽轮机排汽通过粗大的排汽管道送到室外空冷凝汽器内,所需的冷却空气由轴流风机提供,轴流冷却风机使空气流过散热器外表面将排汽冷凝成水,凝结水再经泵送回到汽轮机的回热系统。由于直接空冷凝汽器采用空气直接冷却,避免了常规水冷凝汽方式下大量的水蒸发损失。根据理论计算和实

践证明,与同容量湿冷机组相比,空冷机组冷却水系统可节水90%以上,全厂性节水65%左右。

3)直接空冷机组的工艺特点及常见问题

(1)直接空冷机组中汽轮机排汽直接由空气冷凝,机组背压随空气温度变化而变化,特别是我国北方地区,一年四季乃至昼夜温差都较大,机组背压和小时出力波动较大。

(2)汽轮机排汽用空气作为直接冷却介质,通过钢制散热器进行表面交换,故需要庞大的真空散热系统,投入运行后对真空系统严密性的要求高。

(3)夏季空冷机组负荷出力受诸多因素的影响,包括环境温度、风向、风速,凝汽器表面脏污等,夏季工况下负荷出力达不到设计是该类型机组面临的普遍问题。我厂运行的空冷机组在夏季最高气温条件下小时负荷最低降为设计65%以下,同时机组背压高,相应使凝结水温度高达80℃左右,只能以连续投后汽缸减温水或降负荷方式维持。但长期投入减温水运行,对机组后汽缸末级叶片铆钉和平衡块的冲刷较为明显;且有可能发生冲刷不均匀,导致运行振动增加等不良后果。

(4)冬季空冷机组运行,室外空冷凝汽器的防冻问题也是该类型机组在北方地区面临的主要问题。尽管从设计的角度,设置了逆流管束,轴流风机采取了变频技术等措施,但在机组低负荷运行工况下,空冷凝汽器某些边缘管束仍可能形成死区,造成冬季结冰冻裂管束现象。

2空冷机组夏季负荷影响因素

1)现场风向、风速作用及周边障碍物的影响。

(1)在不同风向下,空冷岛进风口来风时换热能力最好、侧面风次之、炉后风最差;

(2)在同一风向下,换热能力随风速升高而迅速下降;

(3)在环境风速12m/s以下时,空冷岛进口来风可使空冷系统换热能力基本满足环境温度30℃,机组背压30KPa时设计要求;

(4)环境风速3~12m/s的侧面风和炉后风,使空冷系统换热能力小于机组排热量,将影响机组的背压;

(5)空冷岛平台高度一般要求在30m以上, 周边150m范围内尽可能不设计永久性高层建筑。

(6)此因素在空冷机组设计阶段应根据当地气候条件和

现场场地等合理设计,尽可能为投产后的优化运行创造条件。

2)直接空冷系统运行中,普遍存在的热风再循环现象,在

夏季工况下若无很好的应对措施,也会对负荷出力构成负面

影响。减少热风再循环措施,主要从设计、施工阶段重点考虑。如合理布置设备安装位置,减少空冷平台的漏风量以及空冷

平台上部四周设置一定高度的挡风墙等。

3)环境温度的影响。空冷机组设计气温是根据机组优化设计,综合各种因素后确定的当地年“气温一时间”分布的加数平均数,并不一定是当地的最高气温。当实际环境温度高于

设计气温时,空冷岛循环空气的热交换能力将大幅下降,对机组负荷的影响将较为明显。

4)真空系统漏空对负荷出力的影响,直接空冷机组相对湿冷机组有庞大的负压区域,管道纵横交错,各种焊口,法兰等薄弱环节较多,运行中系统泄漏量增加而抽真空设备抽气性能不足时,将直接导致机组真空度降低,背压升高,机组出力和经济性变差。根据有关统计资料,系统真空度每降低1%,蒸汽消耗量增加1~2%。

5)空冷凝汽器管束表面积灰,造成管束传热效率下降,对负荷的影响也较为明显,这点在北方地区和空气环境相对恶劣条件下运行的机组更为明显。以山西省介休市安泰集团发电厂空冷机组为例,在其它工况参数一致的情况下,管束积灰清洗前、后的负荷相差15~25%。

3夏季提高出力的综合性改进措施

直接空冷机组夏季负荷出力的影响因素是多方面的,而且各因素之间相互作用,故实际运行中对负荷出力的改善建议采取综合性措施,下面侧重从运行角度提出如下建议:

1)针对气温对负荷出力的影响,可以考虑在轴流风机叶片上部增加强雾喷淋换热装置,以降低环境风温,提高传热效率,增加该装置须考虑如下因素:

(1)喷嘴的设计选型和雾化质量是考虑的重点;

(2)根据空冷管束结构合理布置喷嘴的数量和层高;

(3)通过小型试验或设计确定喷嘴的角度;

(4)喷淋用水采用除盐软化水,喷水压力0.4Mpa左右;

(5)增加喷淋装置后,管束内湿度增加,对轴流风机、电机、照明等线路部分绝缘提出更高要求,要考虑防护等级匹配性,并现场作好电机接线盒等部位的密封工作。

2)针对真空系统不严密对机组出力的影响,建议采取如

下措施:

(1)空冷真空系统非常庞大,实际运行中对整个系统的检测和维护相对复杂,即使找到漏点,目前所采取的普遍作法也是对管束的封堵,修复费用很大。所以对真空系统的管理,应体现预防为主的指导思想。

(2)加强空冷管束制造,施工阶段的质量管理工作,以维持系统高度的严密性。机组投产前的气密性试验应严格按照验收规范执行。气密性试验不合格,不应投入生产。

(3)考虑真空系统漏风量随运行时间逐渐增加的事实,在设计阶段可以配置抽气能力较原始计算值高一级容量的真

空泵,以为今后系统漏空气量储备抽气容量。

(4)加强运行水质监督管理,重点复水系统含O2量,含Fe 的监管,防止空冷器管束内壁腐蚀发生泄漏,具体措施如下:

①树立水质管理“预防为主,工作重在平时”的指导思想,从运行、停运保养等各个环节采取综合性措施,确保各项水质指标在控制范围内;

②要求化水、汽机专业建立工作协调、监督机制,避免因职责不清而可能导致的水质事件;

③空冷机组有相对庞大的真空系统,对水质含O2控制比较困难。化学专业应积极开展水质含O2量控制的试验研究工作,改变湿冷机组靠化学方法除氧的思路,充分利用O2的双重性,开展汽包炉给水局部轻微氧化性无除氧剂水化学工况的运行试验工作(只加氨不加联氨),确保水质含O2数据合格。

(5)配备专业的真空检漏设备,对空冷系统定期检漏,对真空系统漏风情况有一客观的分析并提前制定防范措施。

3)针对空冷器管束表面积灰后对传热效率和负荷的影响,建议配套高压水冲洗装置,以定期冲洗的方式剥离管束表面积灰,使其不形成硬垢层,具体操作中注意以下几点:

(1)现场冲洗,强调人员分工及协作配合,安全第一;

(2)制定科学、合理的冲洗方式和频次;

(3)对管束表面形成的硬垢层,考虑采用化学清洗和高压水力冲洗相结合方式处理,先利用化学药剂剥离松动后,再用高压水冲洗清除。

4)空冷机组增加喷淋装置和高加水冲洗系统后,相应增

加了系统除盐水的消耗量,部分除盐水溅落地面形成了二次浪费。针对此现象,可以考虑将地面除盐水回收,经混凝,过滤处理后循环利用,以提高水资源的利用率。

4空冷凝汽器管束冬季防冻问题的预防措施

空冷机组在室外环境温度低于0℃的情况下,若机组负荷低,各管束间热负荷分配不均,就有可能导致管束冰冻等恶性工况发生,在实际生产中应高度重视。建议从如下方面着手:

1)从生产工艺上,要根据设计提供的机组最小防冻流量数据合理调整机组的负荷,尽可能保证机组出力高于防冻流量对应负荷;

2)目前,空冷机组对轴流风机的设计基本采用变频技术,为防止空冷系统冬季发生冰冻提供了更为灵活的控制手段,在冬季生产控制上要确保风机变频技术的可靠运行;

3)若机组最大负荷低于设计最小防冻流量,且气温偏低时,此时的生产控制就不能完全依赖风机变频技术调节,应提前通过试验制定该工况下的风机手动切换运行方式,确保管束不发生冰冻;

4)从生产工艺参数调节上,针对冬季防冻需求,可采取适当降低风机转速,机组运行背压偏上限,保持凝结水温度

40~50℃范围内运行,通过凝结水温度提升达到管束防冻目的;

5)加强现场设备巡检力度,对管束底部,三角架边缘管束等重点检查,发现管束冰冻发冷时,及时调整机组运行方式,灵活采取防冻措施;

6)从管理角度,冬季尽量不安排空冷机组的计划性检修

工作,机组安排临停时也必须采取相应措施,如凝结水管路放空积水等;

参考文献

[1]邱丽霞,等.直接空冷汽轮机及其热力系统[M].北京:中国电力出版社,2006:81-117.

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[4]郝晋堂.直接空冷机组化学问题分析和优化建议[C].火力发电节水技术研讨会报告集.青岛:中国电机工程学会,2006.

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