600MW電站直接空冷技術(shù)培訓(xùn)

SPX600MW直接空冷

優(yōu)化運(yùn)行分析

上都發(fā)電有限責(zé)任公司李悅王忠[摘要]本文對(duì)北方上都發(fā)電公司一期2×600MW直接空冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、自動(dòng)控制和安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行進(jìn)行分析與探討。對(duì)同類型機(jī)組的運(yùn)行可起到一定的借鑒作用。[關(guān)鍵詞]直接空冷系統(tǒng)熱態(tài)沖洗自動(dòng)控制引言上都發(fā)電工程項(xiàng)目是國(guó)家“西電東送”北通道的電源支撐點(diǎn)，點(diǎn)對(duì)網(wǎng)向華北電網(wǎng)供電，規(guī)劃容量為8臺(tái)60萬(wàn)千瓦機(jī)組，為國(guó)產(chǎn)亞臨界直接空冷脫硫燃煤發(fā)電機(jī)組。上都發(fā)電公司一期2×600WM直接空冷機(jī)組于2006年8月份之內(nèi)相繼投產(chǎn)。是目前我國(guó)海拔最高（1318m）、緯度最高、平均溫度最低（1.8℃，最冷月一月平均最低氣溫—23.5℃）應(yīng)用直接空冷的600MW機(jī)組。經(jīng)過(guò)多次機(jī)組啟、停特別是冬季的啟、停操作，積累了一些運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，可供同類型機(jī)組參考。1、汽輪機(jī)系統(tǒng)概述汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的NZK600—16.7/538/538型亞臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)。低壓缸是在成熟的濕冷汽輪機(jī)的基礎(chǔ)上根據(jù)空冷電站的氣象條件，空冷系統(tǒng)特點(diǎn)和運(yùn)行模式進(jìn)行了優(yōu)化，末級(jí)葉片高度為661mm。機(jī)組設(shè)計(jì)環(huán)境溫度14℃，設(shè)計(jì)背壓13.7Kpa,報(bào)警背壓60Kpa，跳閘背壓65Kpa。直接空冷系統(tǒng)采用德國(guó)SPX公司技術(shù)，空冷凝汽器為單排管設(shè)計(jì)，其K/D結(jié)構(gòu)為6/2，采用八列八排高位布置，由640片換熱管束和64臺(tái)雙速軸流風(fēng)機(jī)組成，其中480片管束為冷凝器,其余160片為分凝器。散熱面積153.7萬(wàn)平方米，風(fēng)機(jī)直徑9.757米。在1、2、3、5、6、7、8列空冷凝汽器蒸汽分配管前加裝一個(gè)DN3400mm的電動(dòng)蝶閥，并在每排凝結(jié)水回水管及逆流區(qū)抽真空母管上分別加裝電動(dòng)閥門。配有3臺(tái)180KW水環(huán)式真空泵。2、自控邏輯優(yōu)化2.1原有邏輯情況SPX公司對(duì)單排管、雙速軸流風(fēng)機(jī)直接空冷系統(tǒng)的自控理念為全自動(dòng)控制，禁止手動(dòng)干預(yù)，設(shè)計(jì)中主要考慮了空冷島的防凍安全，對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性放在了第二位?？刂仆ㄟ^(guò)背壓設(shè)定值與實(shí)際值的偏差運(yùn)算出壓力控制器PID的輸出值，由該輸出值來(lái)控制ACC七個(gè)冷卻單元的蒸汽分配閥，同時(shí)控制所有雙速軸流風(fēng)機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速?？紤]到冬季防凍，通過(guò)環(huán)境溫度區(qū)分出兩個(gè)運(yùn)行模式，即：當(dāng)環(huán)境溫度＜8℃時(shí)，為冬季模式；當(dāng)環(huán)境溫度＞10℃時(shí)，為夏季模式；在冬季模式下機(jī)組背壓自動(dòng)設(shè)定為30KPa.a運(yùn)行，在夏季模式下機(jī)組背壓自動(dòng)設(shè)定為10.2KPa.a運(yùn)行。（1）冬季啟動(dòng)模式（環(huán)境溫度＜8℃）下啟動(dòng)順序?yàn)椋旱?列:12個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)溫度>30度、預(yù)抽真空結(jié)束（背壓＜8.5Kpa）、所有蒸汽分配閥關(guān)閉時(shí),第4列“啟動(dòng)允許”。10分鐘后，防凍保護(hù)未動(dòng)作時(shí)風(fēng)機(jī)即可被“允許”啟動(dòng)(注意:此時(shí)可能因?yàn)榉纼霰Ｗo(hù)，風(fēng)機(jī)不能運(yùn)轉(zhuǎn)。)第5列:第4列“允許”工作信號(hào)出現(xiàn)和PID>55%時(shí)，凝結(jié)水閥打開(kāi)，其后立管閥打開(kāi)。第3列:第4列“允許”工作信號(hào)出現(xiàn)和第5列的各個(gè)凝結(jié)水溫度檢測(cè)點(diǎn)溫度>30度，同時(shí)PID>56.9%時(shí)，凝結(jié)水閥打開(kāi),其后立管閥打開(kāi)。第6列:第4列“允許”工作信號(hào)出現(xiàn)和第3列的各個(gè)凝結(jié)水溫度檢測(cè)點(diǎn)溫度>30度，同時(shí)PID>58.8%時(shí)，凝結(jié)水閥打開(kāi)，其后立管閥打開(kāi)。第2列:第4列“允許”工作信號(hào)出現(xiàn)和第6列的各個(gè)凝結(jié)水溫度檢測(cè)點(diǎn)溫度>30度，同時(shí)PID>60.7%時(shí)，凝結(jié)水閥打開(kāi)，其后立管閥打開(kāi)。第7列:第4列“允許”工作信號(hào)出現(xiàn)和第2列的各個(gè)凝結(jié)水溫度檢測(cè)點(diǎn)溫度>30度，同時(shí)PID>62.3%時(shí)，凝結(jié)水閥打開(kāi)，其后立管閥打開(kāi)。第1列:第4列“允許”工作信號(hào)出現(xiàn)和第7列的各個(gè)凝結(jié)水溫度檢測(cè)點(diǎn)溫度>30度，同時(shí)PID>64%時(shí)，凝結(jié)水閥打開(kāi)，其后立管閥打開(kāi)。第8列:第4列“允許”工作信號(hào)出現(xiàn)和第1列的各個(gè)凝結(jié)水溫度檢測(cè)點(diǎn)溫度>30度,同時(shí)PID>66.4%時(shí)，凝結(jié)水閥打開(kāi)，其后立管閥打開(kāi)。（2）冬季模式（環(huán)境溫度＜8℃）下閥組退出過(guò)程調(diào)整順序?yàn)椋旱?列:“風(fēng)機(jī)允許”工作信號(hào)出現(xiàn)和同時(shí)PID＜10.5%時(shí)，立管閥關(guān)閉，關(guān)到位延時(shí)15分，凝結(jié)水閥關(guān)閉。第8列:“風(fēng)機(jī)允許”工作信號(hào)出現(xiàn)和同時(shí)PID＜8.9%時(shí)，立管閥關(guān)閉，關(guān)到位延時(shí)15分，凝結(jié)水閥關(guān)閉。第7列:“風(fēng)機(jī)允許”工作信號(hào)出現(xiàn)和同時(shí)PID＜7.4%時(shí)，立管閥關(guān)閉，關(guān)到位延時(shí)15分，凝結(jié)水閥關(guān)閉。第2列:“風(fēng)機(jī)允許”工作信號(hào)出現(xiàn)和同時(shí)PID＜5.8%時(shí)，立管閥關(guān)閉，關(guān)到位延時(shí)15分，凝結(jié)水閥關(guān)閉。第6列:“風(fēng)機(jī)允許”工作信號(hào)出現(xiàn)和同時(shí)PID＜4.3%時(shí)，立管閥關(guān)閉，關(guān)到位延時(shí)15分，凝結(jié)水閥關(guān)閉。第3列:“風(fēng)機(jī)允許”工作信號(hào)出現(xiàn)和同時(shí)PID＜2.7%時(shí)，立管閥關(guān)閉，關(guān)到位延時(shí)15分，凝結(jié)水閥關(guān)閉。第5列:“風(fēng)機(jī)允許”工作信號(hào)出現(xiàn)和同時(shí)PID＜1.3%時(shí)，立管閥關(guān)閉，,關(guān)到位延時(shí)15分，凝結(jié)水閥關(guān)閉。2.2邏輯改進(jìn)情況但在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中存在許多問(wèn)題，導(dǎo)致我廠空冷系統(tǒng)自動(dòng)控制不能正常投入運(yùn)行。為此，我們結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況對(duì)空冷系統(tǒng)自控邏輯進(jìn)行了優(yōu)化，具體情況介紹如下：（1）原設(shè)計(jì)邏輯在“冬季模式”下機(jī)組背壓自動(dòng)設(shè)定為30KPa.a為三排管結(jié)構(gòu)控制的防凍理念，對(duì)單排管而言該背壓設(shè)定值太高,這樣運(yùn)行很不經(jīng)濟(jì)，且對(duì)凝結(jié)泵的運(yùn)行極為不利，真空的劇烈變化極易發(fā)生凝結(jié)水的汽化，同時(shí)凝結(jié)水溫升高又會(huì)導(dǎo)致精處理溫度保護(hù)動(dòng)作使其不能正常投運(yùn)，無(wú)法保證鍋爐給水品質(zhì)，增加了機(jī)組運(yùn)行的不穩(wěn)定因素；在“夏季模式”下機(jī)組背壓自動(dòng)設(shè)定為10.2KPa.a偏低，不符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，只是一個(gè)理論數(shù)值，不可行。而且進(jìn)入春、秋兩季我廠所處地區(qū)環(huán)境溫度晝夜溫差很大（1-25℃），而冬、夏季模式的自動(dòng)轉(zhuǎn)換值為當(dāng)環(huán)境溫度＜8℃時(shí)為冬季模式；＞10℃時(shí)為夏季模式。由于冬、夏季模式的頻繁自動(dòng)轉(zhuǎn)換導(dǎo)致機(jī)組背壓頻繁大幅度的波動(dòng)，且冬、夏季模式轉(zhuǎn)換背壓變化幅度太大（30-10.2=19.8KPa.a）,導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行極不穩(wěn)定（見(jiàn)附圖1）。為此，我們?cè)诃h(huán)境溫度為-13℃時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，將冬季模式下的背壓設(shè)定值整定為15KPa.a，觀察運(yùn)行良好，其凝結(jié)水過(guò)冷度維持在2-4℃，未發(fā)生過(guò)冷現(xiàn)象。鑒于上述情況分析，機(jī)組背壓的設(shè)定值以冬、夏季模式自動(dòng)設(shè)定不合理，運(yùn)行靈活性差。夏季模式運(yùn)行時(shí)，不需考慮ACC的防凍問(wèn)題，以機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性為主。因此，空冷系統(tǒng)在自動(dòng)模式下運(yùn)行，其背壓設(shè)定值應(yīng)以所有風(fēng)機(jī)全部高速運(yùn)行的實(shí)際背壓為設(shè)定值較為合理。經(jīng)過(guò)上述理論與實(shí)際分析,我們將機(jī)組背壓的“自動(dòng)設(shè)定”改為由運(yùn)行人員“手動(dòng)輸入"。這樣就改善了機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的靈活性。（2）原邏輯中冬、夏季模式的區(qū)分為當(dāng)環(huán)境溫度＜8℃時(shí)為冬季模式，環(huán)境溫度＞10℃時(shí)為夏季模式。其冬季模式的環(huán)境溫度設(shè)定偏高，這樣就造成當(dāng)環(huán)境溫度在＜8℃＞0℃時(shí)就進(jìn)入冬季運(yùn)行，此時(shí)冬季保護(hù)被激活，當(dāng)排汽溫度與各列抽空氣溫度差＞8℃時(shí)，逆流保護(hù)動(dòng)作，逆流風(fēng)機(jī)自動(dòng)降速運(yùn)行；當(dāng)各列任一凝結(jié)水溫度和抽空氣溫度＜25℃時(shí)，順流保護(hù)動(dòng)作，順流風(fēng)機(jī)自動(dòng)降速運(yùn)行。這樣就造成環(huán)境溫度在＞0℃時(shí)，ACC只要有過(guò)冷現(xiàn)象，空冷風(fēng)機(jī)就會(huì)自動(dòng)降速運(yùn)行，導(dǎo)致機(jī)組背壓自動(dòng)升高，經(jīng)濟(jì)性降低。因此，我們將冬、夏季模式的區(qū)分改為當(dāng)環(huán)境溫度＜2℃時(shí)為冬季模式，環(huán)境溫度＞4℃時(shí)為夏季模式。（3）原邏輯中“冬季保護(hù)”有三種功能,即:順流保護(hù)、逆流保護(hù)、回暖循環(huán)。當(dāng)逆流保護(hù)動(dòng)作后，逆流風(fēng)機(jī)由高速切低速運(yùn)行，并在逆流保護(hù)復(fù)歸前自動(dòng)保持低速運(yùn)行。在環(huán)境溫度較低時(shí)，主控制器PID輸出降低順流風(fēng)機(jī)停運(yùn)后，由于逆流保護(hù)動(dòng)作逆流風(fēng)機(jī)保持低速運(yùn)行，而且我廠散熱器迎風(fēng)面風(fēng)速的設(shè)計(jì)值為4.35m/s，且軸流風(fēng)機(jī)的全風(fēng)壓高達(dá)89.5Pa，這樣就導(dǎo)致逆流散熱器出口管束過(guò)冷。由于該保護(hù)設(shè)計(jì)了“手動(dòng)”閉鎖功能，運(yùn)行人員無(wú)法手動(dòng)停運(yùn)該風(fēng)機(jī)，這樣就導(dǎo)致逆流管束過(guò)冷現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重。同時(shí)，原設(shè)計(jì)邏輯中當(dāng)逆流保護(hù)動(dòng)作后閉鎖回暖循環(huán)啟動(dòng)。因此，當(dāng)逆流管束過(guò)冷后回暖循環(huán)就無(wú)法進(jìn)行，起不到防凍保護(hù)的作用。綜上情況我們將“冬季保護(hù)”邏輯中的“手動(dòng)”閉鎖功能解除，這樣就提高了空冷系統(tǒng)冬季運(yùn)行調(diào)整的靈活性。（4）取消了“夏季模式”下各列“凝結(jié)水溫度及抽空氣溫度均大于30℃時(shí)，才允許風(fēng)機(jī)投入邏輯”。當(dāng)機(jī)組在“夏季模式”下運(yùn)行時(shí)，設(shè)計(jì)該邏輯無(wú)意義，反而增加了機(jī)組事故處理的難度，當(dāng)環(huán)境溫度在20℃以下時(shí)，機(jī)組運(yùn)行中跳閘ACC凝結(jié)水溫或抽空氣溫度很快就降至30℃以下，此時(shí)“風(fēng)機(jī)允許啟動(dòng)”信號(hào)消失，風(fēng)機(jī)無(wú)法啟動(dòng)，延長(zhǎng)了機(jī)組恢復(fù)時(shí)間。（5）原邏輯中：蒸汽分配閥的開(kāi)關(guān)由主控制器PID的輸出來(lái)控制，由于蒸汽分配閥開(kāi)、關(guān)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)5分鐘，且控制器輸出開(kāi)關(guān)閥門的定值各列間差值太小（僅1.3％）將會(huì)導(dǎo)致蒸汽分配閥頻繁開(kāi)關(guān),在機(jī)組啟、停過(guò)程中多次造成幾列ACC同時(shí)投、停，這樣就有可能在閥門動(dòng)作過(guò)程中導(dǎo)致機(jī)組背壓升高而保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)，而且在冬季環(huán)境溫度較低的情況下進(jìn)行頻繁投、停ACC冷卻單元及易造成散熱器凍損。為此，我們建議SPX公司將各列蒸汽分配閥的控制改為由汽輪機(jī)主蒸汽流量的大小來(lái)控制，主控制器PID的輸出只控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這樣比較符合ACC的防凍理論。3、雙速軸流風(fēng)機(jī)葉片的安裝角度的優(yōu)化

空冷島軸流風(fēng)機(jī)葉片安裝一般為固定角度，但在運(yùn)行過(guò)程中，我們檢測(cè)到各風(fēng)機(jī)出力不一致，各風(fēng)機(jī)電流差異較大，分別選取了其他工況相等的600個(gè)點(diǎn)計(jì)算其平均值如下圖：上圖為烏拉山電廠#4機(jī)168期間各列風(fēng)機(jī)電流平均值，5列為迎風(fēng)面，風(fēng)機(jī)排列為531246從外向里。最大電流與最小電流差18A，出力小8.25%。上圖為上都電廠#1機(jī)第一列8個(gè)風(fēng)機(jī)的電流平均值，8號(hào)風(fēng)機(jī)為迎風(fēng)面。最大電流與最小電流差9.2A。出力小7.86%上圖為上都電廠#1機(jī)第二列8個(gè)風(fēng)機(jī)的電流平均值，8號(hào)風(fēng)機(jī)為迎風(fēng)面。最大電流與最小電流差7.27A。出力小6.1%上圖為上都電廠#1機(jī)第六列8個(gè)風(fēng)機(jī)的電流平均值，8號(hào)風(fēng)機(jī)為迎風(fēng)面。最大電流與最小電流差11.6A。出力小9.951%上圖為上都電廠#1機(jī)第八列8個(gè)風(fēng)機(jī)的電流平均值，8號(hào)風(fēng)機(jī)為迎風(fēng)面。最大電流與最小電流差8.1A。出力小7.1%產(chǎn)生電流的不平衡原因是：風(fēng)機(jī)群在環(huán)境風(fēng)場(chǎng)的作用下，各風(fēng)機(jī)吸入口不同的負(fù)壓區(qū)影響所至，最前端的迎風(fēng)面風(fēng)機(jī)吸入量小，后逐漸增大。因此，對(duì)應(yīng)的空冷散熱器換熱性能不一樣，電流大的換熱性能高，反之換熱性能低。這樣運(yùn)行對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，安全性都不利，我們準(zhǔn)備對(duì)不同風(fēng)區(qū)的風(fēng)機(jī)葉片的角度在進(jìn)行調(diào)整，使各風(fēng)機(jī)、電機(jī)都能達(dá)到額定出力，以保證各空冷散熱器換熱效果。4、空冷運(yùn)行的一點(diǎn)體會(huì)如何保證龐大空冷系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，我們認(rèn)為需要把握好以下幾點(diǎn)：4.1安裝及調(diào)試過(guò)程中的清洗散熱片內(nèi)部存在著大量的氧化皮和鐵屑，同時(shí)在存放和安裝階段難免有沙塵進(jìn)入，每公斤沙塵可污染幾十萬(wàn)噸蒸汽。所以空冷系統(tǒng)的清洗工作的好壞直接關(guān)系到將來(lái)鍋爐運(yùn)行的給水品質(zhì)，尤其是Fe和SiO2。ACC的清洗工作一般分為兩階段進(jìn)行第一個(gè)階段為細(xì)致的手工清洗階段，由人工用金屬絲刷手動(dòng)清除排汽管道和配汽管道內(nèi)壁的塵垢和氧化皮。注意不要使塵垢落入換熱管束內(nèi)；在封閉凝結(jié)水收集管的端板之前，應(yīng)采用水沖洗（如消防水或工業(yè)水）將管道內(nèi)的雜質(zhì)進(jìn)一步清理干凈。注意不要讓管道內(nèi)部充滿水，否則系統(tǒng)將無(wú)法承受其重量帶來(lái)的負(fù)荷。在此清洗階段，應(yīng)特別注意將抽空氣管道用水沖洗干凈，從而避免造成真空泵入口濾網(wǎng)堵塞。

第二個(gè)階段是蒸汽清洗階段，該階段為ACC系統(tǒng)的全面清洗過(guò)程。其目的是將蒸汽引入空冷排汽裝置對(duì)其管道和換熱管束進(jìn)行熱態(tài)清洗，將系統(tǒng)中的污垢（主要是氧化鐵）從系統(tǒng)中清除。此清洗階段，在除鹽補(bǔ)水量充足的情況之下，流量越大、時(shí)間越長(zhǎng)、循環(huán)次數(shù)越多，效果越明顯。建議每列散熱器最少進(jìn)行10次以上間斷性的沖洗。每次的沖洗時(shí)間以排放的凝結(jié)水中固體懸浮物的含量或鐵離子合格為原則。4.2有益的嘗試⑴在排汽裝置內(nèi)設(shè)置除鐵磁柵，并利用每次停機(jī)機(jī)會(huì)都對(duì)除鐵磁柵和排汽裝置進(jìn)行清理。上都機(jī)組運(yùn)行4個(gè)月來(lái)，每次停機(jī)都可以清理出大量的鐵屑和泥沙。⑵在對(duì)凝汽管道噴沙處理時(shí)，盡量用鐵沙，不要用石英沙，以減少系統(tǒng)含硅量。4.3空冷系統(tǒng)風(fēng)壓試驗(yàn)空冷系統(tǒng)非常龐大接口多、焊口多，正常運(yùn)行后，真空泄漏的查找很棘手，堵板一但拆掉基本沒(méi)有什么太好的辦法。只有在安裝過(guò)程中嚴(yán)把空冷系統(tǒng)的焊接質(zhì)量關(guān)和風(fēng)壓試驗(yàn)關(guān)，必要情況下可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際延長(zhǎng)風(fēng)壓試驗(yàn)時(shí)間，提高試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)甚至可多做幾次試驗(yàn)直至符合要求為止。4.4空冷系統(tǒng)防凍空冷系統(tǒng)防凍工作對(duì)上都這樣的高寒地區(qū)尤為嚴(yán)峻，我們目前采取了以下措施，收到了一定的效果。⑴空冷凝汽器各