榆横电厂1号直接空冷机组降低背压、提高经济性研究

榆横电厂1号直接空冷机组降低背压、提高经济性研究

李亚奎 ,解小军

陕西华电榆横煤电有限责任公司榆横发电厂  陕西省榆林市   719000

摘要：随着全球变暖的趋势，环境温度日益增高，对直接空冷机组背压影响较大，限制了机组带负荷能力。榆横电厂#1机夏季工况设计32KPa，2021年夏季环境温度30℃ 时背压达到40KPa远超设计值，机组最大带负荷能力由660MW降低至620MW，通过降低机组背压能够提高机组带负荷能力，但空冷喷淋系统耗费水量大，水无法回收。在空冷排汽管加装喷淋系统来降低机组背压。

关键词：横榆电厂；排汽温度；喷淋；机组背压

一、机组概述

榆横电厂汽轮机为东方汽轮机有限公司生产制造的 NZK660-24.2/566/566 超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽轮机。与机组配套的空冷系统是采用哈尔滨空调有限公司生产的机械通风直接空冷系统（ACC）。空冷系统包括排汽系统、空冷排汽装置、凝结水系统、抽真空系统、清洗系统，相关仪表控制系统。

榆横电厂位于陕北高原地区，水资源相对匮乏，空冷机组与湿冷机组最主要的区别在于其冷端系统，榆横电厂一台机组空冷排汽装置包括8列7排共56个管束单元，每列为5顺流2逆流管束单元配置，每台风机由变频器控制电机驱动，风机转速可通过变频器在25%至110%额定转速范围内进行调节,功率传递由齿轮箱完成。汽轮机排汽通过两根DN6000的排汽管道排至标高57米的空冷岛上，通过排汽母管进入ACC的蒸汽分配管，蒸汽由分配管分配给各翅片管束。蒸汽在翅片管内流动，同时由风机强制驱动的冷却空气交叉掠过管外，与管内蒸汽进行表面式换热，带走乏汽热量，使排汽凝结成水，再经凝结水泵回到回热系统。

抽真空系统配有三台水环式真空泵，机组启动时，三台泵同时投入运行，以便加快抽真空速度。机组正常运行时，一台真空泵运行，两台备用。机组在凝结水回水管道、空冷各单元抽汽管道上均设有抽真空点。

空冷背压是冷端系统的综合指标，其高低直接关系到整个机组的安全性和经济性。根据初步估算空冷排汽装置背压每变化±1KPa约影响供电煤耗±1.52g/kW.h。因此对空冷机组冷端设备运行特性进行研究，找到影响机组排汽压力的主要因素，分析这些因素对排汽压力的影响规律，提出有针对性的措施使空冷机组保持在最经济的背压下运行，对于提高直接空冷机组运行经济性，促进节能降耗工作具有十分重要地现实意义。

二、影响660MW直接空冷排汽装置背压因素分析

1.风机故障对空冷背压的影响：夏季为了降低机组背压，空冷风机长时间超频运行，风机减速机故障停运频率较多。因此榆横电厂提前准备了3台备用减速机，经过数据对比1台减速机出现故障停运对机组背压影响较小，榆横电厂发现任一台减速机故障停运时，都及时组织人员进行减速机更换，故减速机故障为非要因。

2.真空系统严密性对背压的影响：直接空冷机组的真空系统十分庞大，由于排汽管道和空冷散热元件都是焊接结构，对于直接空冷的汽轮机组来讲，排汽将通过DN6000的排汽分配管送往容积巨大的空冷散热器，而这一庞大的系统始终处于负压和真空状态。因此，空冷系统本身或与该系统相关的焊缝、法兰、阀门、爆破膜、人孔门和测点接口等都有可能出现漏空现象，而管路系统和散热器本身由于不均匀沉降和过应力等引起的变形开裂也可能造成空气泄漏，榆横电厂针对真空系统泄漏点查找困难的不利因素，每年外委专业队伍利用专业查漏设备进行一次真空系统查漏工作，厂内要求真空系统真空下降值＜100pa/min，出现真空系统下降值超标时，班组人员及时查漏，2021年至今真空系统下降值均在100pa/min内未出现超标，故为非要因。

3.热风回流对背压的影响：空冷的热风回流会使空冷排汽装置入口的空气温度上升5℃左右，会对平均温差为15℃的空冷散热器的传热量降低30%，严重影响空冷散热器的传热性能，降低机组的经济性。在实际运行中热风回流会导致机组背压迅速升高而迫使机组快减负荷，甚至造成背压高保护动作引发停机，这种情况一般在夏季时有发生。根据经验和数值模拟分析，从炉后及侧后吹来的大风对空冷排汽装置最为不利，这些方向的大风最容易造成空冷排汽装置的热风回流。当大风从锅炉房和汽机房方向吹来时，会在汽机房的上部产生复杂的尾流流动，热空气在其背部形成一个巨大的尾流区，加上从散热器上方来的上升热空气进而在空冷岛附近形成一个复杂的流场。在空冷岛与汽机房相邻的一侧，由于该区域的风机抽吸和大风在汽机房背部形成涡流区的共同作用，在该区域形成一个局部的负压区，使附近空冷散热器排出的部分热风又被抽吸到风机的入口区域，导致该区域的风机入口温度明显升高。在空冷岛的上方，热空气会在这些单元产生逆向流动，即“热风回流”现象。发生“热风回流”的风机会向空冷平台下其它的风机入口输送热空气，导致这些风机的入口温度上升。而在这些空冷岛的外侧，大风在空冷岛的后部形成一个较强的尾迹回流区并发展成很强的涡流，同时在空冷平台的挡风墙下风侧也形成水平涡流，进而将热风抽吸回这一区域的风机入口，同样导致风机入口温度上升。外界环境风速越大，现象越明显，对机组的安全运行影响也越大，榆横电厂在基建初期针对当地风向收集了2年风向数据，厂区布平面置图设计时尽可能的避免了炉后风对空冷岛的影响，故非要因。

4.空冷岛翅片脏污对背压的影响：空冷排汽装置的外表面是翅片，翅片间距为2.3mm，翅片尺寸为200mm×19mm。在空冷岛的运行过程中，空气中的灰尘容易在翅片上积聚而堵塞通风间隙，降低散热效果。春夏之交的柳絮、杨絮，夏季的昆虫通过空冷风机也会积聚在翅片上，影响翅片的散热，造成空冷岛翅片脏污。  由于榆横电厂所处陕北高原地区环境风沙大，灰尘多，环境条件较差,空气中固体小颗粒比较多, 空冷岛露天布置，空冷夜间照明，吸引飞蛾等昆虫，随着运行时间的增加，在翅片的间隙中会产生灰尘聚集，昆虫尸体沾附在翅片管表面等现象，导致空冷岛散热能力变差,机组背压升高，对运行的空冷岛产生很大影响,若空冷岛脏污不进行及时的冲洗，会导致同负荷下背压升高10～20kPa，针对空冷岛翘片脏污，榆横电厂在每年入夏前进行一次空冷岛冲洗，故非要因。

5.环境温度高：空冷岛设计：经查空冷岛技术协议及设计说明，运行工况（TRL工况），在夏季空气温度为29℃，挡风墙顶部1米处环境风速为4.0m/s，风机按100%额定转速运行时，汽轮机排汽口处背压不大于32kPa。运行工况：2021年07月14日榆林地区环境温度最高37℃，机组带负荷630MW时，1号机组背压高达38kPa，较设计背压高8kPa，严重影响机组长周期安全经济性。

夏季环境温度高（2021年07月环境温度最高37℃），1、2号机组在2021年进行了工业供汽改造，单台机组低压蒸汽最大抽汽量60t/h,中压蒸汽最大抽汽量155t/h，凝结水回水至排汽装置，增加了进入空冷岛热负荷，引起机组背压进一步升高，故为要因。

三、改造方案

通过对机组背压原因分析结合市场调研和部分电厂应用效果反馈，决定采用供热凝结水回水直接接至空冷排汽管道，供热回水温度为常温与空冷岛排汽通过补水雾化系统改造技术（新型雾化喷嘴）进行混合式换热，从而降低进入空冷岛的排汽温度，减轻空冷风机的负载，降低机组背压。

1.在空冷排汽管垂直管段上加装喷嘴，水源取自供热凝结水回水管道，喷淋雾化后凝结水通过空冷排汽管回水至排汽装置；

2.减温水水源取自供热回水母管，供热回水温度常温，流量160t/h，压力0.4--0.5MPa，空冷排汽管垂直管段管径尺寸6020×20m，夏季低压缸排汽温度70℃。

3.预在每根排汽管加装3排喷嘴（无缝钢管φ108×6  #20），每排布置6个喷头，减温水母管尺寸（无缝钢管φ219×7  #20），手动截止阀PN1.6MPa  DN200  1台，手动真空截止阀PN1.6  DN100 6台，电动调节阀PN1.6MPa  DN100   6台，流量孔板PN1.6MPa  DN200  1套。

                          榆横电厂空冷喷淋系统图

四、改造效果

1.合理利用了排汽余热，提高了机组的热经济性：

火电厂生产过程总是存在着数量不等、无法控制的热损失。在这些损失中，以冷源损失为最大。改进后的补水雾化系统及装置，是将温度低的补水以雾化的方式直接喷入排汽管内，使其大量吸收汽轮机乏汽余热，能够起到冷却排汽和提高机组的热经济性。

2. 降低含氧量：

补水的温度低于凝结水温度，在没有任何加热的情况下补入热井后，溶解在其中的大量空气不能完全析出，可能造成凝结水含氧量超标。采用补水雾化后，水滴被加热为相应排气压力下的饱和水，使溶解于其中的绝大部分空气析出，实现了凝结水的初步除氧，同时有利于降低低压设备的氧腐蚀程度。

3.风机耗电量占厂用电量的份额较大，雾化除盐水方式能降低机组冷端的热负荷，在保持凝结水温度不变的情况下，可减小风机风量，降低风机耗电量，从而减少厂用电量。

4.2022年2月28日完成一号机空冷排汽管喷淋改造，04月23日试验证明有效降低背压1.2KPa。

5.直接经济效益：降低机组背压1.2Kpa，降低煤耗1.87g/kwh,,共节约33万元。

6.间接经济效益：每小时节约空冷喷淋水量100t/h,按每天投运3小时计算共节约300t/天，夏季2个月计算，节约共计54万。

五、后续安排

1.榆横电厂1号机组实施后达到预期目标，2号机组计划在2022年5月进行实施。

参考文献：
[1]常刘平. 直接空冷发电机组冷端优化[D].南昌大学,2020.

[2]贾志平.直接空冷机组夏季背压降低方法研究[J].中国设备工程,2019(16):153-154.

[3]王烨,杨晓国.关于降低直接空冷机组背压与节约燃煤消耗之分析[J].中国电业(技术版),2015(04):63-65.