国产化首台 600MW 直接空冷机组空冷系统逻辑优化及存在问题的解决策略探究(通辽发电总厂)摘要：做为国家发改委 863 重大科研项目,首台国产化 600MW 空冷机组投产后的安全经济运行状况，对国内空冷技术有着决定性的示范意义，本文在介绍机组运行特点的基础上，主要针对空冷系统在防冻、经济运行等方面存在的问题，提出解决措施，并根据系统的运行情况与不足对热工自动化控制逻辑进行控制策略上的优化，从而保证空冷自动及保护系统在机组启停及运行过程中全过程投入，并根据环境温度、机组负荷自动控制背压，提高了机组运行经济与安全性能关键词：国产化 600MW 直接空冷机组 逻辑优化 存在问题 解决策略0 引言通辽发电总厂 5 号空冷机组是国家发改委批复的国产首台 600MW 直接空冷示范项目由中国电力工程顾问集团公司和哈尔滨空调股份有限公司组成的联合体共同负责设计、制造，具有 100%自主知识产权工程自 2005 年开工建设以来,顺利完成了设计、建设、调试、试运行等各项工作，机组于 2008 年 7 月11 日通过 168 小时，正式投入生产，投产以来累计运行约 3500 小时从空冷系统启动及运行状况看，未出现空冷风机大量跳闸、真空系统大幅度波动、背压调整不当、真空建立不及时、空冷岛大面积结冻等现象，整个系统运行比较稳定。
从空冷系统运行性能看，施工工艺、设计水平、运行参数均处于较好水平1 设备及系统简介1） 设备概况：通辽发电厂三期工程 5 号机组汽轮机为哈尔滨汽轮机厂生产的亚临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、直接空冷凝汽式 600MW 汽轮机组，型号：NZK600-16.7/538/538-2汽轮机排汽装置由哈尔滨汽轮机厂辅机工程有限公司生产，排汽装置兼有凝结水箱的功能，机组补水进入排汽装置，排汽装置利用低压缸排汽对空冷系统凝结水和补水进行加热除氧空冷散热器由哈尔滨空调股份有限公司生产，散热器为双排管，翅化比117，64 个冷却单元，A 型夹角 60 度，总散热面积 1653379m2，设计迎面风速2.2m/s，设计散热系数 31 W/(m2·K)空冷风机为保定惠阳航空螺旋桨制造厂的轴流冷却风机，型号 G-TF91D8-C1132,风机直径 9.144m，每台风机 8 个叶片，顺流风机叶片角度 15.5°，逆流风机叶片角度 14°，静压 116Pa，静压效率 65.2%，轴功率 80.8kW，电机额定功率 132kW2）系统简介空冷系统从汽轮机低压缸排出的乏汽，经由两根直径为 DN6000 排气管道引出主厂房外，垂直上升到 37.5m 高度后，向两侧引出 8 根直径为 DN3000 的蒸汽分配管将乏汽引入空冷凝汽器顶部的配汽联箱。
每组配汽联箱与 8 个冷却单元连接，每个冷却单元由 8 块冷却翅片管束和一个直径 9.14 米的轴流风机组成8 块翅片管束以接近 60 度角组成的等腰三角形“A”型结构构成， “A”型两侧分别为 4 个管束，顺流管束长度为 9.90m，逆流管束长度为 9.30m，宽度均为3.02m当乏汽通过联箱流经空冷凝汽器的翅片管束时，大量的冷空气被轴流风机吸入通过翅片管外部进行表面换热，将乏汽的热量带走，从而使排气凝结为水凝结水由凝结水管收集起来，排至凝结水箱，由凝结水泵生压，送至汽轮机热力系统汽轮机排气中 70％～80％的乏汽在顺流凝汽器中被冷却，形成冷凝水，剩余的蒸汽随后在逆流凝汽器中被冷凝流程图如下： 空冷流程示意图2 空冷系统投产后运行中存在的主要问题1）经济运行指标达不到设计要求自投产以来，2008 年机组平均负荷完成 441.6 MW，背压完成 19.1Kpa高于设计值（13.1Kpa）6 Kpa ，影响煤耗约为 12.2g/kwh，主要原因一是建设周期过长，空冷散热片污染严重，始终未清洗，换热效果差，导致夏季高温季节时机组背压过高，环境温度在 30℃时，负荷 600MW，机组背压达 38kpa；二是对首台空冷冬季防冻特性没有成型经验，受空冷防冻影响，11、12 月份机组平均背压与设计值比较，升高 2.0 Kpa，因化冻影响平均背压升高 2.4 Kpa，累计影响背压 4.4 Kpa。
各参数见表一、表二蒸汽分配管逆流单元接 3 台真空泵抽真空管汽轮机排汽空冷风机 凝结水联箱凝结水联箱排汽装置凝泵至除氧器表一：机组夏季运行参数日期 时间 负荷 背压 环境温 度 蒸汽 量 凝结水 温度 出口风温 风机台数 风机转数 真空泵 台数8.7 2:00 380 18 22 1189 53.5 54 60 70 18.7 12:00 404 23 29 1372 58.5 60 60 75 18.7 9:00 444 24 24 1410 61 61 60 71 18.6 1:00 500 19 20 1574 53.5 54 60 72 18.6 4:00 400 14 20 1248 53 54 60 72 18.6 17:00 430 28 30 1349 63 62 60 74 28.5 17:00 500 34 31 1599 68 67 60 76 27.28 11:00 542 39.3 28 1682 72 73 62 76 37.28 8:00 600 38.9 24 1820 72 72 62 76 37.28 11:31 543 41.6 29.7 1670 73 73 62 76 37.28 15:00 510 37.9 31.9 1585 72 72 62 76 3表二、空冷冬季运行参数日期 时间 负荷 背压 环境温度蒸汽量 凝结水 温度风机台数 风机转数 真空泵 台数12.12 8:00 604 18.7 -17 1876 58 42 66 212.20 17:38 606 22 -13 1925 60 42 62 212.21 5:38 320 20 -20 1071 60 40 30 212.21 20:00 553 22 -17.8 1758 62 42 30 212.25 19:14 450 17.8 -9.6 1384 64 41 64 22）空 冷 系 统 冬 季 防 冻 性 能 较 差空 冷 机 组 在 冬 季 运 行 的 防 冻 问 题 至 关 重 要 ， 但 在 机 组 运 行 期 间 仍 暴 露 出 各列、同一散热片各管束之间蒸汽分配不均，导致气温过低时，部分管束过冷，内排温度低于外排管 10～30℃，管束冻结现象比较普遍，造成膨胀不均，出现局部散热片变形现象。
（见下图）3） 机 组 真 空 系 统 存 在 较 大 漏 泄 现 象08 年 7-12 月 份 空 冷系统真空严密性平均值为 0.4Kpa/min，最高值达0.52Kpa/min，由于漏空气量较大造成空冷散热片局部聚集空气导致过冷和结冻，使机组在冬季低温季节被迫保持三台真空泵运行， 08 年真空泵累计多耗电16.8 万 kwh4） 空 冷 防 冻 保 护 及 自 动 调 节 逻 辑 不 完 善 ， 空 冷 自 动 无 法 正 常 投 入主 要 原 因 是 逆流单元防冻保护动作时，顺流风机转速保持直至逆流单元防冻保护解除，这过程中造成顺流单元过冷甚至冻结顺流单元防冻保护逻辑也存在同种问题，并且顺流单元防冻保护温度测点取自母管，无法监调各单元实际状况，不能及时将机组背压及凝结水过冷度调至最佳状态5）排汽装置补水时，凝结水溶解氧超标严重，最高时达到 200 微克/升6）机组满负荷运行时，凝结水温度超过 72 度，需两台凝结水泵并列运行才能满足凝结水流量、压力的要求7）空冷风机运行经常出现风机跳闸和启不来的现象3 运行中采取的良好经验1）减少外部漏风，改善空冷器散热能力自投产以来,空冷系统存在封闭不严的施工问题，主要有：①各列南北两侧档风板漏风；②东西两侧与管束下方连接的档风板漏风；③各列中间的单元分隔墙的档风板漏风；④档风板间的电缆桥架严重漏风；⑤所用档风板的开孔处漏风；⑥管束缺少密封条导致漏风；⑦管束下联箱同凝结水管路连接用的弯管与档风板缝隙大，漏风； 设计问题主要有：①所有隔离门上方的档风板变形，漏风；②逆流单元上方的档风板与抽空气管道连接部位，开孔漏天，设计图纸无明确要求；③个别管束变形大，致使其与 A 型架间隙大；上述问题造成散热片通风不足,换热效果不佳。
为此我们采取的措施：1）采用彩板折弯角铁（∟35×35×1）加 V125 型聚胺脂密封条密封及彩钢板封堵，确保封堵严密无漏风；补齐缺少的密封条；2）各列门上方的档风板变形，漏风，重新设计加角铁连接各挡风板矫正变形，杜绝漏风；3）逆流单元上方的档风板与抽空气管道连接部位采用 2mm 厚的钢板封堵；4）A 型架间隙大采用镀锌薄铁板封堵生产各级管理人员对空冷岛漏风点逐项进行了严格验收,从而保证了通风出力，提高了空冷器散热能力2）合理安排空冷散热片冲洗方式，保证冲洗质量由于空冷岛安装时间长，散热器清洁度不好,换热效果较差,自 7 月份投机组产后高温季节环境温度达到 32℃时，机组背压达 38kpa，针对这个问题，组织生产维护人员进行了为期一个月的高压水吹扫工作，使散热器换热面得到良好清洁，最终机组背压下降 4-6kpa3）积极进行缺陷处理，消除隐患一是 64 台空冷风机运行过程中, 出现 5 台风机（1 列 8、2 列 5、3 列5、4 列 4、7 列 4）启动后由于润滑油压低保护动作跳闸，原因为油泵入口滤网堵塞及变频器故障所致二是真空泵入口滤网出现了堵塞问题，采用除盐水对抽真空管道进行冲洗和在真空泵入口滤网前加装手动门，实现了滤网清扫和抽空气管道清洁，效果明显。
三是由 于 排 气 装 置 背 压 取 样 管 布 置 不 合 理 ， 造 成取 样 管 积 水 ， 背 压 指 示 不 准 确 ， 更 改 了 取 样 管 布 置 ， 使 背 压 显 示 准 确 ， 从 而 保 证了 保 护 动 作 的 正 确 性 和 机 组 的 安 全 稳 定 运 行 4） 积极采取防冻措施，保证防冻安全主 要 有 效 措 施 有 ： ① 抽 真 空 管 道 加 装 伴 热 带 ； ② 取 消 凝 结 水 回 水 管 “U”型 弯 ；③ 再 热 汽 冷 热 段 管 道 加 装 疏 水 排 大 气 ， 以 利 于 冬 季 启 停 机 时 ， 再 热 汽 疏 水 不 进入 空 冷 岛 ； ④ 启 动 前 抽 真 空 时 不 投 轴 封 供 汽 ； ⑤ 在 锅 炉 参 数 允 许 的 情 况 下 推 迟 低压 旁 路 系 统 投 入 时 间 ； ⑥ 正 常 运 行 时 设 专 人 对 空 冷 岛 各 部 温 度 进 行 检 查 ； ⑦ 储 备充 足 的 苫 布 、 炭 炉 等 防 冻 物 资 ； ⑧ 汽 机 启 动 后 、 打 闸 前 关 闭 所 有 至 排 汽 装 置 的 疏水 门 ， 将 主 、 再 热 汽 、 轴 封 系 统 、 辅 汽 系 统 疏 水 排 大 气 。
上 述 防 冻 措 施 取 得 一 定 效 果 ， 冬 季 机 组 启动 13 次未发生空冷系统大面积结冻现象5）空冷参数的调整与测试，为国产空冷机组运行提供宝贵经验①对空冷逆流风机自动回暖方式进行研究，增加回暖效果②对风机过负荷跳闸原因进行分析，采取限制措施保证风机的最大出力下稳定运行，提高空冷机组的安全经济渡夏能力③ 对空冷风机最低转速 22.5 rpm 时存在润滑油压低跳闸现象进行原因分析，采取措施保证风机的最大调整余度，从而达到节能降耗的目的，使机组在经济工况下运行4、 空 冷 系 统 控 制 逻 辑 优 化 及 真 空 系 统 查 漏 是 空 冷 防 冻 与 保 证 经 济 运 行的 最 有 效 措 施为 实 现 空 冷 系 统 的 自 动 投 入 ， 保 证 空 冷 系 统 冬 季 运 行 安 全 ， 努 力 降 低 背 压。