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1、个人收集整理勿做商业用途封面个人收集整理勿做商业用途作者： Pan Hongliang仅供个人学习600MW直接空冷电站设计经验，对空冷汽轮机技术条件、空冷系统容量、风机群噪声、大风对空冷系统的影响等问题提出意见。如：留出足够的安全运行背压余量，尽量避免机组跳闸现象的发生；对汽轮机汽封设计及汽封加热器容量应给以足够的重视；空冷机组负荷调度应符合空冷系统运行的特点。文章最后分析了汽个人收集整理勿做商业用途轮发电机基座和空冷平台支撑结构安装的技术问题，目前，已开展小柱距全钢结构空冷平台的研究和应用，以降低造价，减轻施工难度。 关键词： 直接空冷；空冷凝汽器；汽轮机；设计；发电厂 0 引言随着我国电
2、力工业的快速发展， 需要在我国“三北”富煤缺水地区建设一批大型空冷电站。 1992 年，北京国电华北电力工程有限公司（下称华北院）针对大同第二发电厂二期工程（以下简称大二） , 重点研究了 600MW机组直接空冷系统的应用问题。当时，以引进机组为研究对象，对空冷系统优化、空冷机组匹配关系、凝结水系统设计及防腐措施、大风对空冷系统的影响等课题进行研究。1999 年，国内汽轮机制造业能力提高，着手研究采用国产600MW直接空冷汽轮机的可行性，并完成了调研报告。 2001 年 5 月，经原国家电力公司科技环保部组织国内 专家对调研报告进行评议， 认为国内已具备生产大型空冷机组的条件，促成了国内大型空
3、冷机组的诞生。 大二项目为国产首台亚临界 600MW直接空冷机组的试点工程，随后一大批采用国产亚临界 600MW、 300MW空冷机组的工程开始兴建。华北院设计的工程有上都 ( 正兰 ) 电厂 2600MW(6600MW)，托克托电厂三、四期 4600MW(+2600MW)，岱海电厂二期 2600MW(+4600MW)，丰镇三期 2600MW(2600MW)，神头二电三期 2600MW等工程采用直接空冷系统，阳城电厂二期 2600MW采用表面式凝汽器间接空冷系统。 其他还有 300MW、135MW、100MW、 50MW空冷工程。大二 2 台 600MW机组 (7 号机和 8 号机 ) 已于
4、2005 年 4 月和 7 月相继投入运行。 7 号机在严冬条件下顺利通过冷态起动，8 号机在夏季高温条件下满负荷顺利通过 168h 考验，证明国产空冷机组和空冷系统的设计、制造、施工、调试和运行是成功的。托克托电厂2 台 600MW空冷机组 (5 、6 号机 ) 也于 2005 年 9 月和11 月顺利通过 168h 试运行。1 我国空冷电站技术特点个人收集整理勿做商业用途由于我国电网缺乏调峰容量， 夏季电负荷紧张， 电网要求空冷机组夏季需带满负荷且年不满发小时数越少越好。这与空冷机组的运行特点是相矛盾的 , 需要合理解决汽机容量 ( 主汽流量 ) 和空冷系统容量的问题。空冷机组运行特点是：
5、（1） 机组背压是随大气温度升高而升高的，夏季气温高，汽机背压高，发电能力减少， 为追求满发， 必然加大空冷系统投资。 超( 超) 临界机组由于锅炉汽水质量标准比亚临界高，夏季满发的矛盾更为突出。目前，为了控制投资，建议在正常情况下，亚临界机组的不满发小时数为 200h 左右，可作为亚临界汽轮机容量选型的参考。大二夏季满发的设计条件是环境温度为 30、背压为 30kPa （甚至于 32kPa），汽机额定流量（ TMCR流量）为 1975.88t/h 。空冷凝汽器的容量应通过优化确定 , 真空严密性必须满足空冷系统的要求。大二的空冷凝汽器总散热面积为 153 万 m2(56 台风机 ) 。当条件
6、恶化， 如环境气温较高 , 风速大，空冷凝汽器变赃 , 汽机设计误差较大 , 汽机阀门泄漏等不利因素 , 必然导致背压升高，出力受到影响。（2） 直接空冷机组对环境风向风速极其敏感，我国北方地区风大。不利风向容易造成机组跳闸。 即使有利方向的大风也易造成机组负荷突然降低。空冷机组夏季不满发小时数实际要超过200h。而国外空冷机组不规定不满发条件。如南非马廷巴 6665MW机组，在气温为 21，机组背压为 22kPa，可满发 665MW；当气温升高至 30，背压约为 30kPa，发电负荷为 600MW。高气温可降负荷运行，负荷调度符合空冷机组的规律。允许使用汽机调门全开（VWO）流量增加出力，在
7、 VWO流量条件下，气温为 35，背压为 35kPa，可满发 665MW。但须严格控制机组背压不超过 33kPa(亚临界直流炉， 凝结水温不宜超过 70) 。又如澳大利亚Millmerran电站 2425MW超临界直接空冷机组，在气温18，背压为25kPa时，发电负荷为 425MW，气温升高，控制机组背压不超过 25kPa，在 31条件下，机组发电负荷为 360MW(由于阴树脂耐温的原因， 凝结水温不宜超过 67) 。如果过分强调夏季满发，则势必加大汽机进汽量 ( 容量加大 ) ，为控制背压不至过高 ,势必加大空冷系统的投资。 所以我国电网调度应研究空冷机组运行特点，按空冷机组运行特性进行负荷
8、调度。个人收集整理勿做商业用途2 汽轮机技术条件的拟定2.1设计思路（1） 汽机考核工况的确定。采用电站负荷模式中 100%额定工况的气温 - 小时分布，以 5 (5 以下按 5计 ) 及以上气温小时的加权平均值确定设计条件下的气温，以空冷优化的对应背压作为机组热耗考核工况的背压。为什么不用 6000h 加权平均呢？因为在 6000h 运行模式中，机组低负荷的气温 - 小时会对统计产生影响， 在同样气温条件下， 当低负荷、低背压情况下求出的加权平均值不是汽机额定功率的加权平均值。6000h 法仅用于空冷系统寻找参考点的方法，不同于确定汽机特性参数的条件。大二600MW空冷汽轮机热耗考核工况为1
9、5kPa。（2） 最低运行背压的确定。机组最低运行背压取决于汽机的特性、空冷系统散热能力、 空冷系统及排汽管道的阻力，还取决于空冷系统的过冷度。通过优化，在 TMCR流量条件下，单排管或双排管空冷凝汽器在最低运行背压为 8 8.5kPa 时机组经济性最佳。 背压再低造成过冷度损失加大， 回热系统负荷增加，也会增加真空泵选择的难度。（3） 汽机满发背压的确定。对亚临界机组，可参照电站气象条件，根据夏季保证率为 90%确定不满发小时数为200h 左右，并根据优化的ITD（初始温差）值 , 大二及以北地区，一般采用 30kPa 作为满发条件。虽然 VWO流量满发背压可达 48kPa 左右，但应留出防
10、止机组跳闸安全背压裕量 ( 汽机跳闸背压与机组最高运行背压之差 , 下同 ) 在 25kPa以上，控制电站最高运行背压不宜超过 35 40kPa。2.2空冷机组运行情况大二 2 台 600MW机组运行情况良好， 轴系稳定性好， 轴振符合要求， 但汽封个人收集整理勿做商业用途供汽压力偏高。机组考核工况 (15kPa) 基本符合要求。但在高气温高背压时 (30kPa) ，各段回热抽汽压力偏低 , 温度偏高 ( 如 2005 年 5 月 15 日 14 00，汽机背压为 30.65kPa，负荷为 601.9MW,七段超温 53，六段超温 48.6 ，五段超温 53.9 ，四段超温 12，三段超温 1
11、9.1 ，二段超温 14.5 ，一段超温 14 ) 。显然高背压时机组效率降低， 低压缸排出热量偏大，造成空冷散热器热负荷增大，背压增高。这种情况在大同二电厂一期工程 200MW机上也显现出来， 说明我国空冷机组有待改进。汽机轴封冷却器面积偏小， 高背压条件下不能有效冷却轴封抽汽量。 轴封供汽压力偏高， 说明轴封泄漏空气问题还有待改进。 机组本体阀门不够严密， 漏流现象时有发生。 总体来看，哈尔滨汽轮机厂第 1 台 600MW空冷机组在大二运行是成功的。2.3提高空冷汽轮机运行经济性对策（1） 改变汽封结构。保证高背压条件下低压轴封的有效性，防止空气漏入真空系统；加大轴封冷却器冷却面积，高背压
12、条件下，凝结水温高，冷却面积拟按机组最高背压条件下凝结水温情况计算配置合适的轴封冷却器；同时还应加大轴封冷却器抽真空冷却风机容量。（2） 汽机热耗考核点向高背压方向移动。 汽机考核工况为 THA，距 TRL（汽轮机铭牌工况） 点较远，由于末级叶片偏长， 高背压工况低压缸尾部各级叶栅的负荷计算误差较大， 空冷机组在高背压条件下对各级汽温影响估计不足， 造成设计制造误差较大 ( 工程未对 TRL工况作出验收， 应该对背压为 30kPa，满发 600MW 负荷时的主汽流量作出验收 ) 。为了避免设计制造误差过大，建议今后汽机热耗考核点往高背压方向移动。例如马廷巴电厂考核背压为 22kPa，澳大利亚
13、M电厂考核背压为 25kPa。将来对于超临界机组可否考核 TRL的热耗，值得研究。因为机组最高运行背压对凝结水精处理树脂耐温影响较大， 应严格控制机组设计制造误差对空冷凝汽器负荷的影响。个人收集整理勿做商业用途2.4超( 超) 临界空冷机组满发背压拟定的初探超( 超) 临界采用直流炉， 对炉水品质要求严格， 凝结水精处理必须有效地在线运行，而精处理树脂有耐温要求， 目前尚未掌握阴阳树脂高温条件下使用情况，因此必须深入了解：（1） 进一步落实阴、 阳树脂实际耐温情况及高温条件下分解产物对炉水的影响。（2） 从已运行的直接空冷机组在凝结水温 65切除阴床后，应了解炉水品质恶化情况，落实阳树脂耐温情况。（3） 进一步落实粉末树脂耐温情况及分解产物对炉水品质的影响。由此根据树脂耐温情况及炉水品质要求， 确定超临界机组正常运行的最高背压值 ( 含 VWO流量最高背压限值 ) 。另外， 根据国外机组运行情况， 提供可参考运行方式：马廷巴电厂最高运行背压控制在 33kPa以下。即凝结水温约 70 ( 阳树脂限制 ) 。澳大利亚 M电厂 4
