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[摘 要]针对直接空冷机组夏季高温天气散热不良造成真空低严重限制机组负荷的问题，通过多种方法的实践探索，提高了机组真空度、增强了机组带负荷能力，为同类型机组夏季真空低限负荷问题提供了借鉴经验。
[关键词]空冷 出力受限 尖峰凝汽器 喷淋 超频
中图分类号：U64 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）17-0318-02
0引言
直接空冷系统夏季低真空运行是影响机组安全、经济运行的主要问题。内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司（以下简称：托克托发电公司）5、6、7、8号直接空冷机组从投产以来一直面临夏季限负荷的问题。当环境温度大于30℃时，负荷500MW工况，机组平均真空只有-57kPa。（机组额定容量600MW，实际最高负荷只能达到500MW，锅炉热负荷已达到最大连续设计热负荷）。每年6、7、8月份电网处于迎峰渡夏高负荷运行时期，在此期间电网对负荷的需求偏高，因此夏季机组会出现长时间大负荷、低真空的运行工况。在这种工况下，一旦出现大风天气及热风回流等不利条件，极易造成机组真空低RB动作、甚至因真空低机组跳闸。
1、系统概述
托克托发电公司是我国最大的火力发电公司，目前拥有8×600MW和2×300MW在役火电机组，2×660MW在建火电机组，其中5、6、7、8号机组为4×600MW直接空冷汽轮发电机组，排汽采用直接空气冷却技术冷却。直接空冷系统由空冷凝汽器、空冷风机、凝汽器抽真空系统及空冷散热器清洗系统等组成。每台机组空冷平台上共安装有56组空冷凝汽器，分为8排冷却单元，每排有7组空冷凝汽器，其中第2、第6组为逆流凝汽器，其余5组为顺流凝汽器。每组空冷凝汽器由12个散热器管束组成，以接近60°角组成等腰三角形A型结构，两侧分别布置6个散热器管束。散热器管束为单排扁平翅片管，采用镀铝防腐工艺处理。
2、空冷系统存在的问题
托克托发电公司5—8号机组自投产以来每年夏季环境温度高时机组真空仅-50kPa左右，机组真空-65kPa才可以满负荷发电。如：2010年7月6日中午环境温度33℃，5号机负荷477MW真空维持-51kPa，所以环境温度高是限制空冷机组出力的重要因素。同时由于环境温度高引起真空低严重影响了机组能耗指标，运行极不经济。存在的主要问题有：
2.1 空冷机组真空低，影响电网负荷调度、调整。每年6、7、8月份电网处于迎峰渡夏高负荷运行时期，在此期间电网对负荷的需求偏高，而由于夏季环境温度高，空冷系统散热差无法满足机组满负荷运行，机组被迫降出力运行，造成机组出力无法满足电网需求，影响电网负荷调度、调整。在电网上旋备不足时，给电网运行造成安全隐患。
2.2 空冷机组真空低，影响机组运行安全性。夏季大负荷期间，由于环境温度高，空冷机组负荷高、真空低，一旦出现大风天气及热风回流等不利情况，极易造成机组真空低RB动作、甚至因真空低机组跳闸。而且由于真空低，機组负荷高，锅炉煤量供应达到上限值，在此工况长时间运行锅炉极易出现管壁超温和炉膛结焦，给锅炉安全运行带来隐患。长时间的低真空运行，对汽轮机轴系、叶片也会造成损伤。因此，空冷机组真空低给机组安全运行带来威胁。
2.3 环境温度高，空冷机组真空低，严重影响机组运行经济性。托克托发电公司地处内蒙古呼和浩特托克托县燕山营乡，属典型的蒙古高原大陆性气候，夏季炎热、少雨。呼和浩特夏季平均温度是12.0℃-26.0℃，白天平均26.0℃。6、7、8月份托克托发电公司空冷机组平均真空只有-57kPa（机组设计背压：13.8kPa，当地夏季大气压平均值为88.91kPa）。5、6、7、8号机组的供电煤耗夏季月平均值达到350g/kWh（比机组平均煤耗偏大约20g/kWh），严重影响了机组运行的经济性。
3、提高机组真空的方法和途径
托克托发电公司空冷机组因夏季高温真空低，给机组运行的安全性、经济性、稳定性造成了严重影响，制约了企业健康发展。托克托发电公司面对挑战，努力探索，通过采取多种真空优化手段，彻底解决了夏季空冷机组真空低机组负荷受限的难题。下面介绍托克托发电公司提高机组真空所采取的方法和途径：
3.1 对空冷岛散热面进行水冲洗和喷淋，提高机组真空
春季内蒙地区风沙大，托克托发电公司周围柳絮较多，一部分柳絮随风附着在空冷凝汽器的散热片上，如清洗不及时会导致空冷凝汽器换热效率降低，直接影响机组真空。
为了提高空冷系统冷凝效果，托克托发电公司每年春季开始定期对空冷凝汽器散热片进行水冲洗。下面对冲洗工艺进行简要说明：整个空冷管束冲洗一般由空冷风室外部向内自动冲洗。在管束的外表面布置一套自动冲洗装置，由平行于管束外表面的冲洗爬梯及其驱动装置、齿形带清洗装置及驱动机构、喷嘴架组成，通过自动控制装置可实现整个管束的自动冲洗。冲洗压力一般为10～12MPa，冲洗过程中喷头与管束始终保持垂直喷射，防止损坏翅片。
空冷岛散热面水冲洗具体要求：
①春季当连续7天最低环境温度高于2℃，投入空冷岛本年度首次水冲洗，将所有空冷散热器全面冲洗一次。
②当空冷散热器内表面沾有柳絮等，目测赃污表面积占该单元总表面积约1/6～1/5及以上时，应及时投入冲洗，直至赃污部分清洁为止。
③在最大风速小于5m/s，相同负荷，相同运行风机台数及频率下稳定运行30min以上，两台机组背压偏差大于2.5 kPa时投入背压偏高机组空冷岛水冲洗。
④机组正常运行最低环境温度高于2℃时，最大风速小于5m/s，机组负荷稳定时间30min以上且排汽装置水位稳定。当实际背压-设计背压≥2.5kPa时投入空冷岛水冲洗，当实际背压-设计背压≤1.5kPa可停止。设计背压由空冷凝汽器性能曲线查出（图1）： 另外：为了减少机组出力受阻和提高运行经济性，托克托发电公司利用空冷岛喷淋系统进行水喷淋。空冷岛喷淋系统是将雾化的除盐水直接喷在空冷岛散热面下表面，利用水气化吸热降低散热面表面温度， 从而增强空冷凝汽器的凝结效果。空冷岛喷淋系统改善了空冷机组散热器的散热，降低了机组背压， 提高了机组出力。采用空冷岛喷淋系统后，在可接受的喷水强度下，可以将散热器温度降低4 ℃左右，汽轮机背压可下降5kPa 左右。
3.2 通过加装尖峰凝汽器，解决空冷机组夏季真空低的“顽疾”
面对5、6、7、8号直接空冷机组夏季负荷严重受限的问题，托克托发电公司全体职工奋勇而上，力克难题。6、7号空冷机组通过尖峰凝汽器改造，彻底解决了空冷机组夏季真空低负荷受限的难题。5、6号空冷机组和7、8号空冷机组各有一套机房循环冷却水系统，各有一个水塔。水塔冷却面积2500m2，塔高84.8m，塔盆直径59.648m。冷却水塔的冷却能力远远大于机房冷却水所携带的热量，冷却水塔经常看不到热气。托克托发电公司利用现有冷却系统，在6、7号机组加装了尖峰凝汽器系统，以实现空冷机组夏季低背压运行。所谓尖峰凝汽器就是在夏季空冷机组靠直接风冷无法维持正常真空，投入部分传统水冷凝汽器，维持机组真空，提高机组带负荷能力。
以6号机组为例介绍空冷机组加装尖峰凝汽器系统。在6号空冷机组排汽装置出口的两根 DN6000mm的排汽主管道两侧分别安装了一个单背压、单壳体、双流程、表面式的水冷凝汽器。这两个凝汽器的冷却面积一共4000m2 （两个独立管束，每个2000 m2），凝汽量240t/h （两个独立管束，每个120t/h），冷却水量18000t/h （两个独立管束，每个9000t/h）。两个凝汽器的汽侧连接在两根 DN6000mm的排汽主管道两侧的安全隔膜处，凝汽器的水侧连接在机房循环水回水管道上，通过循环水回水进行冷却。尖峰凝汽器的投运，减少了机组空冷岛喷淋水的使用，综合用水量并没有增加。尖峰凝汽器占地面积少，对机组设备没有其他不利影响。6号机通过尖峰凝汽器的投运，机组真空提高了约7kPa，机组供电煤耗平均下降了约7.5g/kWh。托克托发电公司通过加装尖峰凝汽器，彻底解决了空冷机组夏季出力受限的难题，保证了机组的安全、经济、稳定运行。
3.3 通过空冷风机超频运行，提高空冷机组真空
托克托发电公司通过试验确定了空冷风机频率、电流、总功率和机组背压之间的关系。环境温度26℃，机组500MW工况，空冷风机频率、电流、总功率、机组排汽背压之间的关系如图2：
通过对空冷风机频率、总功率、机组排气背压的分析得出：当环境温度高于10℃或机组负荷高于450MW时，风机频率运行在50～55 Hz比较经济。风机的额定频率为50Hz，风机长时间超频运行会对减速机造成损伤。托克托发电公司根据空冷风机制造厂家、风机的特性确定部分风机可以超频运行：5号机（1排2 、1排3、2排5、4排2、6排5、7排1、7排4、7排5、8排1）；6号机全部；7号机（2排2、1排6、2排4、3排2、5排6）；8号机（2排6、2排7、4排4、5排2、5排7）。
托克托发电公司通过空冷风机超频运行，提高了机组平均真空约2kPa，减少和避免了机组限出力的运行，提高了机组运行的安全性和经济性。
3.4 消除真空系统的泄漏点，提高真空系统严密性
托克托发电公司采用超声波与氦气相结合的方法进行检漏，将空冷机组真空泄漏率控制在100Pa/min之内。针对机组真空系统的不同部位，合理选用超声波及氦质谱检漏仪。一般空冷岛管束及高空位置采用超声波，主厂房内真空系统采用氦质谱检漏仪，进行全方位检测，对系统存在的泄漏点在不停机状态下，进行软处理封堵工作，通过两种工艺的合理运用，使机组的真空严密性控制在50～100Pa/min 的优秀水平。
托克托发电公司通过消除空冷机组真空系统泄漏点，保证机组真空严密性，使机组的真空维持在较高水平，提高了机组的经济性、安全性。
4、结语
托克托发电公司面对直接空冷机组夏季高温天气真空低严重限制机组负荷的问题，努力探索，在现有设备基础上进行改造、优化运行方式、采取各种改进措施，终于解决了空冷机组限出力的“頑疾”。目前5、6、7、8号机组运行参数比刚投产时有了很大的改进，机组供电煤耗有了大幅度下降，机组运行的安全性、稳定性、经济性都得到了大幅度提升，托克托发电公司空冷机组向着600MW空冷先进标杆机组迈进。
参考文献：
[1] 孔昭文，焦晓峰，樊泽国等.600MW空冷机组夏季优化运行试验与分析论[J].内蒙古电力技术，2012，30（1）：103-106.
[2] 托克托发电公司三、四期集控运行规程Q/CDT- - ITKTPC105- -330011-2012：216-219.
[关键词]空冷 出力受限 尖峰凝汽器 喷淋 超频
中图分类号：U64 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）17-0318-02
0引言
直接空冷系统夏季低真空运行是影响机组安全、经济运行的主要问题。内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司（以下简称：托克托发电公司）5、6、7、8号直接空冷机组从投产以来一直面临夏季限负荷的问题。当环境温度大于30℃时，负荷500MW工况，机组平均真空只有-57kPa。（机组额定容量600MW，实际最高负荷只能达到500MW，锅炉热负荷已达到最大连续设计热负荷）。每年6、7、8月份电网处于迎峰渡夏高负荷运行时期，在此期间电网对负荷的需求偏高，因此夏季机组会出现长时间大负荷、低真空的运行工况。在这种工况下，一旦出现大风天气及热风回流等不利条件，极易造成机组真空低RB动作、甚至因真空低机组跳闸。
1、系统概述
托克托发电公司是我国最大的火力发电公司，目前拥有8×600MW和2×300MW在役火电机组，2×660MW在建火电机组，其中5、6、7、8号机组为4×600MW直接空冷汽轮发电机组，排汽采用直接空气冷却技术冷却。直接空冷系统由空冷凝汽器、空冷风机、凝汽器抽真空系统及空冷散热器清洗系统等组成。每台机组空冷平台上共安装有56组空冷凝汽器，分为8排冷却单元，每排有7组空冷凝汽器，其中第2、第6组为逆流凝汽器，其余5组为顺流凝汽器。每组空冷凝汽器由12个散热器管束组成，以接近60°角组成等腰三角形A型结构，两侧分别布置6个散热器管束。散热器管束为单排扁平翅片管，采用镀铝防腐工艺处理。
2、空冷系统存在的问题
托克托发电公司5—8号机组自投产以来每年夏季环境温度高时机组真空仅-50kPa左右，机组真空-65kPa才可以满负荷发电。如：2010年7月6日中午环境温度33℃，5号机负荷477MW真空维持-51kPa，所以环境温度高是限制空冷机组出力的重要因素。同时由于环境温度高引起真空低严重影响了机组能耗指标，运行极不经济。存在的主要问题有：
2.1 空冷机组真空低，影响电网负荷调度、调整。每年6、7、8月份电网处于迎峰渡夏高负荷运行时期，在此期间电网对负荷的需求偏高，而由于夏季环境温度高，空冷系统散热差无法满足机组满负荷运行，机组被迫降出力运行，造成机组出力无法满足电网需求，影响电网负荷调度、调整。在电网上旋备不足时，给电网运行造成安全隐患。
2.2 空冷机组真空低，影响机组运行安全性。夏季大负荷期间，由于环境温度高，空冷机组负荷高、真空低，一旦出现大风天气及热风回流等不利情况，极易造成机组真空低RB动作、甚至因真空低机组跳闸。而且由于真空低，機组负荷高，锅炉煤量供应达到上限值，在此工况长时间运行锅炉极易出现管壁超温和炉膛结焦，给锅炉安全运行带来隐患。长时间的低真空运行，对汽轮机轴系、叶片也会造成损伤。因此，空冷机组真空低给机组安全运行带来威胁。
2.3 环境温度高，空冷机组真空低，严重影响机组运行经济性。托克托发电公司地处内蒙古呼和浩特托克托县燕山营乡，属典型的蒙古高原大陆性气候，夏季炎热、少雨。呼和浩特夏季平均温度是12.0℃-26.0℃，白天平均26.0℃。6、7、8月份托克托发电公司空冷机组平均真空只有-57kPa（机组设计背压：13.8kPa，当地夏季大气压平均值为88.91kPa）。5、6、7、8号机组的供电煤耗夏季月平均值达到350g/kWh（比机组平均煤耗偏大约20g/kWh），严重影响了机组运行的经济性。
3、提高机组真空的方法和途径
托克托发电公司空冷机组因夏季高温真空低，给机组运行的安全性、经济性、稳定性造成了严重影响，制约了企业健康发展。托克托发电公司面对挑战，努力探索，通过采取多种真空优化手段，彻底解决了夏季空冷机组真空低机组负荷受限的难题。下面介绍托克托发电公司提高机组真空所采取的方法和途径：
3.1 对空冷岛散热面进行水冲洗和喷淋，提高机组真空
春季内蒙地区风沙大，托克托发电公司周围柳絮较多，一部分柳絮随风附着在空冷凝汽器的散热片上，如清洗不及时会导致空冷凝汽器换热效率降低，直接影响机组真空。
为了提高空冷系统冷凝效果，托克托发电公司每年春季开始定期对空冷凝汽器散热片进行水冲洗。下面对冲洗工艺进行简要说明：整个空冷管束冲洗一般由空冷风室外部向内自动冲洗。在管束的外表面布置一套自动冲洗装置，由平行于管束外表面的冲洗爬梯及其驱动装置、齿形带清洗装置及驱动机构、喷嘴架组成，通过自动控制装置可实现整个管束的自动冲洗。冲洗压力一般为10～12MPa，冲洗过程中喷头与管束始终保持垂直喷射，防止损坏翅片。
空冷岛散热面水冲洗具体要求：
①春季当连续7天最低环境温度高于2℃，投入空冷岛本年度首次水冲洗，将所有空冷散热器全面冲洗一次。
②当空冷散热器内表面沾有柳絮等，目测赃污表面积占该单元总表面积约1/6～1/5及以上时，应及时投入冲洗，直至赃污部分清洁为止。
③在最大风速小于5m/s，相同负荷，相同运行风机台数及频率下稳定运行30min以上，两台机组背压偏差大于2.5 kPa时投入背压偏高机组空冷岛水冲洗。
④机组正常运行最低环境温度高于2℃时，最大风速小于5m/s，机组负荷稳定时间30min以上且排汽装置水位稳定。当实际背压-设计背压≥2.5kPa时投入空冷岛水冲洗，当实际背压-设计背压≤1.5kPa可停止。设计背压由空冷凝汽器性能曲线查出（图1）： 另外：为了减少机组出力受阻和提高运行经济性，托克托发电公司利用空冷岛喷淋系统进行水喷淋。空冷岛喷淋系统是将雾化的除盐水直接喷在空冷岛散热面下表面，利用水气化吸热降低散热面表面温度， 从而增强空冷凝汽器的凝结效果。空冷岛喷淋系统改善了空冷机组散热器的散热，降低了机组背压， 提高了机组出力。采用空冷岛喷淋系统后，在可接受的喷水强度下，可以将散热器温度降低4 ℃左右，汽轮机背压可下降5kPa 左右。
3.2 通过加装尖峰凝汽器，解决空冷机组夏季真空低的“顽疾”
面对5、6、7、8号直接空冷机组夏季负荷严重受限的问题，托克托发电公司全体职工奋勇而上，力克难题。6、7号空冷机组通过尖峰凝汽器改造，彻底解决了空冷机组夏季真空低负荷受限的难题。5、6号空冷机组和7、8号空冷机组各有一套机房循环冷却水系统，各有一个水塔。水塔冷却面积2500m2，塔高84.8m，塔盆直径59.648m。冷却水塔的冷却能力远远大于机房冷却水所携带的热量，冷却水塔经常看不到热气。托克托发电公司利用现有冷却系统，在6、7号机组加装了尖峰凝汽器系统，以实现空冷机组夏季低背压运行。所谓尖峰凝汽器就是在夏季空冷机组靠直接风冷无法维持正常真空，投入部分传统水冷凝汽器，维持机组真空，提高机组带负荷能力。
以6号机组为例介绍空冷机组加装尖峰凝汽器系统。在6号空冷机组排汽装置出口的两根 DN6000mm的排汽主管道两侧分别安装了一个单背压、单壳体、双流程、表面式的水冷凝汽器。这两个凝汽器的冷却面积一共4000m2 （两个独立管束，每个2000 m2），凝汽量240t/h （两个独立管束，每个120t/h），冷却水量18000t/h （两个独立管束，每个9000t/h）。两个凝汽器的汽侧连接在两根 DN6000mm的排汽主管道两侧的安全隔膜处，凝汽器的水侧连接在机房循环水回水管道上，通过循环水回水进行冷却。尖峰凝汽器的投运，减少了机组空冷岛喷淋水的使用，综合用水量并没有增加。尖峰凝汽器占地面积少，对机组设备没有其他不利影响。6号机通过尖峰凝汽器的投运，机组真空提高了约7kPa，机组供电煤耗平均下降了约7.5g/kWh。托克托发电公司通过加装尖峰凝汽器，彻底解决了空冷机组夏季出力受限的难题，保证了机组的安全、经济、稳定运行。
3.3 通过空冷风机超频运行，提高空冷机组真空
托克托发电公司通过试验确定了空冷风机频率、电流、总功率和机组背压之间的关系。环境温度26℃，机组500MW工况，空冷风机频率、电流、总功率、机组排汽背压之间的关系如图2：
通过对空冷风机频率、总功率、机组排气背压的分析得出：当环境温度高于10℃或机组负荷高于450MW时，风机频率运行在50～55 Hz比较经济。风机的额定频率为50Hz，风机长时间超频运行会对减速机造成损伤。托克托发电公司根据空冷风机制造厂家、风机的特性确定部分风机可以超频运行：5号机（1排2 、1排3、2排5、4排2、6排5、7排1、7排4、7排5、8排1）；6号机全部；7号机（2排2、1排6、2排4、3排2、5排6）；8号机（2排6、2排7、4排4、5排2、5排7）。
托克托发电公司通过空冷风机超频运行，提高了机组平均真空约2kPa，减少和避免了机组限出力的运行，提高了机组运行的安全性和经济性。
3.4 消除真空系统的泄漏点，提高真空系统严密性
托克托发电公司采用超声波与氦气相结合的方法进行检漏，将空冷机组真空泄漏率控制在100Pa/min之内。针对机组真空系统的不同部位，合理选用超声波及氦质谱检漏仪。一般空冷岛管束及高空位置采用超声波，主厂房内真空系统采用氦质谱检漏仪，进行全方位检测，对系统存在的泄漏点在不停机状态下，进行软处理封堵工作，通过两种工艺的合理运用，使机组的真空严密性控制在50～100Pa/min 的优秀水平。
托克托发电公司通过消除空冷机组真空系统泄漏点，保证机组真空严密性，使机组的真空维持在较高水平，提高了机组的经济性、安全性。
4、结语
托克托发电公司面对直接空冷机组夏季高温天气真空低严重限制机组负荷的问题，努力探索，在现有设备基础上进行改造、优化运行方式、采取各种改进措施，终于解决了空冷机组限出力的“頑疾”。目前5、6、7、8号机组运行参数比刚投产时有了很大的改进，机组供电煤耗有了大幅度下降，机组运行的安全性、稳定性、经济性都得到了大幅度提升，托克托发电公司空冷机组向着600MW空冷先进标杆机组迈进。
参考文献：
[1] 孔昭文，焦晓峰，樊泽国等.600MW空冷机组夏季优化运行试验与分析论[J].内蒙古电力技术，2012，30（1）：103-106.
[2] 托克托发电公司三、四期集控运行规程Q/CDT- - ITKTPC105- -330011-2012：216-219.