极寒地区600MW直接空冷机组空冷岛防冻方法探讨

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  摘要:针对极度寒冷地区火电机组空冷岛冬季防冻问题,本文从安装调试、机组正常运行和机组启停过程等方面概述了相应的解决和处理方法。空冷岛运行期间状态良好,无任何冻结变形现象,解决了极度寒冷地区火电机组空冷岛安全过冬问题,对极度寒冷地区空冷岛的安全运行具有参考意义。
  关键词:极度寒冷地区;直接空冷机组;空冷岛;防冻;
  文献标志码:B
  0引言
  内蒙古蒙东能源有限公司鄂温克电厂(以下简称鄂温克电厂)2*600MW直接空冷机组位于内蒙古自治区呼伦贝尔市鄂温克族自治旗伊敏河东.该地区多年平均气温-1.5℃,极端最高气温36.7℃,极端最低气温-48.5℃,属于极度寒冷地区,对于空冷岛的安全运行提出了前所未有的考验.经过鄂温克电厂不断地总结经验, 通过加设主汽管道至锅炉疏水扩容器的管道疏水、对隔离的风机单元加装棉被和帆布、做真空严密性试验、积极查漏等积极有效的防冻措施,在机组背压降至10kpa以下的情况下,空冷岛运行期间状态良好无任何冻结变形现象,解决了极度寒冷地区火电机组空冷岛安全过冬问题,对极度寒冷地区空冷岛的运行具有参考意义。
  1空冷系统设计概况
  鄂温克电厂空冷系统采用机械通风直接空冷系统,空冷散热器管型采用碳钢基管、铝翅片单排管散热器。每台机组共配置49个单排管空冷凝汽器单元,每个单元一台110KW的轴流风机,分7列7排,顺流冷却段与逆流冷却段冷却面积的比例为6:1,总散热面积1557016m2。每个单元由10片管束组成,每列共有10片逆流管束、60片顺流管束。每个空冷凝汽器单元下部安装一台直径10363 mm的轴流风机,所有风机均采用变频调速电机。
  2空冷防冻措施
  2.1安装调试期间的防冻
  2.1.1严把质量关
  确保空冷岛无泄漏点是保证空冷岛不冻结的必要条件,根据本厂的运行经验,在空冷岛查漏时所发现的漏点90%以上都是由于焊口不合格造成的,因此在安装期间要严把质量关。要求施工单位严格按照安装手册进行安装,监理单位和业主公司严格检验焊接质量。在蒸汽分配管和凝结水下联箱有大量的焊口,特别是蒸汽分配管与管束连接处的由于位置较高,日后查找漏点时较为不便,所以需要需要加强焊接工艺和焊接质量监管,确保焊口100%检验合格。此外,与真空系统相连接的阀门、法兰、膨胀节、仪表管等以及补水管道、疏水管道、汽轮机轴封系统等的安装也要严把质量关。
  2.1.2排汽装置高水位查漏
  整个排汽装置及空冷岛安装完毕后,必须进行排汽装置及与之相连接的机组负压区高水位灌水找漏,以检验严密性。找漏范围包括:与排汽装置相连接的所有负压管道及管道上的阀门、法兰、补偿器、仪表管以及排汽装置、补水箱、补水管道、疏水管道、汽封系统等。必须对这些设备与装置进行高水位找漏,将排汽装置注水至喉部,发现泄漏及时处理。达到连续48h排汽装置水位不下降时,找漏结束。
  2.1.3空冷岛安装期间的严密性检查
  空冷岛安装结束后,要对整个空冷岛进行气密性试验。试验范围包括汽轮机排汽装置出口处的排汽管道和配汽管道、空冷凝汽器的换热管束以及其他连接管路(凝结水管路,抽气管路)、凝结水箱、疏水箱等。
  试验过程:将系统充压至0.8MPa,每隔15min观察记录压力表的压力变化。同时记录可能的环境温度变化。在温度恒定的条件下,试验期间(连续24h)应没有明显的压力衰减。当压力下降为超过104pa/d时,气密性试验合格。
  2.1.4排汽蝶阀间隙调正
  排汽蝶阀泄露是造成未投列冻结的原因之一,在以往其他电厂也发生过为了保证阀门不泄露,在传动排汽蝶阀时,用塞尺测试阀门关闭的间隙,保证每个阀门的最大间隙均小于50um。
  2.1.5抽空气管道及抽空气阀门加伴热
  抽空气管道及抽空气阀门是整个空冷系统温度最低的部位,极易结霜冻结,原设计没有伴热带,为了确保抽空气管道不被冻结,增设了伴热带。
  2.1.6加设主汽管道至锅炉疏水扩容器的管道疏水
  为了防止机组启动时少量蒸汽窜入空冷到造成冻结,同时又不影响主汽管道暖管,加设了主汽母管及左右支管至锅炉疏水扩容器的管道疏水,每次启动锅炉时,在点火初期,汽机侧所有管道疏水门均关闭,只打开主汽管道至锅炉扩容器的疏水。
  2.1.7防冻逻辑完善
  针对该地区的气候特征,鄂温克电厂进一步完善了空冷控制逻辑中有关防冻保护的组态,对其中触发防冻保护动作的一些定值进行了修订。
  2.1.8设置挡风墙
  设置挡风墙,一方面在夏季高温时可防止热风回流,提高机组出力;另一方面,在冬季寒冷气候条件下,可防止管束受到侧向风的影响而出现的冷却能力不均匀,压力分布不均匀以致最后结冰。
  2.2机组运行期间的防冻
  2.2.1遵守多投低频运行的原则
  空冷岛正常运行期间,尽量保持所有列风机的频率相同,低负荷时尽可能保持各排风机多投、低频运行。尽量保持每排中各列风机的运行频率相同,在同排中绝不能出现由于某一风机频率过高造成局部过冷现象。
  2.2.2控制好凝水与蒸汽温度
  运行中注意监视各排两侧的凝结水出水温度均不得低于20℃、抽气口(抽真空处)温度不低于15℃。每班应就地实测各列散热器上、中、下部的温度不少于两次,且各列散热器上、中、下部的温度差不得超过5℃。
  2.2.3排汽装置水位异常下降及时进行分析
  加强对排汽装置的补水量及水位的监视,发现排汽装置水位下降,补水量异常增大时,应检查、分析空冷凝汽器以及凝结水管道是否冻结。
  2.2.4单列或单个风机的防冻
  如果空冷岛凝结水集管有任意一点温度比其他温度点低,并大于规定值,且环境温度小于2℃,则可以相应的减小该处风机转速,甚至停止该排几台或者全部风机,直到此处凝结水温度升高。如果空冷岛凝结水集管有一排温度降低,且环境温度小于2℃,则可以在降低风机转速或者停止风机的同时再将空冷岛排汽背压设定值升高,以保证较高的蒸汽温度。如果空冷岛凝结水集管有一排或一排以上温度降低,且环境温度小于2℃,在采取以上措施的同时,可以再启动一台真空泵,增加系统抽取不凝结气体的能力。   2.2.5空冷风机的反转应用
  投入某列中的3、6排风机反转时应确认空冷岛出口热风温度各测点显示均大于35℃且本排抽空气口温度不低于20℃。注意抽真空管道及冷凝水管道温度的过冷度,正常情况下冷凝水比排汽温度低2~3度,抽真空温度比排汽温度低5~10度。若抽汽温度过低,自动控制的防冻保护没起到有效的防冻效果,应手动操作逆流风机反转,并确认空冷岛出口热风温度各测点显示均大于35℃且本排抽空气口温度不低于20℃,以形成局部热风再循环以缓解局部过冷。根据经验,在冬季环境温度低于-20℃时,如果凝结水温度降低,不要将三、六排风机反转,因为此时空气温度远远低于蒸汽凝结后空冷岛的温度,风机反转后抽进空冷岛的空气起不到防冻的作用。
  2.2.6隔离部分列并加盖棉被和帆布
  进入严冬时期,将空冷岛周边列的风机或过冷的风机单元停运,并遮盖风机口及管束外侧(以前准备防冻材料:诸如棉被、帆布等)。这些停运的风机一定断电以防误启动。利用蒸汽隔离阀(如隔离阀不严则需要进行复紧),停运一列或几列空冷凝汽器运行。根据凝结水、抽空气温度,对空冷散热器一列或几列用棉被进行覆盖。覆盖顺序为:先顺流管束、后逆流管束;掀起顺序为:先逆流管束、后顺流管束。协调控制汽轮机低负荷与空冷凝汽器要求的最低热负荷关系,保证过冷度在3~5度以内,当各排凝结水温度接近或高于环境温度时,可启动空冷岛逆、顺流风机。将列停运隔离后必须保证剩余列的风机最高频率不能超过30HZ,如果风机频率超过30HZ,要将已隔离的列重新投入运行。如果是因为升负荷暂时造成风机频率过高,可以通过提高背压的方式来防冻,避免频繁对已隔离列的频繁操作。
  2.2.11正常运行时进行严密性试验
  机组正常运行期间,应进行空冷岛的严密性试验,以测试机组及空冷凝汽器内部的空气泄漏程度。要求汽轮机负荷稳定在额定负荷的80%,背压不低于10kpa时,关闭真空泵,30s后记录真空值,共记录8min,取后5min记录计算其真空下降值(不应大于100pa/MIN)。
  2.2.12空冷岛相邻单元之间风机的运行调整
  列管内结冰在采取停止结冰单元风机运行的同时,保持临近列风机运行。或考虑在结冰列上部架设帆布,让临近列散出的热风对结冰列进行融化。由于空冷岛各个单元的温度不一致,为防止相邻两个单元之间串风,空冷岛的工作人员应随手关闭空冷岛挡风墙上的人行通道门。
  2.3机组启停期间的防冻
  2.3.1锅炉点火前
  应检查高、低压旁路关闭,至排汽装置的所有疏水门关闭,打开主再热蒸汽至锅炉疏水扩容器及厂房外的所有疏水门。关闭空冷岛各列(除第四列外)空冷凝汽器进汽蝶阀;凝结水门及抽空气门开启。机组送轴封后启动三台水环真空泵开始抽真空,此时锅炉点火。在空冷系统投运前两小时投入空冷凝汽器进汽隔离门、凝结水门、抽空气门电加热,确保阀门开关灵活。
  2.3.2锅炉点火后
  锅炉采用对空排汽的方法进行升温、升压,主汽压力达到4~5MPA时,打开其他所有管道疏水门;关闭抽真空旁路门,并开高低旁路,锅炉配合加大蒸发量(至少150t/h),快速向空冷岛大量进汽。同时启动第4列的3、6单元逆流风机最小转速正转。当第4列抽空气介质温度、疏水温度开始由环境温度明显回升或上升至0℃时,启动顺流风机。关闭锅炉对空排汽,同时将机组管道疏水倒入排汽装置。在投入旁路后将机组背压逐渐升高到25~30Kpa。 此时,第四列空冷凝汽器已投入运行,控制其凝结水温度在45~55℃之间;抽空气温度在40℃~45℃之间运行,并维持空冷岛系统过冷度在3~5℃之间。
  2.3.3旁路系统投入后
  根据排汽温度投入低压缸喷水,控制低压缸排汽温度在60~70℃之间。投入疏扩减温水,控制疏水扩容器温度在70~80℃之间。确保先启逆流单元风机,后启顺流单元风机,停运时操作反之,并时刻保持逆流风机转速高于或等于顺流风机的转速,以确保蒸汽、凝结水自然流动畅通,防止形成气阻。必须将空冷置于自动运行方式,确保顺流防冻保护、逆流防冻保护以及回暖加热循环一直处在正常投用状态。
  2.3.4机组并网后
  应尽量加快带负荷速度,以增大蒸汽流量,使得整个翅片管束的流程中都能存在汽水混合物.减小结冻的可能性。启动过程中设专人每小时对空冷各排、各列凝结水温度就地实测一次,并详细记录温度低点位置,包括几列几排的左侧还是右侧,以利于比较、总结,发现异常及时汇报。极端低温下启动机组,要做好切实可靠的防冻措施:空冷散热器覆盖帆布、封堵风机入口风筒。
  2.3.5机组打闸后
  应立即检查高、低压旁路及主汽门关闭严密,严禁开启至排汽装置的所有疏水。随着机组负荷的逐渐降低,结合凝结水温度的下降,风机转速将逐渐降低直至停止,要确保凝结水温度在40℃以上。当风机全部停运后,应逐渐停止空冷岛单列运行。先关单列进汽隔离阀,待20分钟后关闭逆流区抽空气门,凝结水门保持全开。停止真空泵运行,不开真空破坏门,以使系统内残存的水和汽能及时得到凝结和排出。
  2.3.7停机过程中
  应加强对空冷凝汽器凝结水下联箱及散热器管束就地实测温度的次数,及时用棉被对空冷散热器管束和风机风筒进行覆盖和封堵。定期检查空冷凝汽器的伴热装置能按设定的温度及时投停。
  2.3.8机组运行中跳闸
  必须设专人监视空冷画面,立即检查各列蒸汽隔离阀应按规定顺序自动关闭,所有风机停运,其凝结水门与抽空气门保持全开。加强对凝结水系统的合理调整,控制除氧器、排汽装置热井水位正常,防止因其水位高而影响空冷凝结水的正常回流,及时对空冷散热器覆盖棉被和封堵风机风筒。若能立即启动,投入高、低压旁路系统运行并确保最小防冻流量,尽量加快机组启动和带负荷速度,使空冷系统大流量进汽,降低结冻的可能性。若机组不能立即启动,空冷岛的防冻措施按正常停机执行。
  3防冻效果
  由于鄂温克电厂建厂初期工程建设条件差,加上技术力量相对薄弱,在空冷基建期间遗留下一些隐患,对空冷岛的安全运行造成了较大影响。机组初期运行时真空严密性试验时真空下降速度在500帕/分钟以上,导致机组效率降低,冬季空冷岛防冻困难,只能维持机组背压20千帕以上运行(背压每降低1千帕节省的煤可发电4000千瓦/时以上)。从机组试运投产至今近三年来,我们通过不断地学习、借鉴和摸索,在空冷系统运行方面总结了一些经验,对其运行规律和暴漏的问题也有了一定的了解。在采取了以上措施后,我厂在冬季温度在-30℃时仍可将背压控制在10kpa以下,并保证空冷岛运行正常,不发生冻结现象,取得了良好的效果。
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