600mw超临界直接空冷汽轮机组运行优化试验研究

600MW 超临界直接空冷机组运行优化试验研究陈胜利 1 荆涛 李高潮 章治国 穆琳 吕凯（西安热工研究院有限公司，710032,西安)摘要： 由于目前直接空冷电厂运行经验缺乏，机 组经常处 于高耗能状态。本文 对某 600MW超临界直接空冷机组进行试验研究，根据机 组实际运行状况提出 优化措施，得到了机 组变工况运行方式以及在不同负荷和环境气温下的最佳风机运行频率，结果表明，供 电煤耗得到明显下降，机组出力增加。关键词：直接空冷，运行优化 试验，供 电煤耗中图分类号：TK267Experimental Investigation on operational optimization of 600MW supercritical direct air-cooled power plant unitChenshengli Jingtao Ligaochao Zhangzhiguo Mulin Lvkai（Xian thermal power research institute Co.Ltd , 710032, xian)Abstract: Presently many direct air cooled power plant units have been often on a high energy-consumption condition because of lack of operational experience. In this paper, using a operational optimization test on the 600MW supercritical direct air-cooled power plant unit, the optimum strategy is put forward on the basis of actual operation performance which contains the off-design operational style and the optimum air-cooled fans frequency on the variable load and surrounding temperature. It is shown that the net coal consumption has a considerable reduce and the unit output increases. Key words: direct air-cooled, operational optimization test, net coal consumption1 前言大容量直接空冷电厂由于其卓越的节水特性，在我国富煤缺水地区得到了极大的发展1，降低空冷机组发电成本，提高机组运行经济性已成为发电企业的当务之急。目前，国内空冷机组运行中的突出问题是空冷系统运行经验缺乏，在变工况下，机组运行指标偏离设计值较多，严重影响了机组出力和厂用电，由此造成的煤耗损失多达 14 g /(kWh) 2 。因此，对大容量空冷电厂运行优化的研究，降低机组供电煤耗，节能减排，具有重要的1 作者简介：陈胜利（1964-）男，西安热工研究院有限公司研究员，主要从事为空冷汽轮机组运行优化研究。意义。在实际运行中，由于汽机本体及回热系统、冷端系统偏离设计值，需要以试验来确定实际运行的最优参数。对于某负荷，随着主汽压力降低，进汽调门开度增大，节流损失减小，高压缸效率提高，然而循环效率降低，因此存在着某主汽压力，使得机组热经济性最佳。所以汽机优化往往归结到一定负荷下，主汽压力或者阀位的确定 3。直接空冷系统使用机械通风的方式利用空气对机组排汽降温冷凝，完成热力循环，空冷凝汽器背压为环境温度、风机频率、机组负荷的函数，即 ,若保持环境温=(,)度和负荷不变，增加风机频率则背压下降，机组做功增加，同时厂用电提高，那么对于某温度及负荷，存在最佳的风机功率（即频率)，在量值上为机组功率的增量与空冷风机耗功增量之差最大时的风机功率。2 机组概况河北龙山电厂有限公司 1号 600MW 亚临界汽轮机组，为北京北重汽轮电机有限公司与阿尔斯通发电有限公司联合设计制造的亚临界、一次中间再热四缸四排汽、直接空冷凝汽式汽轮机，型号 ZK600-16.7/538/538。给水回热系统由 3台高压加热器，3 台低压加热器和 1台除氧器组成。空冷凝汽器翅片管为 SPX 公司设计制造的单排管束，总面积为 1501520m2,顺流逆流单元比 K:D为 5:2，空冷岛配置 56台轴流风机 4。3 优化计算结果3.1 汽机优化结果在运行参数优化试验中，以顺序阀运行方式进行试验，为了确定不同主汽压力对机组运行经济性的影响，运行参数优化计算时，不对主汽压力进行修正，只修正主汽温度、再热温度、再热压损和汽轮机背压，然后比较不同主汽压力下机组运行经济性能。根据试验结果，在 510MW 及以上负荷时，以额定主汽压力运行，机组经济性较高；510MW 以下负荷时，为了减小阀门节流损失，主汽阀尽量开大，补汽阀关闭，机组运行经济性高。各负荷点运行优化试验结果见表 1及图 1：表 1 汽机优化试验结果工况 单位 360MW 420MW 480MW 510MW 540MW机组负荷 MW 363.78 423.79 487.24 532.42 550.64排汽压力 Pa 8.01 8.21 8.81 15.04 11.95最佳主汽压力 MPa 10.716 12.558 14.601 16.608 16.567最佳进汽开度 258%20% 258%20% 254%20% 254%20% 256%20%试验热耗 kJ/(kW.h) 8511.39 8262.21 8192.19 8304.91 8186.18试验供电煤耗 g/(kW.h) 342.51 335.21 332.15 338.76 331.54修正后热耗率 kJ/(kW.h) 8810.25 8544.89 8457.3 8362.49 8355.32修正供电煤耗 g/(kW.h) 355.68 346.2 342.95 341.1 338.39优化主汽压力 MPa 10.716 12.558 14.601 16.7 16.7图 1 优化主汽压力与负荷关系经过优化后的供电煤耗与原运行供电煤耗相比，普遍下降 1-2 g/(kW.h)，节能效果明显，如图 2所示：3.2 空冷优化结果空冷优化试验针对此机组进行了 3个负荷点的现场试验，试验分别在负荷为540MW、480MW、420MW，不同环境气温和不同风机运行频率下进行，试验数据见表 2。表 2 空冷优化试验数据风机频率试验负荷机组背压环境气温风机总功率大气压力工况及编号Hz MW kPa kW kPa1 40 541.75 27.07 23.62 3533.48 99.252 45 542.33 21.9 23.35 4742.16 99.28540MW3 50 542.47 18.78 23.16 6342.25 99.331 35 509.98 36.12 23.58 2217 98.932 47.5 510.1 19.13 23 5681 98.74510MW3 50 509.99 19.05 24.9 6342.11 99.911 40 420.05 23.37 25.94 3501.08 98.662 45 416.13 18.32 26.54 4687.28 98.62420MW3 50 415.78 16.89 27.24 6452.25 98.63根据表 2数据，分别可得在不同气温和负荷下风机运行频率 f和机组功率的增量与空冷风机耗功增量之差 的关系曲线如图 3、图 4、图 5所示。40414243445464748495048121620 540MW，23.4 0CN /(MW )f /(Hz )图 3 气温 23.4、负荷 540MW 下风机运行情况3436384042446485005105205305405 510MW，23.8 0CN /(MW )f /(Hz )图 4 气温 23.8、负荷 510MW 下风机运行情况404142434454647484950246810214618N /(MW )f /(Hz )420MW，26. 0C图 5 气温 26.6、负荷 420MW 下风机运行情况由图可见，当机组负荷一定时，在某一环境气温下，随着风机频率 f的增加，机组功率的增量与空冷风机耗功增量之差 也在增加，当风机运行频率达到某一值时， 有最 大值，此时机组和直接空冷系统运行匹配方式最优，此状态下得到的风机运行频率 f为其最佳风机运行频率，相关工况计算所得风机最佳运行频率见表 3所示。表 3 风机在不同工况下的最佳运行方式负荷 环境气温 最大功率差 优化风机最佳频率MW MW Hz540 23.4 20.64 50510 23.8 42.73 48.5420 26.6 16.74 48.3通过以上分析可以得到以下结论：1） 环境气温 23.4时，机组负荷 540MW 的最佳运行方式为风机频率 50Hz，比风机频率 45Hz 运行的经济性提高 7.33MW，比风机频率 40Hz 运行的经济性提高 20.64MW；2） 环境气温 23.8时，机组负荷 510MW 的最佳运行方式为风机频率 48.5Hz，比风机频率 50Hz 的经济性高 0.68MW，比 35Hz 运行的经济性高 42.73MW；3） 环境气温 26.6时，机组负荷 420MW 的最佳运行方式为风机频率 48.3Hz，比风机频率 50Hz 经济性高 0.58MW，比 45Hz 经济性高 2.51MW，比 40Hz 运行的经济性高16.74MW；4）在环境温度相同（相近）的情况下，负荷降低对应的最优风机频率降低。4 结论汽机及空冷系统的全面优化实验对机组运行具有更全面的指导意义，汽机运行优化试验结果表明，当机组高调阀以新顺序阀工作时，在每一个负荷条件下，机组热耗比原阀位得到了明显降低，经济性的到了提高；同时，根据试验结果得到了机组的定滑曲线，以此指导机组在变负荷的情况下的运行参数，最大限度地提高其热经济性，同时为同类型的600MW超临界机组提供参考，优化运行方式。从空冷优化计算中可以看出，在一定负荷及一定环境温度下存在最佳风机频率使得机组经济性最佳，机组出力与风机耗功之差为最大，优化效果