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漳山2300MW直接空冷系统存在的问题及解决方案作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 461 更新时间：2008-9-24 10:06:48 摘要： 山西漳山发电有限责任公司（以下简称漳山公司）2300MW直接空冷机组目前运行比较稳定，在机组运行期间暴露出一些问题，如夏季机组不能满负荷运行、空冷凝汽器系统受不利风向的影响比较严重、机组真空系统的泄漏和凝结水含氧量高的问题等。文章分别介绍了直接空冷系统在设计、安装、调试、运行中出现的一些问题及解决方案。如：热态冲洗时补水方式存在不足；空冷风机的控制为国内同类型机组首次采用全变频控制，自动调节效果良好；空冷机组的防冻问题及受大风环境的影响，并给出了一些对策。 关键词： 空冷机组；空冷凝汽器；风机；大风环境 1漳山公司空冷凝汽器系统简介 空冷凝汽器（ACC）系统供货单位为德国斯必克（SPX）冷却技术（张家口）有限公司，负责系统基本设计，详细设计由山西电力勘测设计院完成。ACC系统分为5列共计25个散热单元（单台机组）,包括20个顺流单元和5个逆流单元，每个单元由10个三排管管束和1台轴流风机组成，散热面积为518465m2。汽轮机主排汽管道直径为5500，蒸汽分配管直径为2800。空冷平台高度为29.7m,并在空冷平台四周布置高为9.508m的挡风墙。风机直径为9754mm、转速为68.2r/min、风机有5片叶片，调节方式为全变频调节。抽真空设备由3台100%容量水环真空泵组成，机组启动时3台运行，正常运行时1台运行2台备用。ACC系统凝结水回水到空冷凝结水箱后由凝结水泵输送到机组回热系统。ACC清洗系统为半自动高压水机械清洗方式。 2ACC系统在设计方面存在的主要问题及解决方案2.1热态冲洗时补水方式的不足机组正常运行时，设计补水量为3%额定容量，即30t/h。设计3台流量为100t/h，扬程为40m的除盐水泵作为2台机组运行时热力系统的补水设备，在正常运行时1台运行2台备用。系统补水点设计在空冷凝结水箱除氧头。对于直接空冷机组，在安装完毕后首次启动需要对ACC系统进行热态冲洗，并尽量采用大流量的方式进行。本机组设计热态冲洗流量为20%，在进行热态冲洗时机组凝结水由于水质问题而不能回收须全部排放。此补水方式不能满足机组热态冲洗给锅炉的补水要求。2.2解决方案增加1台200t/h流量的除氧器上水泵，并与除盐水泵并联布置，泵出口接至5号低压加热器出口凝结水管道，将除盐水直接补充到除氧器，在机组ACC系统热态冲洗时向除氧器进行补水，同时也可作为机组正常运行时除盐水补水系统的备用设备。1号机组除盐水补水系统示意图如图1所示。改造后，2台机组的ACC系统进行热态冲洗时解决了锅炉补水的问题，且运行情况良好。 图11号机组除盐水补水示意图 3ACC系统安装时出现的问题及解决方案3.1ACC系统设备安装施工的特点（1） 高空作业多。工作平台高29.7m，最高施工高度为43m；且存在大量交叉作业。（2） 工作量大。以单台机组来统计，每件空冷凝汽器质量为8.45t，空冷凝汽器共250 件；每台大型轴流风机的质量约为10t ，风机数量为25台；排汽管道和管件总质量大约为500t。（3） 机械、机具布置紧凑，场地狭小。（4） 焊接工程量大。空冷凝汽器之间以及与排配汽管道之间都需要焊接，由于焊接质量的好坏将直接影响系统真空度和凝结水的质量，故全部焊接要采用氩弧焊打底。3.2空冷散热器安装中的找正问题由于散热器的钢结构加工尺寸、安装等原因，散热器就位后顶部端板间隙偏差较大（45mm），水平标高偏差近1060mm。由此造成调整工作量非常巨大，严重影响安装进度。通过改进施工程序，将散热器水平标高单个调整改为先整体粗调，再进行单个精调，比原来逐个调整缩短了近50%的调整时间，大大提高了施工速度，缩短了工期。3.3整体严密性试验时泄漏的查找1号机组ACC系统在整体气密性试验时检查出202个泄漏点，2号机组存在80点泄漏，并全部进行补焊处理。泄漏部位集中在散热器凝结水出口管与联箱的焊接处和蒸汽分配管与散热器的连接处。最终整体气密性试验结果，1号机组24h压降为0.03bar，2号机组24h压降为0.02bar，满足ACC系统设备厂家的要求。 4机组调试阶段出现的问题及解决方案 4.1ACC热冲洗排水系统改进4.1.1一般方案一般的方案是在ACC系统凝结水回水管路引一管路将ACC系统的凝结水排放到一个临时水箱，再由临时水箱的溢流管排放到厂区的废水排放系统。此方案存在的问题是系统需要一个比较庞大的水箱，同时要解决回水管路的水封问题，否则将造成机组真空系统的泄漏。4.1.2改进方案在凝结水箱除氧头前的管路上引一管路将ACC系统回水通过凝结水箱汽平衡管直接引入凝结水箱，在原来至除氧头的管路用堵板A加以封堵，当热态冲洗结束后将堵板A取消，临时管路到汽平衡管路上用堵板B加以封堵，同时堵板处的法兰保留，可以在以后机组大修时重复使用。进入凝结水箱的凝结水由凝结水泵加压后，经过各加热器的旁路系统，利用5号低压加热器出口凝结水放水管排至厂区废水排放系统。为了防止凝结水泵前滤网堵塞影响其正常工作，可对滤网定期进行清理。ACC系统设备热冲洗排水系统改进示意图如图2所示。 图2ACC系统设备热冲洗排水系统改进示意图4.2机组调试阶段的经验（1） 在机组ACC系统进行热冲洗时配合机组进行各项试验工作，如汽轮机空负荷、电气试验、发电机并网、带负荷以及洗硅等同时进行，有效缩短了工期。（2） 由于在安装结束后对ACC系统进行了细致的冷态清理工作，同时利用大流量蒸汽对系统冲洗，大大地缩短了机组热态冲洗的时间。2台机组分别耗时96h、72h，系统凝结水中铁的含量达到100g/L以下，满足凝结水精处理的投运要求。（3） 空冷风机叶片角度的调整。在调试阶段配合风机试运行，发现风机电动机消耗的功率存在很大的富裕，因此将风机叶片角度由设计时的17.8增大到21.5，增加了空气的供应量，增强了散热器的冷却能力，同时风机总的消耗功率未超过设计值。（4） 空冷风机的控制逻辑。国内同类型机组首次采用全变频控制，对于风机如何控制问题通过对ACC系统内部介质流动分析并参考国内外双速风机的启动、运行模式，将25台风机分为3组，逆流风机为一组（称为D行），它处于55矩阵的中心行，紧靠D行两侧的顺流风机为一组（称为C1行），矩阵最两侧的顺流风机为一组（称为C2行）。3组风机设置了3层功能块，在风机的启动中按照DC1C2的顺序，停机顺序则反之。漳山公司2300MW直接空冷机组投运已经一年有余，经过多次变负荷试验、系统扰动试验，空冷系统自动调节效果良好，值得其他电站借鉴。 5机组真空系统泄漏问题的解决自调试开始至2005年8月下旬，1号机组真空系统的波动范围为0.580.9kPa/min，2号机组真空严密性相对较好，在0.180.2kPa/min间波动。机组真空系统存在泄漏不仅严重影响机组运行的经济性，在冬季运行时，ACC系统中存在过多的空气极易造成管束局部过冷，严重时将发生冻结。5.1机组真空系统泄漏的查找根据机组真空系统的泄漏情况，机组维护与运行人员利用氦气检漏仪进行了多次全面细致的检查工作，同时在停机检修期间对1号机组ACC系统再一次进行整体气密性试验。1号机组在检查中发现泄漏主要集中在汽轮机低压缸调端下部（最严重的泄漏点）、低压缸大气阀、机组疏水集管、电动给水泵轴端密封、排汽装置液位计连接法兰、抽真空母管膨胀节、7号低加本体丝堵等部位。2号机组主要集中在低压缸大气阀、机组疏水集管、排汽装置液位计连接法兰等部位。5.2处理方案采取了焊接和胶密封的方案进行了封堵。对电动给水泵轴端密封对密封水的多级水封进行了改造，杜绝了由于多级水封断水造成给水泵轴端的泄漏。目前，通过对机组真空系统的处理，截止到2005年11月7日，1号机组真空系统在18Pa/min以内波动，2号机组在220Pa/min之内波动，远远低于国家大型机组真空严密性的标准。6直接空冷机组ACC系统的防冻工作 6.1防冻措施（1） 空冷风机的运行控制。ACC系统配置的风机在转速控制上设计了完整的控制程序，在冬季设计有专用的保护程序，分别为逆流风机加热保护、顺流散热器保护、逆流散热器保护、风机的反转功能。（2） 冬季锅炉、汽机的联合启动。在冬季利用机组的旁路系统进行锅炉、汽轮机的联合启动，保证ACC系统需要的最小防冻热量。（3） 机组运行控制。在机组真空严密性较差时，注意对凝结水温度、抽空气温度的控制，使机组在ACC系统不发生冻结的情况下尽量降低背压。6.2ACC系统防冻保护程序对空冷风机的控制设计了完整的保护程序并纳入DCS系统。保护程序如下：（1） 逆流风机回热保护。当环境空气温度下降到零下2以下时，逆流散热器加热循环将被启动。第一列的逆流风机将被切断10min，20min之后第二列的逆流风机也被切断直至切断第5列的逆流风机。就是说在2h 30min（530min）之后，5个逆流风机分别停运10min。如果环境空气温度仍然低于零下2，加热循环将再次启动。（2） 顺流散热器的冬季保护。当逆流散热器的冬季保护未触发；本列的任一个凝结水温度小于20、 环境温度小于3时保护程序动作。动作过程：本列逆流风机被闭锁在当时的转速不变；本列顺流风机以10%/min的速度下降，只有当本列的凝结水温度都大于30后，顺流风机才停止下降，并以10%/min的速度上升到以被闭锁的控制器的输出值；否则将使顺流风机降到零,如果凝结水温度仍然低于17,逆流风机将以10%/min降低转速，直至凝结水温高于19。（3） 逆流散热器的冬季保护。当顺流散热器的冬季保护未触发；本列的任一个抽空气凝结水温度小于20、 环境温度小于3时保护程序动作。动作过程：本列顺流风机被闭锁在当时的转速不变；本列逆流风机以10%/min的速度下降，只有当本列的抽空气温度都大于30后，逆流风机才停止下降，并以10%/min的速度上升至以被闭锁的控制器的输出值；否则将使逆流风机降到零,如果抽空气温度仍然低于17,顺流风机将以10%/min降低转速，直至抽空气温高于19。（4） 逆流风机反转功能。在环境空气极低的情况下，如果逆流散热器的冬季保护动作后仍然不能满足要求，可以将逆流风机由运行人员手动控制使其反转，反转转速为额定转速的25%。6.3机组在低温条件下的启动1号机组于2004年12月31日至2005年1月1日在环境温度0-16.2成功地进行了冷态启动，在启动过程中机组利用旁路系统的调节、空冷风机转速的控制等手段，保证了机组启动的顺利进行。其中在2004年12月31日1634，机组开始启动真空系统建立真空；1837机组旁路系统开始调节；2005年1月1日151，机组并网；343机组旁路系统关闭；607机组带60%的负荷运行。由机组开始建立真空到机组并网历时9小时14分，在机组整个启动期间，凝结水温度保持在3760，抽空气温度保持在3052，在环境温度在-3.0时ACC系统的蒸汽流量为80t/h，在环境温度为-16.2时ACC系统蒸汽流量为584t/h。6.4冬季机组低温启动的经验ACC系统厂家提供的在不同温度下的最小防冻流量为：环境温度为-5时，最小防冻流量为96.9t/h;-15时为117.4t/h;-22时为132.5t/h。20%额定流量为132t/h,要求在30min内满足，在机组启动时的实际流量见表1。 表1机组启动时的实际流量温度/流量/th-1温度/流量/th-1温度/流量/th-1-1.040.0-3.096.0-5.0104.0-7.0100.0-10.098.0-13.0135.0-14.0363.0-15.0512.0-16.0532.0由上述数据可以看出，在低温环境下启动时，通过汽轮机和机组旁路系统的蒸汽流量满足了空冷系统的防冻最小流量，而辅助空冷风机的转速调节，满足了机组在低温情况的下启动工作。机组旁路系统的容量对防止ACC系统冬季启动的防冻是非常重要的，其必须满足ACC系统要求的最小防冻流量。漳山公司2300MW机组旁路系统的容量为40%（B-MCR工况）。在机组启动过程中，注意对散热器表面金属温度的监视，使其不得低于25。在机组启动过程中，加强对凝结水温度和抽空气温度的监视，使其不得低于25。6.5机组在真空系统严密性不合格情况下运行时采取的防冻措施（1） 对ACC系统保护程序进行修改。将凝结水温度、抽空气温度低的报警值有15提高到25，将逆流风机的回热保护由-2投入改为+3投入，同时将保护退出时凝结水温度和抽空气温度的数值提高到35。（2） 提高机组运行背压。在环境温度低于0时，将机组运行背压控制在2224kPa。（3） 调节风机转速，将ACC系统抽空气温度控制在3538，将凝结水与排汽温度之差控制在6内。（4） 定时对逆流散热器表面温度金属温度进行检查，发现温度低于0及时进行调整。 7机组在夏季运行时出现的问题7.1机组运行背压偏高随着环境温度的升高，散热器冷却介质与热质的传热温差减小，散热器的换热能力下降，机组运行背压升高。在冬季由于环境温度比较低，运行背压保持在较低的水平，一般当机组负荷300MW时，背压维持在1013kPa左右。当环境温度升高到2527时，机组在250300MW负荷时运行背压升高到3842kPa。7.2不利风向对机组运行的影响漳山公司2300MW机组自投产以来汽轮机背压经常因环境风场的影响波动，冬季因环境温度偏低影响不大。但夏季环境温度较高（2634）,在恒定高的环境温度和机组负荷不变的情况下，只要环境风场发生变化（风速、风向），2台机组的背压值就会发生大幅度升高，迫使机组降负荷甚至发生机组掉闸的事故，严重影响机组的安全运行。7.2.1 2号机组受到不利风向影响被迫降负荷运行（1） 机组受大风影响前运行情况。在2005年4月28日15001607期间，机组运行比较平稳，负荷维持在286291MW，环境温度在32，空冷风机入口空气温度在3738，机组背压在407417kPa，机组全部空冷风机转速维持在98%运行。（2） 机组受大风影响期间运行情况。在2005年4月28日16071700期间，机组由于受到环境大风的影响，环境自然风向为东风，风力大约在80100m/s，机组运行背压发生大幅度变化，在1607时机组运行背压为415kPa，截止到1614时，机组运行背压升高到512kPa；在此期间机组负荷由291MW降低到272MW；环境温度在此期间由325降低到308；空冷风机入口环境温度由37降低到36；机组全部空冷风机转速维持在98%运行。截止到1638时，机组负荷降低到220MW，这时机组运行背压为44kPa，环境温度为302，风机入口空气温度为367。截止到1935时，机组负荷恢复到291MW，机组运行背压为33kPa，环境温度为241，风机入口空气温度为274。7.2.2 2号机组受到不利风向的阵风影响机组掉闸（1） 机组受大风影响前运行情况。在2005年6月22日16001730期间，机组运行比较平稳，机组由于环境温度比较高，机组负荷维持在250254MW，环境温度在38，空冷风机入口空气温度在4045，机组运行背压在441465kPa，机组全部空冷风机转速维持在98%运行。（2） 机组受大风影响期间运行情况。在2005年6月22日17301742期间，机组由于受到环境大风的影响，环境自然风向为东北风，风力估计在1516m/s，是雷阵雨前的大风，机组运行背压发生大幅度变化，在1730时机组运行背压为442kPa，截止到1742时，机组运行背压升高到649kPa；在此期间机组负荷由254MW降低到223MW，随后机组低真空保护动作，机组跳闸停机；机组背压最高升高到811kPa；环境温度在此期间由375降低到329；空冷风机入口环境温度由405降低到392；机组全部空冷风机转速维持在98%运行。截止到1817时，机组再次启动并网。1858时，机组负荷恢复到66MW，机组运行背压为135kPa，环境温度为309，风机入口空气温度为34。8环境风场对ACC系统影响的分析8.1环境风场作用对空冷散热器换热性能的影响在无环境风场作用时，空冷散热器周围会形成蒸腾现象，当环境风吹至空冷散热器上方时，由于环境风同空冷散发出的热气有热交换存在，这时原有的蒸腾现象，将受自然风扩散的影响，使得原有的热气质点同自然风质点不断的互相掺混，则热气质点同自然风质点的速度和压力等物理量在空间和时间上均具有随机性质的向前脉动现象。（1） 当环境风场的速率小于2m/s时，因为空冷风机出口风速为2.89m/s，则自然风的作用不会影响散热器的蒸腾，热源扩散的大至方向不会改变。（2） 当环境风场的速度为37m/s时，因为空冷风机出口风速为2.89m/s，则自然风的作用使得热源扩散方向明显变化，尽管这种影响是脉动的，不确定的，对空冷散热性能会造成间歇性的很大影响。因为在散热器上有环形翅片，而翅片间有间隙存在，不会在散热器表面形成旋涡，会有部分或大量的热气被挤压在部分散热器的翅片四周而无法形成正常的蒸腾现象，另有部分热气在扩散中经蒸汽分配管折向影响后排散热器的蒸腾。同时部分热气被环境风携带扩散经挡风墙折向加速向下，被吸入挡风墙附近的空冷风机的入口，造成空冷散热器性能下降。（3） 当环境风场的速度大于7m/s，自然风的作用会在极短的时间内使本应从散热器翅片上扩散出的热气，突然压回，使得大多的散热器的翅片被包围在热源中，造成换热突然恶化，机组背压升高而危胁机组的安全运行。8.2针对不利风场对ACC系统影响所采取的措施针对不利风向对ACC系统的影响，目前为止世界上的唯一行之有效的手段是在空冷平台上部四周加装挡风墙，目前漳山公司已经在空冷平台上方安装有一定高度的挡风墙。根据漳山2300MW直接空冷机组的实际运行经验，为了更好地减少不利风向的影响建议采取如下措施：（1） 所有空冷风机按排列位置调整叶片角度，靠近挡风墙的略高，中心区域的保持不变，保证各风机功率不超过额定值，以提高各个空冷单元的换热效率。（2） 在现有挡风墙的基础上，将挡风墙向下延伸，以降低环境风场对挡风墙四周风机吸入口的影响。同时使回热风的行程延长，以降低风机吸入口因环境风场作用所形成的热风温度。此项工作须进行相应的风洞试验准备，以确定挡风墙的延伸长度。（3） 在延伸后的挡风墙上装设必要的电动格栅，以满足在无环境风场作用时的风机吸