600MW电站直接空冷技术培训

1、SPX600MW直接空冷直接空冷优化运行分析优化运行分析上都发电有限责任公司上都发电有限责任公司 李李 悦悦 王王 忠忠摘要摘要 本文对北方上都发电公司一期2600MW直接空冷系统的设计、安装、自动控制和安全经济运行进行分析与探讨。对同类型机组的运行可起到一定的借鉴作用。 关键词关键词 直接空冷系统 热态冲洗 自动控制引言引言 上都发电工程项目是国家“西电东送”北通道的电源支撑点，点对网向华北电网供电，规划容量为8台60万千瓦机组，为国产亚临界直接空冷脱硫燃煤发电机组。上都发电公司一期2600WM直接空冷机组于2006年8月份之内相继投产。是目前我国海拔最高（1318m）、纬度最高、平均温度最

2、低（1.8，最冷月一月平均最低气温23.5）应用直接空冷的600MW机组。经过多次机组启、停特别是冬季的启、停操作，积累了一些运行经验，可供同类型机组参考。 1、 汽轮机系统概述汽轮机系统概述 汽轮机为东方汽轮机厂生产的NZK60016.7/538/538型亚临界、一次中间再热、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽轮机。低压缸是在成熟的湿冷汽轮机的基础上根据空冷电站的气象条件，空冷系统特点和运行模式进行了优化，末级叶片高度为661mm。机组设计环境温度14，设计背压13.7Kpa,报警背压60Kpa，跳闸背压65 Kpa。直接空冷系统采用德国SPX公司技术，空冷凝汽器为单排管设计，其K/D结构为6/2

3、，采用八列八排高位布置，由640片换热管束和64台双速轴流风机组成，其中480片管束为冷凝器,其余160片为分凝器。散热面积153.7万平方米，风机直径9.757米。在1、2、3、5、6、7、8列空冷凝汽器蒸汽分配管前加装一个DN3400mm的电动蝶阀，并在每排凝结水回水管及逆流区抽真空母管上分别加装电动阀门。配有3台 180KW水环式真空泵。v2、自控逻辑优化、自控逻辑优化v2.1原有逻辑情况原有逻辑情况vSPX公司对单排管、双速轴流风机直接空冷系统的自控理念为全自动控制，禁止手动干预，设计中主要考虑了空冷岛的防冻安全，对机组的经济性放在了第二位。控制通过背压设定值与实际值的偏差运算出压力控

4、制器PID的输出值，由该输出值来控制ACC七个冷却单元的蒸汽分配阀，同时控制所有双速轴流风机的运行转速。考虑到冬季防冻，通过环境温度区分出两个运行模式，即：当环境温度8时，为冬季模式；当环境温度10时，为夏季模式；在冬季模式下机组背压自动设定为30KPa.a运行，在夏季模式下机组背压自动设定为10.2KPa.a运行。v（1）冬季启动模式（环境温度8）下启动顺序为：v第4列:v 12个温度测点温度30度、预抽真空结束（背压8.5Kpa）、所有蒸汽分配阀关闭时,第4列“启动允许”。10分钟后，防冻保护未动作时风机即可被“允许”启动(注意:此时可能因为防冻保护，风机不能运转。)v第5列:v第4列“允

5、许”工作信号出现和PID55%时，凝结水阀打开，其后立管阀打开。v第3列:v第4列“允许”工作信号出现和第5列的各个凝结水温度检测点温度30度，同时PID56.9%时，凝结水阀打开,其后立管阀打开。v第6列:v 第4列“允许”工作信号出现和第3列的各个凝结水温度检测点温度30度，同时PID58.8%时，凝结水阀打开，其后立管阀打开。v第2列:v 第4列“允许”工作信号出现和第6列的各个凝结水温度检测点温度30度，同时PID60.7%时，凝结水阀打开，其后立管阀打开。v第7列:v 第4列“允许”工作信号出现和第2列的各个凝结水温度检测点温度30度，同时PID62.3%时，凝结水阀打开，其后立管阀

6、打开。v第1列:v 第4列“允许”工作信号出现和第7列的各个凝结水温度检测点温度30度，同时PID64%时，凝结水阀打开，其后立管阀打开。v第8列:v 第4列“允许”工作信号出现和第1列的各个凝结水温度检测点温度30度,同时PID66.4%时，凝结水阀打开，其后立管阀打开。v（2）冬季模式（环境温度8）下阀组退出过程调整顺序为：v第1列:v “风机允许”工作信号出现和同时PID10.5%时，立管阀关闭，关到位延时15分，凝结水阀关闭。v第8列:v “风机允许”工作信号出现和同时PID8.9%时，立管阀关闭，关到位延时15分，凝结水阀关闭。v第7列:v “风机允许”工作信号出现和同时PID7.4

7、%时，立管阀关闭，关到位延时15分，凝结水阀关闭。v第2列:v “风机允许”工作信号出现和同时PID5.8%时，立管阀关闭，关到位延时15分，凝结水阀关闭。v第6列:v “风机允许”工作信号出现和同时PID4.3%时，立管阀关闭，关到位延时15分，凝结水阀关闭。v第3列:v “风机允许”工作信号出现和同时PID2.7%时，立管阀关闭，关到位延时15分，凝结水阀关闭。v第5列:v “风机允许”工作信号出现和同时PID1.3%时，立管阀关闭，,关到位延时15分，凝结水阀关闭。v 2.2逻辑改进情况逻辑改进情况v但在现场实际应用中存在许多问题，导致我厂空冷系统自动控制不能正常投入运行。为此，我们结合

8、现场实际运行情况对空冷系统自控逻辑进行了优化，具体情况介绍如下：v（1）原设计逻辑在“冬季模式”下机组背压自动设定为30KPa.a为三排管结构控制的防冻理念，对单排管而言该背压设定值太高,这样运行很不经济，且对凝结泵的运行极为不利，真空的剧烈变化极易发生凝结水的汽化，同时凝结水温升高又会导致精处理温度保护动作使其不能正常投运，无法保证锅炉给水品质，增加了机组运行的不稳定因素；在“夏季模式”下机组背压自动设定为10.2KPa.a偏低，不符合现场实际情况，只是一个理论数值，不可行。而且进入春、秋两季我厂所处地区环v境温度昼夜温差很大（1-25），而冬、夏季模式的自动转换值为当环境温度8时为冬季模式

9、； 10时为夏季模式。由于冬、夏季模式的频繁自动转换导致机组背压频繁大幅度的波动，且冬、夏季模式转换背压变化幅度太大（30-10.2=19.8KPa.a）,导致机组运行极不稳定（见附图1）。为此，我们在环境温度为-13时进行现场试验，将冬季模式下的背压设定值整定为15KPa.a，观察运行良好，其凝结水过冷度维持在2-4，未发生过冷现象。v鉴于上述情况分析，机组背压的设定值以冬、夏季模式自动设定不合理，运行灵活性差。夏季模式运行时，不需考虑ACC的防冻问题，以机组运行的经济性为主。因此，空冷系统在自动模式下运行，其背压设定值应以所有风机全部高速运行的实际背压为设定值较为合理。经过上述理论与实际分

10、析,我们将机组背压的“自动设定”改为由运行人员“手动输入。这样就改善了机组经济运行的灵活性。v（2）原逻辑中冬、夏季模式的区分为当环境温度8时为冬季模式，环境温度10时为夏季模式。其冬季模式的环境温度设定偏高，这样就造成当环境温度在80时就进入冬季运行，此时冬季保护被激活，当排汽温度与各列抽空气温度差8时，逆流保护动作，逆流风机自动降速运行；当各列任一凝结水温度和抽空气温度25时，顺流保护动作，顺流风机自动降速运行。这样就造成环境温度在0时，ACC只要有过冷现象，空冷风机就会自动降速运行，导致机组背压自动升高，经济性降低。因此，我们将冬、夏季模式的区分改为当环境温度2时为冬季模式，环境温度4时

11、为夏季模式。v（3）原逻辑中“冬季保护”有三种功能,即:顺流保护、逆流保护、回暖循环。当逆流保护动作后，逆流风机由高速切低速运行，并在逆流保护复归前自动保持低速运行。在环境温度较低时，主控制器PID输出降低顺流风机停运后，由于逆流保护动作逆流风机保持低速运行，而且我厂散热器迎风面风速的设计值为4.35m/s，且轴流风机的全风压高达89.5Pa，这样就导致逆流散热器出口管束过冷。由于该保护设计了“手动”闭锁功能，运行人员无法手动停运该风机，这样就导致逆流管束过冷现象越来越严重。同时，原设计逻辑中当逆流保护动作后闭锁回暖循环启动。因此，当逆流管束过冷后回暖循环就无法进行，起不到防冻保护的作用。综上

12、情况我们将“冬季保护”逻辑中的“手动”闭锁功能解除，这样就提高了空冷系统冬季运行调整的灵活性。v（4）取消了“夏季模式”下各列“凝结水温度及抽空气温度均大于30时，才允许风机投入逻辑”。当机组在“夏季模式”下运行时，设计该逻辑无意义，反而增加了机组事故处理的难度，当环境温度在20以下时，机组运行中跳闸ACC凝结水温或抽空气温度很快就降至30以下，此时“风机允许启动”信号消失，风机无法启动，延长了机组恢复时间。v（5）原逻辑中：蒸汽分配阀的开关由主控制器PID的输出来控制，由于蒸汽分配阀开、关时间长达5分钟，且控制器输出开关阀门的定值各列间差值太小（仅1.3）将会导致蒸汽分配阀频繁开关,在机组启

13、、停过程中多次造成几列ACC同时投、停，这样就有可能在阀门动作过程中导致机组背压升高而保护动作跳机，而且在冬季环境温度较低的情况下进行频繁投、停ACC冷却单元及易造成散热器冻损。为此，我们建议SPX公司将各列蒸汽分配阀的控制改为由汽轮机主蒸汽流量的大小来控制，主控制器PID的输出只控制风机的转速，这样比较符合ACC的防冻理论。v3、双速轴流风机叶片的安装角度的优化、双速轴流风机叶片的安装角度的优化v 空冷岛轴流风机叶片安装一般为固定角度，但在运行过程中，我们检测到各风机出力不一致，各风机电流差异较大，分别选取了其他工况相等的600个点计算其平均值如下图： 上图为乌拉山电厂#4机168期间各列风

14、机电流平均值，5列为迎风面，风机排列为5 3 1 2 4 6从外向里。最大电流与最小电流差18A，出力小8.25%。 上图为上都电厂#1机第一列8个风机的电流平均值，8号风机为迎风面。最大电流与最小电流差9.2A。出力小7.86% 上图为上都电厂#1机第二列8个风机的电流平均值，8号风机为迎风面。最大电流与最小电流差7.27A。出力小6.1% 上图为上都电厂#1机第六列8个风机的电流平均值，8号风机为迎风面。最大电流与最小电流差11.6A。出力小9.951% 上图为上都电厂#1机第八列8个风机的电流平均值，8号风机为迎风面。最大电流与最小电流差8.1A。出力小7.1%v 产生电流的不平衡原因是

15、：风机群在环境风场的作用下，各风机吸入口不同的负压区影响所至，最前端的迎风面风机吸入量小，后逐渐增大。因此，对应的空冷散热器换热性能不一样，电流大的换热性能高，反之换热性能低。这样运行对机组的经济性，安全性都不利，我们准备对不同风区的风机叶片的角度在进行调整，使各风机、电机都能达到额定出力，以保证各空冷散热器换热效果。v4 、空冷运行的一点体会、空冷运行的一点体会v 如何保证庞大空冷系统的安全经济运行，我们认为需要把握好以下几点：v4.1安装及调试过程中的清洗安装及调试过程中的清洗v散热片内部存在着大量的氧化皮和铁屑，同时在存放和安装阶段难免有沙尘进入，每公斤沙尘可污染几十万吨蒸汽。所以空冷系

16、统的清洗工作的好坏直接关系到将来锅炉运行的给水品质，尤其是Fe和SiO2。vACC的清洗工作一般分为两阶段进行v第一个阶段为细致的手工清洗阶段，由人工用金属丝刷手动清除排汽管道和配汽管道内壁的尘垢和氧化皮。注意不要使尘垢落入换热管束内；在封闭凝结水收集管的端板之前，应采用水冲洗（如消防水或工业水）将管道内的杂质进一步清理干净。注意不要让管道内部充满水，否则系统将无法承受其重量带来的负荷。在此清洗阶段，应特别注意将抽空气管道用水冲洗干净，从而避免造成真空泵入口滤网堵塞。v第二个阶段是蒸汽清洗阶段，该阶段为ACC系统的全面清洗过程。其目的是将蒸汽引入空冷排汽装置对其管道和换热管束进行热态清洗，将系

17、统中的污垢（主要是氧化铁）从系统中清除。此清洗阶段，在除盐补水量充足的情况之下，流量越大、时间越长、循环次数越多，效果越明显。建议每列散热器最少进行10次以上间断性的冲洗。每次的冲洗时间以排放的凝结水中固体悬浮物的含量或铁离子合格为原则。v4.2有益的尝试有益的尝试v在排汽装置内设置除铁磁栅，并利用每次停机机会都对除铁磁栅和排汽装置进行清理。上都机组运行4个月来，每次停机都可以清理出大量的铁屑和泥沙。v在对凝汽管道喷沙处理时，尽量用铁沙，不要用石英沙，以减少系统含硅量。v4.3空冷系统风压试验空冷系统风压试验v 空冷系统非常庞大接口多、焊口多，正常运行后，空冷系统非常庞大接口多、焊口多，正常运

18、行后，真空泄漏的查找很棘手，堵板一但拆掉基本没有什么真空泄漏的查找很棘手，堵板一但拆掉基本没有什么太好的办法。只有在安装过程中严把空冷系统的焊接太好的办法。只有在安装过程中严把空冷系统的焊接质量关和风压试验关，必要情况下可根据现场实际延质量关和风压试验关，必要情况下可根据现场实际延长风压试验时间，提高试验标准甚至可多做几次试验长风压试验时间，提高试验标准甚至可多做几次试验直至符合要求为止。直至符合要求为止。v4.4空冷系统防冻空冷系统防冻v 空冷系统防冻工作对上都这样的高寒地区尤为严空冷系统防冻工作对上都这样的高寒地区尤为严峻，我们目前采取了以下措施，收到了一定的效果。峻，我们目前采取了以下措

19、施，收到了一定的效果。v空冷凝汽器各列凝结水温度，控制在空冷凝汽器各列凝结水温度，控制在50以上运行，以上运行，并保证其系统过冷度在并保证其系统过冷度在35之间。之间。v空冷凝汽器各列逆流区抽空气温度，控制在空冷凝汽器各列逆流区抽空气温度，控制在40以以上运行。上运行。v机组正常运行中为了保证机组正常运行中为了保证ACC热负荷在规定范围内，机组负荷热负荷在规定范围内，机组负荷控制在控制在400MW以上运行。以上运行。v将第一、八列和各列迎风面的八号风机口用苫布进行了封堵。将第一、八列和各列迎风面的八号风机口用苫布进行了封堵。v当逆流区抽空气温度当逆流区抽空气温度40时，且该列顺流风机已全部停运后时，且该列顺流风机已全部停运后其抽空气温度仍其抽空气温度仍40时，应投入该列逆流风机反