直接空冷機組提高運行真空度的探討
基于三排管直接空冷機組空冷散熱面積不足,夏季高溫運行時機組真空低嚴重限負荷的問題,通過多種方法的實踐探索,提高了機組真空度、增強了機組帶負荷能力,為同類型機組夏季真空低限負荷問題提供借鑒經(jīng)驗。
直接空冷系統(tǒng)夏季低真空運行問題是影響機組安全經(jīng)濟運行的主要問題。從投用的4 臺200MW 直接空冷機組的實際運行情況看,在環(huán)境溫度大于30℃時,機組的背壓達到40kPa,但仍然存在低真空嚴重限負荷問題。由于夏季運行工況正處于電網(wǎng)迎峰渡夏高負荷運行時期,因此在夏季必然會出現(xiàn)長時間大負荷高背壓運行工況。在這種情況下,一旦出現(xiàn)大風天氣及熱風回流等不利的情況,極易造成保護動作機組跳閘的出現(xiàn),不但給機組安全運行帶來嚴重的威脅,同時也影響到電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行。
1、空冷系統(tǒng)現(xiàn)存在的問題
1.1、空冷凝汽器基本概況
神華億利能源有限責任公司(4×200MW)煤矸石自備電廠(以下簡稱“億利電廠”),采用循環(huán)流化床鍋爐、純凝汽式直接空冷汽輪機,發(fā)電機采用空冷方式。
空冷凝汽器為SPX 公司供貨,采用三排橢圓管橢圓翅片結(jié)構(gòu),每臺機組空冷凝汽器成5 列×4 排布置,供20 個冷卻單元,每個冷卻單元由8 臺管束組成。順逆流單元比為3∶1,逆流單元設(shè)置在每列的第二單元。選配直徑9.144m 風機,全部采用變頻調(diào)速,110kW 電動機?绽淠髟O(shè)計主要氣象條件:典型年環(huán)境溫度-23℃~36.9℃,年平均汽溫6.7℃,年平均大氣壓90.17kPa。選取夏季滿發(fā)環(huán)境溫度30.3℃,外界自然風風速為3m/s。
1.2、空冷凝汽器運行性能
空冷凝汽器建成后,運行性能差。特別在夏季高溫,機組運行背壓高而被迫降負荷,極端情況機組運行功率只有120~140MW。機組運行數(shù)據(jù)見表1。
表1 機組運行數(shù)據(jù)
從表1 可以看出,風機基本在110%轉(zhuǎn)速運行。環(huán)境溫度超過24℃,機組無法滿負荷運行,而且在夏季空冷風機多數(shù)時間在110%轉(zhuǎn)速運行,空冷系統(tǒng)廠用電一直偏高。后對同類電廠調(diào)研,對空冷主要技術(shù)參數(shù)進行比較,結(jié)果見表2。
表2 SPX 空冷凝汽機組主要技術(shù)數(shù)據(jù)(135~300MW)
可以看出,SPX 公司設(shè)計的三排管ACC 管束散熱面積,單位排汽量對應(yīng)的冷卻面積(m2(/ t/h))分別為:856(榮海電廠)、876(忻州電廠)、1147(蒙西廠)、936(上灣電廠),億利電廠僅為764。經(jīng)過比較,億利電廠機組空冷凝汽器散熱面積明顯偏小,導(dǎo)致在夏季高溫環(huán)境機組帶負荷能力急劇下降,嚴重影響機組安全經(jīng)濟運行。
2、提高機組真空的方法和途徑
2.1、消除真空系統(tǒng)的泄漏點
采用超聲波與氦氣相結(jié)合的方法進行檢漏,將真空泄漏率控制在100Pa/min 內(nèi)。針對機組真空系統(tǒng)的不同部位,合理選用超聲波及氦質(zhì)譜檢漏儀。一般空冷島管束及高空位置采用超聲波,主廠房內(nèi)真空系統(tǒng)采用德國進口氦質(zhì)譜檢漏儀,進行全方位檢測,對系統(tǒng)存在的泄漏點在不停機狀態(tài)下,進行軟處理封堵工作,通過兩種工藝的合理運用,使機組的真空嚴密性控制在50~100Pa/min 的優(yōu)秀水平。
檢漏治理工藝如下:通過精密儀器對漏點進行定位后,采用德國引進軟處理技術(shù)及其進口的原材料生產(chǎn)的MACR1208 對系統(tǒng)所有漏點外表面進行清理;對清理后的所有漏點,采用進口原材料生產(chǎn)的MACR1001(粘合材料)與MACR1201(柔韌材料)及MACR3104,MACR3105 按比例調(diào)和后進行機組在線處理封堵。所配制復(fù)合材料在設(shè)備缺陷處涂膜九層,每層涂膜完成后凝固3h,在進行下一層涂膜;最終泄漏點表面形成一層韌性膜層(具有抗拉伸,抗高溫性能),達到治理目的。
2.2、高低壓清洗裝置系統(tǒng)對空冷島散熱面進行沖洗
采用高低壓清洗裝置系統(tǒng)從不同方向?qū)绽鋶u散熱面進行沖洗。億利電廠地處西北地區(qū),多風且春季柳絮、昆蟲多極易污染空冷島,針對空冷凝汽器為早期的三排管結(jié)構(gòu),管束內(nèi)進入雜物后不易清理的特殊情況,通過不斷嘗試,總結(jié)出一套較合理的沖洗方案。下面對沖洗工藝進行簡要說明。整個空冷管束沖洗過程可分為由空冷風室外部向內(nèi)自動沖洗和由空冷風室內(nèi)部向外人工沖洗相結(jié)合的方式。圖1 為空冷A 型管束沖洗示意圖。由外向內(nèi)自動沖洗方式是在管束的外表面布置一套自動沖洗裝置,由平行于管束外表面的沖洗爬梯及其驅(qū)動裝置、齒形帶清洗裝置及驅(qū)動機構(gòu)、噴嘴架組成,通過自動控制裝置可實現(xiàn)整個管束的自動沖洗。沖洗壓力一般為10~12MPa(三排管結(jié)構(gòu)沖洗壓力較單排管高),沖洗方向由外向內(nèi)沖洗,且沖洗過程中噴頭與管束始終保持垂直噴射,不易損失翅片。由內(nèi)向外進行人工沖洗則是人工手持高壓沖洗槍在圖1 所示沖洗位置處向風室外部沖洗。沖洗壓力達30~40MPa。人工沖洗的優(yōu)點是:沖洗靈活、沖洗徹底,針對不同部位可以合理調(diào)整沖洗時間和沖洗部位,直到管束目測透亮。其缺點是:由于沖洗壓力較高,當沖洗管束頂部及底部時,沖洗槍頭與管束斜角大,易損失翅片。
圖1 空冷換熱管束沖洗
沖洗時間一般選擇在每年的入夏4~5 月間,首次沖洗時,先進行由外向內(nèi)自動沖洗,通過這種方式先將管束中的泥土沖掉,可將管束中積存的不易清理的柳絮進行疏松,為人工高壓清洗做好準備。然后采用由內(nèi)向外的高壓人工沖洗,沖洗時由于管束頂部與底部與沖洗槍頭角度大。為保護翅片可按如下措施進行:沖洗時將管束沿高度方向分為6 個區(qū)域,見圖1(①-⑥);沖洗③和④區(qū)域時,噴頭可與散熱面保證垂直,壓力可達到40MPa,;沖洗⑤和⑥區(qū)域時,因噴頭與散熱面夾角較小,適當降低壓力至30~35MPa;沖洗①和②區(qū)域時,噴頭與散熱面夾角較大,為保護翅片和保證沖洗效果,沖洗壓力調(diào)整至25~30MPa。采用上述方式后,針對不同區(qū)域合理選配沖洗壓力,既保護翅片沖洗時不損壞又將積存在管束內(nèi)部的雜物徹底沖洗出去,沖洗效果見圖2。
圖2 沖洗效果
結(jié)論
正常運行的機組當蒸汽品質(zhì)合格時,應(yīng)盡可能去判斷漏泄的部位,以及大致的漏泄程度,然后聯(lián)系運行人員進行停機查漏處理。要求運行人員要熟練掌握整系統(tǒng)的蒸汽品質(zhì)和凝液指標,對凝汽器的漏泄要做到及時發(fā)現(xiàn),正確判斷并果斷處理。正常運行的機組凝液品質(zhì)發(fā)生異常,首先想到的就是凝汽器是否漏泄,要及時進行采樣化驗,并進行綜合分析判斷。保證一旦凝汽器漏泄在初始階段即被發(fā)現(xiàn),以便及時采取措施進行處理。凝汽器漏泄的監(jiān)督,單靠操作人員是遠遠不夠的。主要應(yīng)依靠水質(zhì)在線分析表的報警來發(fā)現(xiàn),這就要求水質(zhì)在線分析的報警信號一定要準確,要求汽機檢修人員在機組的停備用期間,對凝汽器的列管進行檢查發(fā)現(xiàn)問題及時處理,以充分體現(xiàn)安全第一、預(yù)防為主的方針,從而確保機組的安全、長期、穩(wěn)定運行。在兩次泄漏的事故中,加強了凝液取樣的次數(shù),在檢修過程中勤于檢查。同時也優(yōu)化了蒸汽和循環(huán)水的品質(zhì),目前凝汽器的運行狀況良好。