提高空冷机组经济性的研究

提高空冷机组经济性的研究大同第二发电厂(大同037043)谭海昆文摘通过对大同第二发电厂两台200MW空冷机组的经济性分析，以及对煤耗影响进行的详细计算，从大同地区的实际气象条件出发，对怎样提高空冷机组的经济性提出了具体的措施和分析计算方法，对可能挖潜的降耗措施进行了分析。关键词空冷机组经济性分析节能降耗措施大同第二发电厂共安装6台200MW凝汽式发电机组，其中5、6号机组为海勒式空冷机组，分别于1987年12月和1988年11月投产。该机组空冷系统所有设备均由匈牙利引进。空冷机组比同类型的湿冷机组煤耗相对较高，如何提高空冷机组的经济性，是生产中迫切需要解决的问题。1系统和设备概况大同二电厂5、6号机组是东方汽轮机厂生产的三缸三排汽凝汽式汽轮机，汽轮机排至凝汽器的乏汽与冷却水混合冷却后，由两台循环泵送入空冷塔的配水母管，6个扇形冷却段的进水阀分别与配水母管相连，每个扇形冷却段有20个铝管、铝翅片三角形冷却器，每台机组共有119个三角形冷却器，并垂直等间距布置在空冷塔的外侧。经冷却器冷却后的水由回水管经水轮发电机(回收经冷却塔流下的水的部分能量)或旁路阀进入喷射式凝汽器的水室中。从凝汽器下面的集水管引出600t/h冷却水(是循环冷却水量的2%～3%)，经精处理后作为锅炉用水。2空冷系统经济性分析由于大同第二发电厂两台空冷机组与4台湿冷机组容量相同，汽轮机和回热系统、电气、锅炉等主要设备也基本相同(都由东方三大动力厂提供)，故可用比较法对其经济性进行分析。影响空冷机组经济性的因素主要有大气环境温度、风力和运行方式。2.1环境气温的影响5号机组投产时，大同二电厂曾在匈方给定的保证值基础上(保证值只测试三个点)对200MW空冷机组进行了逐个环境气温点的测试，并绘制了汽轮机排气温度、背压与环境温度ta的关系曲线，并与该厂1～4号湿冷机组的相同曲线进行对比，附图所示。附图200MW空冷、湿冷机组两条曲线的对比由图1可算出某一温度区间湿冷机组与空冷机组背压差值及对应的真空度差值，并按真空度变化1%，煤耗变化0.842%的试验值计算出煤耗的差值，即在一定气温条件下两种机组的煤耗情况，计算结果见表1。表1气温对空冷机组煤耗的影响g/(kW*h)大气温度区间/℃小时数/h占全年百分数／%湿冷凝汽器真空度／%空冷凝汽器真空度／%平均影响煤耗年影响煤耗＜5387044.0595.094.42.020.895～108609.7994.492.73.860.3810～15107412.2393.389.88.571.0515～20143716.3692.086.714.652.420～27132915.1389.679.725.53.8627～301711.9588.575.039.40.7730～33430.4987.371.050.10.25由表1可以计算出1988年空冷机组刚投运时，因环境温度的影响使空冷机组的年平均煤耗比湿冷机组高9.6g／(kW*h)。从表2可以看出，气温越高，空冷机组比湿冷机组煤耗的增加值越大。近几年来全球气温普遍升高，延长了机组在高温条件下的运行时间，如1988年超过空冷机组设计气温27.3℃的日历小时数为184h，而1997年达到300h以上，造成空冷机组比湿冷机组年平均煤耗高10～10.5g／(kW*h)。当环境温度ta≤5℃时，空冷机组防冻措施规定为防冻期，经空冷塔冷却后的水温应控制在20～22℃，实际运行工况往往在25℃左右，凝汽器的真空度为90%～92%。如不考虑防冻，空冷塔设计保证值在ta=5℃时凝汽器的真空度为94.4%。即为防止空冷塔冻裂，人为地将空冷循环水水温提高，从而使凝汽器的真空度降低，影响了机组的经济性。在大同地区，环境温度ta≤5℃的时间每年约有3870h，约占全年小时的44%。经计算，每台200MW的空冷机组年平均煤耗增加4.3～4.5g／(kW*h)。2.2大风的影响近几年来，各方面的研究成果和机组的实际运行情况表明，大风对冷却效果影响很大，从而影响机组的经济性。机组运行实践表明，风速大于6m/s时才会明显影响空冷塔的冷却效果。在大同地区风速大于6m/s的时间为1019h/a，其中4、5月份为220h，6～9月份为249h。经计算和运行数据统计，得出因大风的影响使空冷机组年平均煤耗比湿冷机组高1.2～1.4g／(kW*h)。2.3运行方式的影响在1994年以前，为了缓解夏季用水的紧张状况，5、6号空冷机组都安排在4～6月份大修，使空冷机组在高温季节的运行时间相对增加，而在低温度、高效率的运行时间相对减少，造成空冷机组热效率降低，相对煤耗年平均增加4～4.2g／(kW*h)。综合以上影响因素，一台200MW的空冷机组比湿冷机组的年平均煤耗高约19.1～20g／(kW*h)3提高空冷机组经济性的途径前面分析了影响空冷机组经济性的各种因素，其中环境温度和大风的影响是自然因素，是不可改变的，而防冻和运行方式是人为因素，是可以改变的。3.1防冻方面当ta≤5℃时为空冷塔的防冻期，全年约有3870h。防冻期空冷塔返回水的水温控制在25℃左右，如将返回水的水温控制在20℃，而又使冷却器不冻，那么在近5个月的时间里凝汽器的真空度可达到94%～95%，则年平均煤耗可降低4.3～4.5g／(kW*h)。根据防冻原理，这种想法是可以实现的。三角形冷却器的防冻原理主要是防止断流，即在冷却器的铝管中水不能滞流。1989年3月山西试验所、大同第二发电厂、西安热工所对5号空冷塔进行了模拟断流试验，试验结果表明，冷却水在铝管内达到冰点的主要因素是水的流速、百叶窗的开度和气温，而与水温关系不大。只要冷却器的出水温度不小于20℃(进塔水温30～32℃)，凝汽器背压保持在0.0047MPa，即可保证安全运行。另外，空冷塔有一套防冻自动保护系统，当水温降到18℃时，百叶窗自动关闭。当水温降到12℃时，安全阀自动打开，空冷系统的水放入贮水箱中，机组停运。从以上分析可以认为，循环冷却水在20℃的条件下运行，不但经济，而且安全。3.2运行方式1995年册田引水工程完工后，保证了该厂夏季用水量的要求，两台空冷机组可安排在高温季节检修，减少在煤耗高的季节运行时间，从而提高机组的经济性。如机组分别在6、7、8、9月期间检修一个月，则年平均煤耗可降低1.7、2.0、1.6和1.1g／(kW*h)。3.3空冷系统维护方面图1中的曲线pk=f(ta)是在空冷系统冷却效果最佳条件下得出的，如能保证空冷塔严密和保持三角形冷却器清洁，则可保证空冷系统处于或接近最佳的冷却效果。3.3.1确保空冷塔的严密性空冷塔是依靠热空气上浮、冷空气从底部补充的自然通风方式，在三角形冷却器的表面进行换热，使循环冷却水冷却后的水温下降12℃。确保冷空气全部经过三角形冷却器进入塔中，是保证冷却效果的必要条件。空冷塔往往在以下部位漏风，即空冷塔进出门(未关或门已破损)、三角形冷却器底部的入孔门(未盖或破损)、三角形冷却器顶部盖板(未盖或破损)、两个三角形冷却器之间夹缝(密封带脱落或未装)以及三角形冷却器底部外围挡风玻璃(破碎或未装)等。为保证空冷塔严密，要求电厂有关人员加强管理，专人负责。3.3.2三角形冷却器的防尘及清理要保证空冷塔的冷却效果，必须保证三角形冷却器外表面清洁。冷却器的外表面是翅片，翅片间距为2.88mm，翅片厚度为0.33mm。在空冷塔运行过程中，冷空气在翅片间不断地通过，容易积灰或堵塞。为减少冷却器外表面积灰，在空冷塔的周围严禁堆放尘土、垃圾、粉煤灰等杂物，以免大风天气将尘土刮起吸入塔中。在空冷塔停运时，必须将百叶窗关闭，避免灰尘进入翅片的缝隙中。空冷塔应定期清洗，每年至少两次以上。彻底清洗一次，可使循环冷却水温下降2～3℃，凝汽器的真空度提高1.2%～1.4%，降低煤耗2.5～3g／(kW*h)。3.4从机组运行分析中挖潜机组在运行时能够随时提供大气温度、汽轮机排汽温度和凝汽器真空度等数据。根据这些数据可以判断机组是否在最佳状态下运行。例如，如果凝汽器的真空度比大气温度所对应的值低，说明机组未在最佳状态下运行，应找出原因进行调整。具体分析方法有两种：(1)依据图1查曲线法：例如，大气温度ta=24℃，查图1得出空冷机组循环冷却水温tk=55℃，凝汽器背压为0.0162MPa，当地大气压为0.0885MPa，那么真空值H应为0.0723MPa。(2)温差计算法凝汽器冷却水出口温度与空气进口温度之差称为初始温差，也称设计温差，是海勒空冷塔散热性能的主要参数，用IDT表示。空冷机组的排汽温度与凝汽器冷却水出口温度之差称为凝汽器的端差，用δt表示，它们之间的关系为：tk=ta+IDT+δt表2列出了匈牙利给定的保证值及试验值。表2匈方给定的保证值及试验值℃taIDTδttk4.427.30.332.015.028.00.343.327.330.90.358.5(30.0)(33.5)(0.5)(64.0)注：括号内为试验值。由于IDT和δt都是ta的函数，所以tk=ta+IDT+δt也必定是ta的函数，即tk=f(ta)，将f(ta)用幂级数展开，取前4项，结合表3的数据可得出以下的拟合公式：tk=24.9+1.8777ta-0.0675ta2+0.0016042ta3(t≤27.3℃)tk=25.1+1.8777ta-0.0675ta2+0.0016042ta3(t＞27.3℃)由上式可知，只要测出大气温度ta，即可计算出机组的排汽温度tk，如果实测的排汽温度比计算值高，说明空冷系统存在问题(如空冷塔漏风、冷却器表面脏污等)，应及时查找原因，采取措施。4结论与建议空冷机组是缺水富煤地区发展电力的方向。目前空冷机组的煤耗比湿冷机组高约19g／(kW*h)。影响空冷机组煤耗的主要因素有气温、大风和运行方式等。要提高空冷机组的经济性，应从以下几个方面入手：(1)尽量增加空冷机组在气温低的季节的运行时间；(2)如果条件允许，尽量安排空冷机组在夏季检修或停备用；(3)在冬季不影响防冻的前提下尽量降低冷却水温，可由以前控制在25℃左右降至20℃；(4)维护好空冷系统的冷却设备，确保冷却效果；(5)从机组运行数据分析中及时发现问题，使空冷机组始终处于或接近于最佳状态下运行。通过以上努力，可使空冷机组的供电煤耗由398g／(kW*h)下降到388～389g／(kW*h)。