空冷优化论文2.docx
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空冷优化论文2
国产300MW空冷机组的优化运行
梁纯斌魏俊峰闫志华夏瑞春
(内蒙古乌拉山发电厂,内蒙古乌拉山014407)
[摘 要]空冷机组由于风机多,电耗大,风机的电耗平均占厂用电耗的10%左右。
夏季一般占总发电量的1.1—1.5%。
它的优化运行空间很大。
本文介绍了300MW空冷机组优化运行的方法,其经验可对同类机组安全、经济运行提供借鉴。
[关键词]空冷系统;优化运行;调整;省煤节电;最佳。
1ACC的性能数据
1.1直接空冷系统的运行工况简介
乌拉山电厂三期工程2×300MW直接空冷系统由哈空调—IHW设计联合体共同设计,直接空气冷却系统及其附属设备在极端最高温度38.7℃和极端最低温度-30.8℃下能安全运行。
保证系统的性能在夏季空气干球温度为34℃,外界环境风速≤5m/s时,每台汽轮机的排汽流量为662.21t/h、排汽焓为2518kJ/kg,风机100%转速的情况下,汽轮机排汽口处背压不大于28kPa,此点作为直接空冷系统性能的主要考核点。
另外,计算出满足汽轮机运行工况二(THA工况)、运行工况三(T-MCR工况)、运行工况四(夏季平均工况)、运行工况五(9.0KPa工况)的对应环境气温,作为直接空冷系统性能保证的考核点。
凝结水过冷度(汽轮机排汽背压对应的饱和温度减去凝结水箱出口处的凝结水温度)按五个运行工况考核。
1.2直接空冷系统的计算和保证值一
在夏季干球温度为34℃,外界环境风速5m/s,风机100%转速情况下,保证排汽背压不大于28kPa,单台汽轮机的排汽流量662.21t/h,排汽焓为2518kJ/kg时的工况。
直接空冷系统性能的主要考核点工况:
项目
单位
计算结果
环境温度
℃
34
汽轮机排汽量
t/h
662.21
排汽焓
kJ/kg
2518
汽轮机排汽背压
kPa
28
管束迎面风速
m/s
2.1
风机消耗功率
kW
3193
汽轮机排热量
kJ/kg
1.67×109
计算散热量
kJ/kg
1.48×109
汽轮机排汽背压
kPa
28
凝结水温度(凝结水箱出口处)
℃
66.31
1.3直接空冷系统的计算和保证值二(THA工况)
热耗率保证工况(THA),汽轮发电机功率为300.008MW,排汽量为620.92t/h,排汽背压在15kPa时的工况:
项目
单位
计算结果
环境温度
℃
21.8
汽轮机排汽量
t/h
620.92
排汽焓
kJ/kg
2446.5
汽轮机排汽背压
kPa
15
管束迎面风速
m/s
2.1
风机消耗功率
kW
3333
汽轮机排热量
kJ/kg
1.52×109
散热量
kJ/kg
1.39×109
汽轮机排汽背压
kPa
15
凝结水温度(凝结水箱出口处)
℃
50
1.4 直接空冷系统的计算和保证值三(T-MCR工况)
最大保证工况(T-MCR),主机功率317.066MW,主汽流量1008t/h,排汽量656.16t/h,排汽背压15kPa,补水率为零时的工况:
项目
单位
计算结果
环境温度
℃
20.1
汽轮机排汽量
t/h
656.16
排汽焓
kJ/kg
2440.2
汽轮机排汽背压
kPa
15
管束迎面风速
m/s
2.1
风机消耗功率
kW
33516
汽轮机排热量
kJ/kg
1.60×109
散热量
kJkg
1.46×109
凝结水温度(凝结水箱出口处)
℃
50
1.5直接空冷系统的计算和保证值四(夏季平均工况)
夏季平均工况,汽轮发电机组功率307.15MW,汽轮机排汽量668.7t/h,背压25kPa,环境温度30.5℃时的工况:
项目
单位
计算结果
环境温度
℃
30.5
汽轮机排汽量
t/h
668.7
排汽焓
kJ/kg
2500
汽轮机排汽背压
kPa
25
管束迎面风速
m/s
2.1
风机消耗功率
kW
3233
汽轮机排热量
kJ/kg
1.67×109
散热量
kJ/kg
1.49×109
凝结水温度(凝结水箱出口处)
℃
63.5
1.6直接空冷系统的计算和保证值五(9.0KPa工况)
汽轮发电机组功率320.75MW,汽轮机排汽量644.75t/h,汽轮机排汽背压
9.0kPa,时的工况:
其中风机消耗功率应为最终电机输入功率,其值应为风机轴功率÷(齿轮箱传动效率×电动机效率)。
项目
单位
计算结果
环境温度
℃
-1.6
汽轮机排汽量
t/h
644.75
排汽焓
kJ/kg
2414.5
汽轮机排汽背压
kPa
9
管束迎面风速
m/s
2.1
风机台数
台
30
风机消耗功率
kW
3607
汽轮机排热量
kJ/kg
1.56×109
散热量
kJ/kg
1.48×109
凝结水温度(凝结水箱出口处)
℃
27
2哈汽300MW空冷汽轮机特性数据
(设计背压15.0kPa,T-MCR主汽流量Go=1008t/h,补水率为0)
背压
kPa
7.1
8
10
15
20
25
33
40
50
机组出力
MW
322.1
321.00
320.50
317.07
312.22
307.15
299.84
294.2
287.6
机组热耗
kJ/kWh
8044
8073
8086
8173
8300
8437
8643
8807
8997
主汽压力
MPa
16.7
16.7
16.7
16.7
16.7
16.7
16.7
16.7
16.7
主汽温度
℃
537
537
537
537
537
537
537
537
537
高排压力
MPa
4.038
4.038
4.038
4.038
4.038
4.038
4.038
4.038
4.038
高排温度
℃
328.3
328.3
328.3
328.3
328.3
328.3
328.3
328.3
328.3
给水温度
℃
280.3
280.3
280.3
280.3
280.3
280.3
280.3
280.3
280.3
再热压力
MPa
3.634
3.634
3.634
3.634
3.634
3.634
3.634
3.634
3.634
再热温度
℃
537
537
537
537
537
537
537
537
537
再热流量
T/h
835.1
835.1
835.1
835.1
835.1
835.1
835.1
835.1
835.1
低缸排汽量
T/h
640.0
642.4
647.1
656.2
663.1
668.7
676.2
681.7
692.2
低缸排汽焓
kJ/kg
2403
2412
2417
2440
2470
2500
2542
2573
2604
(设计背压15.0kPa,THA主汽流量Go=943.8t/h,补水率为0)
背压
kPa
6.8
8
10
15
20
25
33
40
50
机组出力
MW
305.39
304.48
303.77
300.0
294.9
289.74
282.5
277.2
270.10
机组热耗
kJ/kWh
8042
8067
8085
8187
8328
8477
8694
8860
9038
主汽压力
MPa
16.7
16.7
16.7
16.7
16.7
16.7
16.7
16.7
16.7
主汽温度
℃
537
537
537
537
537
537
537
537
537
高排压力
MPa
3.802
3.802
3.802
3.802
3.802
3.802
3.802
3.802
3.802
高排温度
℃
322.6
322.6
322.6
322.6
322.6
322.6
322.6
322.6
322.6
给水温度
℃
276
276
276
276
276
276
276
276
276
再热压力
MPa
3.421
3.421
3.421
3.421
3.421
3.421
3.421
3.421
3.421
再热温度
℃
537
537
537
537
537
537
537
537
537
再热流量
T/h
785.3
785.3
785.3
785.3
785.3
785.3
785.3
785.3
785.3
低缸排汽量
T/h
605
608
612
621
627
633
640
645
653
低缸排汽焓
kJ/kg
2407
2414
2420
2447
2478
2510
2553
2584
2626
其中两表中背压7.1kPa和6.8kPa为阻塞背压
3在典型环境温度下直接空冷系统的运行情况
3.1直接空冷系统特性曲线(风机转速100%)
3.2直接空冷系统特性曲线(风机转速110%)
3.3直接空冷系统特性曲线(风机转速50%)
4空冷优化运行试验及方法
乌拉山发电厂三期工程是两台我国首次国产化的300MW空冷机组。
分别于2006年6月12日和9月28日顺利通过168小时试运,正式投入商业化运行,目前运行情况良好。
通过参与机组的设计、安装和调试的全过程。
以及
投产后围绕空冷机组的安全、经济运行,我们进行了多次试验。
取得了一些空冷机组优化运行的方法。
空冷岛不仅体积庞大,而且涉及到电气、热工、机务等多个专业。
空冷机组由于风机多,电耗大,风机的电耗平均占厂用电耗的10%左右。
一般占总发电量的1.1—1.5%。
它的优化运行空间很大,做好了可以带来可观的经济效益。
提高真空和电耗升高之间如何合理选择最佳状况是优化运行的关键点,需做各种工况下的试验,不断总结经验。
机组投产后,在提高机组效率,降低发电成本上我们做了大量的工作。
在空冷的优化运行方面,我们从以下两个方面入手:
一是合理调整运行方式,取得最佳真空值,使煤耗和电耗的总耗达到最小。
以取得最小的发电成本。
二是在同一负荷和真空基本不变的情况下,调整风机的运行方式,使风机电耗达到最小,有效的降低电耗。
减少发电成本。
为此我们多次进行了试验,其中一次我们对#4号机进行了如下测试:
数据采集时间:
2006年9月18日
试验数据列表如下:
机组
参数
时间
负荷
MW
真空
kPa
环境温度℃
风机转速状态
大气压
kPa
空冷耗电量
Kw.h
试验开始参数
9:
00
208
-74.6
20.27
20列全停
其余列50Hz
89.2
试验终止参数
10:
00
208
-72.7
21.1
2910
试验开始参数
11:
40
208
-72.9
21.7
顺流风机40Hz
逆流风机45Hz
89.2
试验终止参数
12:
40
209
-72.2
21.5
89.2
1950
试验开始参数
16:
50
215
-65.3
21.3
所有风机均为40HZ
89.2
试验终止参数
17:
50
215
-64.7
20.6
89.2
1740
将#4机一列(20列)5台风机全部停止运行,其余各列风机频率全部为50Hz。
真空在-72.7—74.6kPa之间,计量风机耗电量每小时是2910Kw.h。
之后启动所有风机运行,其中顺流风机频率全部为40Hz,逆流风机频率全部为45Hz,真空保持72—73kPa左右,计量风机耗电量每小时是1950Kw.h。
所有风机全部运行,其中顺流风机频率全部为40Hz,逆流风机频率全部为40Hz,真空基本保持不变,。
计量风机耗电量每小时是1740Kw.h。
通过试验可以看出:
停一列五台风机与风机全部降速(其中顺流风机频率全部为40Hz,逆流风机频率全部为45Hz时),在同一真空下,电耗由2910千瓦时降至1950KW.h,电量减少了960KW.h。
降低电耗33%。
停一列五台风机与风机全部降速(其中顺流风机频率全部为40Hz,逆流风机频率全部为40Hz时),在真空基本不变的情况下,电耗由2910KW.h降至1740KW.h,电量减少了1170KW.h。
降低电耗40%
2007年3月12日、13日,我们两次把两台机的60台风机全部调整到25Hz运行,既额定转速的一半运行,连续计量了两小时,每台机的30台风机平均每小时耗电量是580—600KW.h。
4.1从试验结果可以看出,在真空基本不变的的情况下,将所有风机降速比停几台风机运行电耗小的多。
所以空冷优化运行应注意空冷岛正常运行期间,尽量保持同列中各风机的频率相同,低负荷时尽可能保持各列风机多投、低频运行。
这一结论适用于所有变频调节的直接空冷机组,是直接空冷机组的经济运行的依据。
4.2通过计量可以看出,直接空冷机组所有风机一半转速运行电耗是所有风机全速运行电耗的1/(5—6)。
风机降速70—80%,可使厂用电率降低0.3—0.5个百分点,可年节约电耗费用300—400万元,经济效益可观。
4.3我们北方地区昼夜温差大,机组在夜间低负荷运行,环境温度低于25℃时,可将风机转速降速运行,降速时,尽量使机组的真空变化不大于2kPa,汽轮机效率变化不明显。
夏季机组夜间低负荷运行时,ACC控制系统可投入自动控制,应将机组背压设置的稍高一些,以保证顺流风机能够降速运行。
当然风机的降速运行必须
是有依据的,否着降速引起的真空下降会使发电煤耗过多增加,当煤耗增加
的费用大于风机降速节电省下的费用时便不可取了。
4.4直接空冷机组风机超频运行情况分析
试验情况:
2006年6月24日13点20分,将#4机空冷岛所有风机全部调至100%额定转速运行1小时。
空冷A、B、C变耗电量分别是1350kw.h、1320kw.h、1260kw.h。
30台一小时共耗电量:
3930kw.h。
是满发电量的1.31%。
同日14点30分,将#4机空冷岛所有风机全部调至110%额定转速运行1小时。
空冷A、B、C变耗电量分别是1500kw.h、1500kw.h、1440kw.h。
30台一小时共耗电量:
4440kw.h。
是满发电量的1.48%。
风机额定转速运行110%比100%额定转速运行多耗电:
(1500+1500+1440)—(1350+1320+1260)=510kw.h。
每台风机超频运行比额定转速运行平均每小时多耗电17kw.h。
从测量结果看,风机超频运行比额定转速运行耗电量增加12.9%,如果风机超频运行比额定转速运行,真空能够提高1kPa,就是合算的。
2006年7月1日我们在环境温度最高的时候做了如下试验:
分别在3个点内将风机调至额定转速(50HZ)、超频(55HZ)、额定转速运行采集了以下数据。
数据列表:
采集时间
环境温度
大气压力
机组负荷
真空
排气温度
主汽压力
主汽流量
凝结水温
风机频率
风机转速
风机电流
℃
kpa
MW
kpa
℃
Mpa
T/H
℃
HZ
rpm
A
21:
00
31.9
88.3
202
-63
66
16.2
667
63.9
50.6
84
205
22:
00
31.0
88.3
203
-67
60
16
661
58.8
55
91.3
275
23:
00
30.8
88.3
203
-63
66.4
16.3
666
64.2
50.5
83.83
210
从试验结果看,在同一环境温度和负荷下,风机超频运行比额定转速运行真空至少可以提高3kPa,综合以上两项试验看,在夏季将风机自动投入装置打至110%,超频运行是经济合理的。
在具体的调整中,如果风机投自动,长
时间在超频状态运行,可以根据环境温度将部分风机打至手动,在额定转速
下运行,真空基本不变的情况下,可以减少风机机械损耗和电耗。
当环境温度低于25℃时,风机超频运行比额定转速运行真空提高就不明显了,风机超频运行就没什么意义了。
4.5直接空冷机组有两个经济指标是我们调整风机运行方式的依据
1过冷却度:
汽轮机排汽背压对应的饱和温度与凝结水箱出口处的凝结水
在空冷岛及系统严密性合格的情况下,过冷却度控制在5℃以内是比较经济的,过大过小都不利于直接空冷机组的经济运行,风机转速调整要参考过冷却度的大小进行。
2初始温差(ITD):
即汽轮机排汽饱和温度与进入空冷岛空气温度(设计温度)之差。
在一般环境下,ITD值是保持不变的,直接空冷机组一般是39℃,间接空冷一般是49℃。
有的直接空冷机组把ITD设计在35℃以下。
在春、秋季节运行时,风机转速的调整要参考ITD值。
环境温度是确定的,可以调整风机转速控制背压。
从而使汽轮机排汽饱和温度接近ITD的设计值。
但在低温环境下,为了防冻,排汽压力必须的维持在一定数值。
这时直接空冷的ITD值可高达70℃。
这时风机的运行基本考虑都是防冻。
4.6空冷优化运行参考值及注意事项
对国产300MW空冷机组,我们多次进行测试,列出了不同环境温度下优化
运行背压值,表中给出的是75%额定负荷下的经济运行背压参考值。
数据列表:
环境温度℃
-20
-15
-10
-2
0
+5
+10
+15
+20
+25
+30
经济背压KPa
18
14
12
9
8
8
9
10
12
18
26
在75%额定负荷下,环境温度在-2℃—10℃之间,背压控制在8—9kPa运行,风机可以控制在50%—60%额定转速下运行,其电耗是额定转速电耗的1/5—1/4。
是比较经济的。
随着环境温度的升高,逐步把背压适当提高,风机转速控制在45%额定转速下运行,可以有效降低风机的电耗,减少风机耗损而发电的总成本不变。
当环境温度大于20℃时,风机可以间断额定转速运行,风机在不同转速下
的电耗是一定的,300MW空冷机组真空提高1kPa,热耗平均降低62KJ/kw.h,煤耗降低2.15g/kw.h,两者的经济性是随时可以比较的。
有的空冷机组,由于严密性不合格,夏季带不满负荷,最大负荷一般以凝结水温度不超过80℃为准。
这主要是考虑凝结水精处理入口水温不能高于80℃。
但是凝结水温度达到80℃,此时排汽背压已经达到近50kPa,如遇大风很容易造成背压保护动作跳机。
在这种情况下不如适当降低负荷,留足背压随外界影响正常摆动的富裕值。
既可以保证安全运行,也可以避免风机长时间高转速运行,造成的电耗大,磨损大的问题。
空冷的优化运行在一年的每个季节都是很有必要的,即使在寒冷的冬季,如果充分利用空冷岛的散热面积,注重自然风的冷却,不仅有利于优化运行,而且利于防冻。
在夏季,根据一天24小时温度的变化,适时调整风机的转速,在低负荷或者晚上的低温时段,将风机转速降到40—45%额定转速运行,在真空度基本不变的情况下,可使风机电耗大大的减少。
在春、秋季空冷的优化运行空间很大。
遵循所有风机投入,低频运行的原则,控制背压在9—15kPa之间运行。
一般来说环境温度在—5℃—+10℃之间。
根据风向的不同,控制背压在9—12kPa之间运行。
风机转速同步控制在40%额定转速下运行是比较经济的。
在环境温度在+10℃—+20℃之间,尽量控制风机转速在45%额定转速下运行,风机转速从45%额定转速到额定转速,其电耗有一个大的突增。
在具体的调整中,可以根据外界风向的不同,风机手、自动可以同步进行,既迎风面的部分风机或者逆流风机手动控制,保持恒速,其余部分风机投入自动。
可以有效的降低电耗。
同时可以避免运行人员的频繁调整。
在北方地区,特别是春季,经常刮风,大风对空冷岛的安全、经济运行影响很大,由于受热风再循环的影响,背压频繁波动,如果一味把风机投自动,会造成风机转速急剧变化。
2007年2月24日,乌拉山电厂地区,6—7级偏西风,乌拉山电厂#4机组负荷240MW,背压设定15kPa,背压在14-22kPa之间摆动。
为了减少风机的频繁调整,运行人员将风机投入自动控制,到空冷岛检查,风机转速忽高
忽低,急剧变化。
空冷岛产生共振、共鸣现象。
其原因就是由于大风的影响
背压大幅度波动,风机投自动,自行调节,转速随背压的变化忽增忽减。
这种现象的产生对空冷的安全运行及为不利。
风机的电耗也比正常时高出一倍。
所以在大风时间,空冷风机要手动调整,留足背压跳机余度,让背压随风适度波动,不会过大影响锅炉的燃烧。
至少迎风面的风机要手动控制,否着风机大幅度转速急剧变化会造成风机的损坏,减少使用寿命。
而且极不经济。
当然空冷系统的优化运行要建立在空冷系统严密性合格的基础上,空冷系统严密性不合格,强行提高真空,必然会造成风机长时间高转速运行,且效果不明显。
风机电耗白白增加,风机磨损严重。
直接空冷的优化运行同时要考虑长期的利益,如风机的寿命及检修费用,空冷系统的腐蚀等问题。
还需要我们不断的探索和总结。
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