空冷机组安全稳定运行的分析参考模板范本.doc
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1、空冷机组安全稳定运行的分析* K8 5 q, I+ A! j- y# S; y3 %摘 要:对影响空冷机组安全稳定运行的因素进行分析,针对不同的影响因素提出了保证机组安全稳定运行的措施,阐述了空冷散热器的防冻原理,通过经济分析,得出在低的环境温度下,直冷机组的经济性优于间接冷却和湿冷机组。 |: y4 ?+ h8 v O3 E) . I% m; O关键词:直冷机组;环境温度;严密性;热风再循环;空冷散热器;安全运行 D6 t! m6 L! ( 3 e中图分类号:TM62文献标识码: * K6 0 O8 P5 q5 t) T b: R- H随着我国电力工业的飞速发展,火电厂用水困难问题日益突出,
2、环保要求日趋严格,因此,优化火电结构,发展坑口大机组电站成为一种趋势。 到年,我省直接空冷机组总装机容量将超过万W,占全省总装机容量的/以上。直接空冷机组的运行状况将直接影响到电网的安全稳定运行,并将对整个社会产生积极的影响。 影响机组安全稳定运行的因素 : 环境温度 & j0 O _- S6 C$ f V6 ?0 _6 Q由于直接空冷机组采用空气冷却汽轮机排气,在我国北方地区,环境温度的变化全年范围可达 ,而且在每个季节,昼夜温差的变化最高可达 。环境温度的变化必然影响机组直接空冷系统的换热,排气压力和排气温度的升高,导致机组在频繁的变背压下运行,高的排气压力使机组不能长期带额定负荷运行;高
3、的排气温度将使机组末级叶片长期处于非正常的状态下工作。 o |9 T( C$ U; f$ 要达到一个合理优化的安全运行,必须对环境温度和排气压力的关系有充分的认识并将其融入到机组的正常调整中。在运行中,将设计的初始温差作为一个重要的参考指标,其含义是排气压力下对应的饱和温度与环境温度的差值。其中:为排气压力下对应的饱和温度;为设计的初始温差;为环境温度(大气干球温度)。值的定论:汽轮机功率不变,环境温度变化,基本不变。此时,值只与热流体放热方程式、冷流体吸热方程式、传热有关,但排气压力随着环境气温的升高而升高。例如:华泽铝电在月份白天最高温度 ,夜间温度 ,其排气压力与温度的变化如表。 # |
4、1 ) / T/ Z m2 p+ Y()传热面积变化的值。从防冻考虑,在低温环境下,为保持功率不变,需要停运某些风机,或切断某些冷却单元,此时传热面积的变化大,值变化也较大。 & f5 e& 9 b Wx()风速变化。环境温度变化,风速提高,值减少。 , C5 m) T7 a1 B$ ()功率变化。环境温度不变,影响剧烈。 6 r7 w3 K4 w m, I# A# x# : 1.2 真空系统严密性 , k, p q) fRL6 X% . Y直接空冷系统由于散热面积比湿冷机组大得多,导致系统中的不凝结气体若不及时排出,将导致蒸汽流的阻塞,使蒸汽不能畅通流动,空气在此过程中形成空气障,降低空冷散
5、热片的传热系数,使凝结水温度偏低,排气压力始终在高背压下维持,如果风机调整和蒸汽系统大的扰动情况出现,排气压力会突然升高,严重时只能打闸停机。 + F0 d3 t, a2 x9 ?1.3 热风再循环 2 u; L, j g0 0 C空冷散热器入口的空气温度对其热力特性影响很大,如果入口温度高于环境温度,将使传热温差减小,降低传热能力,使传热恶化,直接影响机组的出力与安全运行。所以设计时,不能使空冷岛离高温热源和高大建筑物太近,导致空冷岛入口温度大于环境温度。试验证明,空冷器入口温度大于环境温度 ,使对数平均温差为 的空冷器降低传热量 ,一般在设计时已充分考虑了该因数,在入口有 的温度裕量预防热
6、风再循环。另外,风向的变化可能对排气压力产生很大的影响。 , h) l9 : C! m( E! Y8 M2 空冷散热器的防冻原理和措施 4 Y* _/ / H D( X: t- N系统中翅片管内流动的是以蒸汽为主的汽气混合物,由于空冷岛布置等原因,在稳定状态下,空冷器底部和顶部排管与冷空气接触的先后顺序不同,各排管的蒸汽冷却区的分配也不一样,由于底部排气管先与冷空气接触,如果最上面的管排冷凝在管子末端终止,则在底排管,冷凝在管子中间的某一点终止,其余管长形成冷却区。在此冷却区内,蒸汽急剧冷却,在低温下容易冻结。 # j( N3 n( g- j5 D - A另外,蒸汽放热量小于冷源吸热时,直接空
7、冷系统中不凝结气体在冷却蒸汽管中聚集,第二排管束冷凝的蒸汽量较第一排管少,第二排具有较低的压降,这样,在第一排管束中,蒸汽与不凝结气体不断聚集,直到第一排管束的压力等于第二排的时候,才有少量的蒸汽通过,于是,该段管子被过度冷却,当凝结水流过这段管子时,冷凝水就有可能冻结。所以,对于空冷器,排除不凝结气体是非常必要的。须采取以下防冻措施:()采用增加管束的接管数目,对管束进行合理的布置,避免产生偏流。()在环境温度很低时,采用调整冷源风量(降低风速),合理控制背压,使凝结水温度不产生偏差。 6 S* e$ m8 A* T: |()采用大口径低翅比的翅片管,减少某些流体过度冷却。 : z) T#
8、H9 N f()在空冷器平台四周设置挡风墙,在冬季防止寒冷的自然风直接吹到空冷器。 : Cz2 |- ?: w2 q: Y()采用热风再循环式空冷散热器或联合式空冷器。在寒冷的冬季,使顺流散热器出口的热风再流入凝流散热器的空气入口,可通过逆流散热器风机的反转来实现。 , k% P2 q4 I( u- U j()在管束下面设置蒸汽盘管,蒸汽盘管只在低温条件下进行wiki设备/wiki启动、停止、间歇运行时使用,以提高通过管束入口的空气温度。 9 i; u$ _% * l& ( 5 ()采用顺流与逆流串联的方法(/)结构,有效地降低空冷散热器被冻结的危险。顺流管束面积和凝流管束面积之比根据环境气温
9、而变化,在寒冷地区,一般为或。华泽铝电为。 - q7 Hj! l9 U, H()调整送风量。采用自动调角风机、百叶窗或调频风机,根据环境温度的变化调节送风量,并在低温情况下减少送风量。启动冬季保护预设定保护程序,保护空冷散热器。 8 _, j s1 P. q( H* t# QZ/ S()对管壁温度进行计算,使之高于液体的凝固点,一般 ,其中:为管壁温度,为冷却液体的倾点温度。 . Q6 H4 F% G4 d3 低压缸排气和排气缸喷水(以华泽铝电为例) ) K) dn/ N0 3 s8 l排气缸喷水置于自动控制下,排气缸温度控制设定的报警值为 ,跳机值 。机组设有两路排气缸喷水装置。第一路喷水装
10、置由转速、负荷及排气温度控制,当机组转速大于 /后投入,负荷大于 后切除,或当机组排气温度大于 时自动投入。第二路喷水装置由排气温度控制,当机组排气温度大于 或背压达到报警线时自动投入。在机组启动期间,控制开关必须放在“自动”位置。该开关还应设有一个“手动”位置。当气轮机转速高于 /时,排气缸喷水控制阀要通水。 ! _% E; v+ 6 w b()当机组在低负荷高背压下运行,排气缸喷水全部投入,排气缸温度仍然超过 ,需要改善真空及增加负荷;当机组在高负荷高背压下运行,排气缸温度仍然超过 ,需要改善真空及降低负荷。当排气缸喷水投入时,虽然不会有过高的排气温度,但是低压通流部分仍可能有高的温度。为
11、避免叶片温度过高,有必要注意背压的限制值。 % S $ w. j; Z$ v8 t I1 # o()低压排气缸在空负荷流量、冷凝器低背压以及排气缸喷水切换的情况下,不希望出现过热现象。当冷凝器在高背压时,将使低压缸产生过热。当机组在额定转速低于空负荷流量时,如果机组允许处于倒拖运行状态,也将会产生过热。 - ! S/ b& K3 U- Q()当排气缸喷水投入时,高背压运行会引起通流部分的高气温,因此必须注意在这种情况下的运行不要发生低压缸动、静之间出现不允许的胀差或径向膨胀。 % R4 H: ( k) # V# C% h6 X; i% D6 N()在排气温度较高下运行,要特别注意当时的差胀,振
12、动和轴承金属温度变化等。在喷水装置切除时,可由排气缸上的温度计或热电偶测定温度,如果排气温度已达到报警值 ,则必须采取下列任何一个措施来降低这个温度。 / ?! K5 _7 T3 l6 第一, 改善真空;第二,如果机组在低负荷下运行,则应使负荷增加到 的额定负荷;第三,如果机组还未并网,则将机组降至暖机转速;第四,如果机组处于暖机转速,则应回到盘车转速;第五,投入喷水装置。 ( i6 z: er8 i* L2 s3 N& z()直接空冷机组在相对功率 之间控制设定的报警值为 、跳机值 ;在相对功率 之间控制设定的报警值为 、跳机值 ;在相对功率 之间控制的设定值见图。 1 j- / r3 l*
13、 z当机组跳闸停机,允许的旁路投入运行的最高背压为 ,当测得的压力超过 时,旁路必须停运,以保护凝气设备。G机组只要在跳闸或正常停机时无意外情况发生,真空应一直保持到机组惰走至转速或到盘车投入为止。如遇到危急情况,则要求主汽阀关闭后立即破坏真空,这是因为排气部分介质的密度突然增加会产生一个制动作用而引起叶片事故。如果有必要缩短惰走时间去减小机组可能发生的事故,则在机组跳闸以后应该立即破坏真空。跳闸后要求立即破坏真空的例子有:交流电源断电、直流电源断电、润滑油压低、润滑油断油、冷油器断水、推力轴承引起跳闸、气缸进水、动与静部分摩擦以及机组惰走时振动过大。 % Q6 b( z1 0 D0 N6 %
14、 L3 V: s()下列情况在任何转速下不得破坏真空:其一,汽轮机跳闸停机前;其二,主汽阀关闭前;其三,发电机解列前;其四,汽轮发电机组在正常惰走前。 3 a) d3 F$ M1 M p! E O()如果机组已并网,以及主汽阀虽然关闭但其转速仍保持为额定转速,则不得破坏真空。这种情况出现在机组处于电动机下运行。 ) A3 h2 & kh( c()如果虽然机组甩负荷,但仍由调速系统保持额定转速而带厂用电,则不得破坏真空。在这种情况下,主汽阀并没有关闭,或虽然发电机已从电网解列,但机组并没有在正常惰走。 S% * w4 C5 M$ O ( A i! w3 c5 d()如果轴封供汽切断,一旦出现上述
15、()的情况,则要立即停机并破坏真空。 m6 N! # v3 t()在轴封供汽停止以前,为了不使冷空气通过温度较高的轴封和转子进入汽轮机内部,真空应尽快降低。 : D3 ?! R$ g( h h9 z2 g3 y()机组的负荷在 额定负荷范围内,允许最高背压为 。在更低负荷和额定转速空负荷的情况下,实际上只需要较低的背压。在这种情况下的运行应按有关 “空负荷和低负荷运行指导”中的规定。忽视规定的背压极限值,可能会造成叶片损坏或汽轮机动、静间摩擦,而导致汽轮机部件的严重损坏。 : L2 G$ P+ Ji& B4 经济性分析 4 B9 H8 & L& r/ X勿庸置疑的是空冷系统明显的节水性能,华泽
16、铝电机组比同类型湿冷机组节水达到 ,十分适合我国北方地区。 ( t- H G6 l. _! A0 M* y7 w从热力学理论角度看,低背压、低排气温度,可以增加蒸汽的有效焓降,要求相同的功率时,新气流量减少,排热量也减少,电厂热效率高,经济性好。从值可以看出, ,在冬季,比湿冷系统小,则排气压力也相应降低;在夏季,高于湿冷系统和间接空冷系统,排气压力较高;所以,应该综合全年的机组热效率、煤耗、热耗、厂用电率等加以评价,由下式计算出年发电费用:()/。其中:为发电成本,元/;为年投资费,元/年;为管理费用,元/年;为年维护量,元/年;为年发电量,/年;为热耗,/();为特别燃料价格,元/ 。 7
17、 D; z8 M! g7 b j! c$ z% E由于直冷不需要中间介质,传热效率高于间接冷却。由此可知,在低的环境温度下,直冷机组的经济性优于间接冷却和湿冷机组,见表。 * 7 m+ z/ ?1 g. j6 s空冷凝汽器的主要防冻措施1)设置逆流式空冷凝汽器,防止凝结水在空冷凝汽器下部出现过冷进而冻结的可能性,另外可使空气和不凝结气体比较顺畅地排出,不致形成“死区”变成冷点使凝结水冻结而冻裂翅片管。2)设置挡风墙,挡风墙高度从空冷凝汽器平台到管束入口水平蒸汽分配管的标高。3)加强系统监控,在每个散热单元中每一组凝结水出口、每个散热单元进汽口、凝结水出水管以及在逆流散热器风出口处分别设温度、压
18、力、流量等测点,在冬季寒冷期,系统运行必须为自动控制。在冬季运行中如出现异常,控制系统将发出指令,调整运行,同时发出警报,提请运行人员注意。4)考虑到现场冬季寒冷的情况(极端最低气温-32.8),选取较短的管束,为9.25 米,大大降低了结冻的风险(府谷电厂与我厂空冷凝汽器基本一致,其管束为9.5米)。5)定期进行做真空严密性试验,确保机组泄漏量低于100 Pa/m,此值越低越有利于防冻和空冷性能(SPX标准为30Pa/m)。否则,大量泄漏冷空气存于管束内无法被抽真空系统抽出,导致蒸汽过冷凝,甚至于冻结。故需定期进行做真空严密性试验以确保空冷冬季的安全稳定运行。6)考虑冬季工况最小防冻流量的要
19、求,在蒸汽参数未达到要求前,不向空冷凝汽器排汽。禁止长时间向空冷排小流量蒸汽。7)将空冷置于自动运行方式,确保顺流防冻保护、逆流防冻保护以及回暖加热循环一直处在正常投用状态。确保先启逆流单元风机,后启顺流单元风机,停运时的操作反之,并时刻保持逆流风机转速高于或等于顺流风机的转速,以确保蒸汽、凝结水自然流动畅通,防止形成汽阻。8)冬季运行,将背压设定值提高,以保证较高的蒸汽温度,不易于冻结。9)注意抽真空管道及冷凝水管道温度的过冷度,正常情况下冷凝水比排汽温度约低23,抽真空温度比排气温度低510。10)ACC系统中蒸汽隔离阀、凝结水管道、抽空气管道、热工仪表管等部位敷设电伴热带或保温设施,冬季
20、运行期间可靠投入。并检查切除列的立管阀关闭严密,防止向空冷岛内漏汽。11)冬季机组正常运行过程中设专人对空冷岛各排散热器下联箱及散热器管束进行就地温度实测,异常时增加检查和测量次数,并及时查找原因并采取相应措施。12)若排汽温度过低,自动控制的防冻保护没起到有效的防冻效果,可以手动操作逆流风机反转,以形成局部热风再循环以缓解局部过冷。13)进入严冬时期,将空冷岛周边列的风机或过冷的风机单元停运,并遮盖风机口及管束外侧(提前准备防冻材料:诸如棉被、帆布等)。注意这些停运的风机一定断电以防误启动,它们损失的换热会由其他单元补偿(如果ACC在自动运行)。14)机组在冬季启停机过程中应将空冷岛有防冻蝶
21、阀的冷却单元(一、二、七、八列)退出运行,并确认蝶阀在完全关闭状态。15)锅炉点火后应维持低背压,投入旁路时,注意机组背压升高,并尽量降低。当进入ACC流量大于最小流量要求时,根据曲线提高机组背压。16)控制高低压疏水扩容器温度7080。17)根据排汽缸温度投入低压缸喷水,水幕保护减温水,控制排汽缸温度90100。18)环境温度低于3时,机组正常启动必须采用高、中压缸联合启动(极热态除外)。19)低压旁路投运后,应尽快增加低旁流量至252T/h(4排散热器的进汽量),并控制低旁减温后温度100150,在保证空冷岛进汽温度120情况下,尽量提高空冷岛进汽温度。20)风机在凝汽器进汽后尽可能不投入
22、运行,需要投入风机时,应根据机组背压、凝汽器出口热风温度、各列散热器下联箱凝结水温度以及各排抽空气口温度等参数,综合考虑后决定开启某台风机。21)某风机需要投入运行,应就地实测各排下联箱凝结水温度大于35且各单元散热器温度均已上升达到并超过35后,方允许投入风机。22)投入第3、4、5、6排的2、6排风机反转时应确认空冷岛出口热风温度各测点显示均大于35且本排抽空气口温度不低于20。23)风机投入运行后应注意监视各列两侧的凝结水出水温度均不得低于20,且各排抽气口温度均不得低于15。24)冬季运行期间每班应就地实测各排散热器及联箱温度不少于两次,尤其应注意各排凝结水温度测点对侧的联箱温度。25
23、)低负荷情况下尽可能保持各排中风机多投、低频运行(防止在自动调节过程中造成局部过冷),尽量保持每排中各列风机的运行频率相同,在同排中绝不能出现由于某一风机频率过高造成局部过冷现象;即冬季ACC尽量在自动方式。26)冬季启停机过程中应监视空冷岛各外侧排下联箱(凝结水温度)及散热器温度实测,有异常时应增加就地检查和测量次数。某厂空冷凝汽器防冻措施空冷防冻措施:当环境温度低于-3时,直接空冷系统进入冬季运行,无论任何情况只要当冷却空气温度降到-3延时5分钟后,ACC防冻保护启动,凝结水的过冷保护成为空冷凝汽器重要的内容。凝结水的过冷很容易因结冰导致空冷散热器基管的堵塞,如果频繁发生,散热器基管就可能
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