600MW直接空冷机组真空严密性试验和结果标定李睿智,田亚钊(国电电力大同发电有限责任公司,山西大同037043)摘要:根据GEA空冷装置及机组运行特点,总结空冷机组真空严密性试验的基本方法和相关操作关键词:直接空冷;真空严密性试验;干扰因素;试验结果修正中图分类号:TM31文献标识码:B文章编号:1003-9171(2006)02-0010-04Test and Calibration on Vacuum leakageof600MW Direct Air Cooling UnitLi Rui-Zhi,Tian Ya-ZhaO(SP DatOng POWer GeneratiOn CO.Ltd.,DatOng037043,China)Abstract:This paper intrOduces the OperatiOnal characteristics Of the GEA Air COOling unit,and summariZes the basic methOd and relative OperatiOn Of the vacuum leakage test Of Air COOling units.Key words:Direct Air COOling;vacuum leakage test;interference factOrs;the cOrrectiOn Of test result国电电力大同发电有限责任公司安装的2台600MW亚临界直接空冷机组,由哈尔滨汽轮机有限公司生产,汽轮机型号为NZK600-16.7/538/538,直接空冷系统由德国GEA能源技术有限公司整岛供货夏季工况条件为:环境气温30C时,汽机背压30kPa,机组功率600MW该公司7号机组于2005年4月21日顺利完成168h满负荷试运,比计划工期提前109天投产发电 8号机组于2005年7月22日顺利通过168h试运行,比计划工期提前201天投产发电2台600 MW直接空冷机组的提前投产发电,对山西省和京津唐地区的经济建设发挥了积极作用目前2台机组的运行情况良好,已经具备了安全~稳定~连续运行的条件直接空冷系统主要包括:排汽管道~空冷凝汽器(管束-风机组)和冲洗系统直接空冷系统的流程:从汽轮机低压缸排出的乏汽,经由两根直径为6m的排汽管道引出厂房外,垂直上升到34m高度后,分出8根直径为2.8m的蒸汽分配管,将乏汽引入空冷凝汽器顶部的配汽联箱每组分配联箱与7个冷却单元相连接,每个冷却单元由10块冷却翅片管束和一个直径为8.91m的轴流风机组成10块翅片管束以接近60 角组成的等腰三角形A'型结构构成,A'型结构两侧分别有5个管束,管束长度为10m当乏汽通过联箱流经空冷凝汽器的翅片管束时,由轴流风机吸入的大量冷空气,通过翅片管的外部,与管束内的蒸汽进行表面换热,将乏汽的热量带走,从而使排汽凝结为水凝结水由凝结水管收集起来,排至凝结水箱由凝结水泵升压,送往汽机的热力系统,去完成热力循环汽轮机的排汽有约70%~80%的乏汽在顺流式凝汽器中被冷却,形成凝结水,剩余的蒸汽随后在逆流式凝汽器中被冷却在逆流管束的顶部设有抽真空系统,能够比较畅通地将系统中空气和不凝结气体抽出,同时空冷凝汽器的管束采用单排管(在目前运行的单排管中单机容量最大),有效地防止了冬季运行中因流量不均造成的冻结;在设计上,因逆流式凝汽器中蒸汽和凝结水的流动是逆向的,这样也保证了冷凝水不易在流动过程中发生过冷和冻结1空冷汽轮机和湿冷汽轮机的运行特性比较湿冷汽轮机的排汽经表面式凝汽器,通过循环冷却水将其汽化潜热带走,受热的循环水在水塔内通过淋水装置与空气接触进行热交换(蒸发冷却D冷却水温与大气的湿球温度相关O而空冷汽轮机的排汽或是通过中间介质(循环冷却水D经密闭的空冷散热器(间接空冷如海勒式间接空冷系统D或直接通过空冷凝汽器(直接空冷D与空气进行热交换冷却水温或凝结水温与大气的干球温度相关O大气干球温度不但高于湿球温度而且干球的昼夜温差也高于湿球的昼夜温差O使空冷汽轮机组的运行特性与湿冷汽轮机相比出现了如下的主要差别:(1D额定背压高湿冷汽轮机的额定背压为4.9kpa左右而空冷汽轮机的额定背压一般在13~18kpa之间O 我公司600MW直接空冷机组的额定背压为15kpa O(2D运行背压变化大由于大气干球温度的昼夜温差变化大一年四季的温度变化范围更大故空冷汽轮机的背压昼夜变化大一年四季的背压变化范围更大O湿冷汽轮机的运行背压范围为4.9~11.8kpa而空冷汽轮机的运行背压为5~50kpa空冷汽轮机的背压变化范围是湿冷汽轮机的3~4倍O通常湿冷汽轮机夏季的满发背压为11.8kpa而空冷汽轮机夏季的满发背压为30~35kpa左右空冷机组夏季的运行背压高出湿冷机组3倍左右O例如分析我公司7号机在2005年6月20日0:00~6月21日0:00期间24h的机组出力从中可以看出一天中机组背压的变化在10~45kpa达到了35kpa的变化量O由于在高气温~高背压条件下机组附加的排热量及空冷凝汽器较脏和真空恶化等原因机组的背压超出设计数值O机组背压在一定的风机转速和一定的负荷情况下还受到当时气象条件(风向风速D的较大影响使得满发背压达到45kpa O2影响真空严密性试验的因素对于汽轮机而言背压的高低对汽轮机的经济性有着直接的影响背压低汽轮机可用的有效焓降大被冷端带走的热量减少机组的热效率提高O凝汽器内漏入空气后增加了背压降低了传热效果汽轮机的可用焓降减少被冷端带走的热量增多机组效率降低O漏入的空气量增大后易使凝结水呈微酸性造成水系统管路及设备腐蚀O 因真空系统的漏空气量与负荷有关负荷不同处于真空状态的设备~系统范围不同凝汽器内的真空也不同漏空气量也不同而且相同的空气漏入量在负荷不同时真空下降的速度也不一样O直接空冷系统真空系统体积庞大600MW 机组真空系统容积在12000~15000m3是湿冷机组真空容积的4~5倍要保持与湿冷机组相同的空气漏入量对如此庞大的直接空冷凝汽器的严密性要求应严格得多O除了上面所论述的负荷和系统范围外直接空冷机组还存在着受环境温度~大气压力~冷却风机转速~当时的气象条件(如风速~风向等D的影响O按照常规的湿冷机组的试验方法将负荷稳定维持在80%额定负荷下进行试验时直接空冷机组还要受到在试验过程中上述条件变化的影响O 直接影响了直接空冷机组的严密性试验的结果O 所以直接空冷机组真空严密性试验不宜采用湿冷机组的验收指标和试验方法O3试验方法步骤和应注意的问题(1D考虑到真空系统的漏空气量与负荷有关试验时应保持机组有功负荷不低于480MW(80%额定负荷D且稳定运行O投入AGC控制的机组在试验过程中应解除AGC同时将机炉协调控制(CCS D解除转为DEH的阀位控制模式同时应稳定锅炉燃烧及机前参数并控制汽轮机的进汽量不变O由于直接空冷系统的真空容积庞大为真实反映空冷凝汽器的漏入空气建议在每次试验时负荷应一致主蒸汽流量保持不变以便于进行后续的严密性分析和比较O(2D空冷机组运行背压要受到冷却风机转速变化的影响为了减少空冷风机转速变化对试验结果的干扰空冷风机必须根据当时负荷解除转速自动调整在试验期间应保持某一个固定转速运行O如果在试验过程中风机转速不解除自动调整则在试验过程中随着背压的升高风机转速将自动加大测量计算出的严密性试验的结果将比实际值偏低O不能如实地反映真实严密性O (3D低压轴封供汽压力对真空严密性试验的结果有直接影响为了尽可能真实地反映严密性建议在实验前将低压轴封的供汽压力调整到能够保证汽轮机油质水分不至于超标的最高压力O以便于最大限度地减少从汽轮机低压轴封漏入空冷凝汽器的空气量G这个压力应根据不同机组的轴封系统特点决定G我公司7号机于2005年6月22日9=00~10=30在机组运行状态下进行了两次不同轴封压力下的真空严密性试验对比G需要指出的是正常运行中由于受到汽轮机油质水分的限制一般设定轴封压力为23kPa左右G当时的对比试验我们选取了30kPa和23kPa两种轴封压力进行了对比测得的试验结果如下:当轴封压力维持在30 kPa左右时试验得出的结果为0.258kPa/min;当轴封压力维持在23kPa时试验得出的结果为0.40kPa/min(高气温高背压时真空趋于恶化状态)G(4)在试验期间为了保证直接空冷机组的安全运行应根据机组的背压运行曲线将机组背压控制在安全的范围内同时应留出一定的安全裕量G由于在试验期间机组背压总体趋势是升高的同时还要受到在试验期间环境气象条件的干扰G在恶劣气候条件下(如雷阵雨前一股大风)我们曾经观察到运行机组在几分钟内背压按直线上升的幅值超过了20kPa所以在试验时应对当时的气象条件进行分析尽可能在气象条件好的时段进行试验同时应比汽机跳闸背压留出至少25 kPa的安全背压富裕量G(5)在试验前应检查备用真空泵保证它在良好的备用状态备用真空泵启动试验正常后可以进行开始试验前的机组运行参数记录G(6)真空严密性试验期间应记录的参数有:当时大气压力;环境温度;当时的风向~风速;试验期间的负荷;低压轴封供汽压力;新蒸汽及再蒸汽的压力~温度以及流量;空冷风机的转速等G(7)直接空冷机组进行真空严密性试验所需要的时间比较长G实际运行中需要将空冷风机转速调整到适合进行试验所需要的背压(保证至少25kPa的背压富裕量)调整风机转速后机组背压不会马上发生变化需要2~3min的时间方可达到稳定;停止真空泵后背压因受到当时气象条件的影响有可能还要进一步降低等到背压开始升高时也需要一定的时间G从2005年3月31日18=00~18=20在机组启动试运行阶段进行的7号机真空严密性试验数据可以看出这种现象当时的试验条件:空冷风机全部在55.0Hz下运行风机全部解除自动;汽机阀位方式机组负荷为500MW轴封供汽压力为50kPa G3台真空泵全部停止运行时间为18min 实验数据见表1G表1真空严密性试验数据kPa 时间1号缸背压2号缸背压18=01=0010.4910.7218=02=0010.4110.6318=03=0010.4310.6718=04=0010.5410.7518=05=0010.5410.6818=06=3010.6910.9418=07=3010.7410.8918=08=3010.9111.0818=10=0010.8911.0818=11=0010.9911.1318=12=0011.1611.3518=13=0011.2411.4318=14=0011.3211.4818=15=0011.4411.5818=16=0011.5911.6818=17=0011.8211.9218=18=0011.8211.9118=19=0011.8411.8618=20=0011.9212.00根据上述真空衰减试验记录数据在18时01分至18时04分这一段时间背压不稳定所以计算真空衰减率时间取为18时05分至18时20分计算结果如下G1号低压缸真空衰减值:(11.92-10.54)kPa/15min=0.092kPa/min2号低压缸真空衰减值:(12.00-10.68)kPa/15min=0.088kPa/min机组平均真空衰减值:(0.092+0.088)/2=0.09kPa/min以上数据表明GEA公司要求真空衰减试验标准为0.1kPa/min而国电电力大同发电有限责任公司7号直接空冷机组的真空衰减试验值是0.09kPa/min完全达到GEA公司提出的标准机组真空系统的严密性优秀G(8)试验前的参数记录结束后停止运行真空泵G(9)由于直接空冷凝汽器内的负压容积相当大所有真空泵停止运行后机组背压一般不会马上变化所以应等待一段时间待背压开始上升后正式开始试验G严密性较好的机组从停止真空泵运行到背压开始上升的时间一般有1~2min的延时;同时在背压升高的前几分钟其下降速度往往不准确所以建议记录开始时间应从停止真空泵运行后的5min开始每分钟记录一次各个相关参数O(10)试验过程中应维持汽温~汽压稳定并严密监视各轴承振动~低压缸排汽温度~轴向位移~差胀等参数的变化O(11)湿冷机组严密性试验的方法规定共做5min以后3min的背压平均上升速度作为试验结果O我们建议直接空冷机组在背压允许的安全范围内进行试验的时间应长一些收集尽可能多的参数以便于对其整理分析后得出修正后的试验结果O同时由于气象条件等不确定因素的干扰我们建议取较长时间的平均值作为原始的试验依据O4严密性试验结果及修正目前国内尚未制订出直接空冷机组运行中真空严密性试验的相关标准GEA公司用于发电厂空冷凝汽器性能验收试验的标准规定:真空衰减试验(真空严密性试验)结果应满足汽轮机背压升高不应超过0.1kpa/min O然而稍高一些也是允许的但是最高值不得超过0.3kpa/min O真空严密性差影响空冷凝汽器散热效果需要对空冷凝汽器性能进行修正O目前我国对湿冷机组真空严密性试验的标准是真空下降率小于0.3kpa/min~0.4kpa/min为合格真空系统在同样的空气漏入率(容积率)的情况下湿冷机组真空严密性的影响要比直接空冷系统真空严密性的影响小得多同时由于国内设备的制造安装(焊接)水平还有待提高的实际情况达到GEA规定的不高于0.1kpa/min的真空衰减率有相当的难度O所以我们建议采用0.1kpa/min作为直接空冷机组启动时真空严密性试验结果合格的验收标准O在机组运行过程中真空系统的严密性受到汽机轴封漏入空气的量及轴封冷却器冷却效果等的影响使得真空严密性变坏变坏的情况与空冷汽轮机的成熟程度相关O直接空冷机组的背压在运行中同时还要受环境温度~大气压力~当时的气象条件:如风速~风向等的影响O试验的时间一般从停止真空泵到试验结束大约需要Z0~40min(严密性差的机组这个时间要短一些)在试验期间外部环境气象条件的变化对直接空冷机组的背压有很大的影响O因此非常有必要根据试验期间的气象条件变化进行修正以便于真实地反映实际机组真空严密性情况O各直接空冷机组的电厂应积极收集相关参数根据机组受环境气象变化对运行背压的影响修正真空严密性结果的数值O参考文献[1]华东电业管理局.汽轮机运行技术问答.北京:中国电力出版社1997收稿日期:Z005-11-11作者简介:李睿智(1966-)男19 7年毕业于山西太原工业大学热能动力专业现任国电电力大同发电有限责任公司副总经理O(上接第9页)也已经很大之所以其氧化层较厚可能是由于管材本身在受到腐蚀时也在逐步生成氧化保护层而且与腐蚀速度相比图Z中氧化层生成的相对速度比图1中的要快因此图Z中的氧化层略显厚些颜色也略显暗红O图1中的腐蚀严重表面大部分已是灰黑色O如果图Z中的管子再继续遭到腐蚀可能也会出现如图1中的腐蚀状况O该腐蚀的造成与燃用煤种的变化有着直接的关系O6结束语以上是根据现有实际情况进行的分析由于造成高温腐蚀的原因很多也很复杂有时是多种因素综合所致O由于前述的一些因素的限制上面的分析可能会有一定的局限性但在此希望相关的燃煤电厂对由于煤质变化可能引起的高温腐蚀事故予以重视并制定相应对策以免发生类似情况O参考文献[1]岑可法樊建人等.锅炉和热交换器的积灰~结渣~磨损和腐蚀的防止原理与计算.北京:科学出版社1994 [Z]冯俊凯沈幼庭.锅炉原理及计算(第二版).北京:科学出版社199Z[3]宋琳生.电厂金属材料.北京:中国电力出版社1990收稿日期:Z005-1Z-07作者简介:米子德(1973-)男工程师毕业于东南大学电厂热能动力工程专业现从事电站锅炉方面的相关试验与研究O31NO.Z Z006华北电力技术NORTH CHINA ELECTRIC pOWER600 MW直接空冷机组真空严密性试验和结果标定作者：李睿智， 田亚钊， Li Rui-zhi， Tian Ya-zhao作者单位：国电电力大同发电有限责任公司,山西,大同,037043刊名：华北电力技术英文刊名：NORTH CHINA ELECTRIC POWER年，卷(期)：2006(2)被引用次数：1次1.华东电业管理局汽轮机运行技术问答 19971.葛斌.陈行庚.曹祖庆积极研究推广直接空冷机组[期刊论文]-热力透平 2006(4)本文链接：/Periodical_hbdljs200602004.aspx。
