大型直接空冷机组冷端优化运行

大型直接空冷机组冷端运行

优化研究技术方案

直接空冷机组正常运行时通过调节空冷风机的转速（频率）来控制机组背压，风机频率变化范围一般在20～50Hz，超频运行时可达55Hz。在大幅调整空冷风机频率的同时，机组背压可以在大范围内连续变化，与湿冷机组相比，空冷机组背压调整更灵活。理论上，通过调整空冷风机的频率，可以使机组在最佳背压下运行。

背压变化，汽轮机功率变化与空冷风机耗功变化的差值为最大时的背压称凝汽器的最佳背压（最有利背压）,也称经济背压。本项目根据最佳背压理论，通过现场试验并利用目前正在使用的耗差系统计算出最佳背压所对应的风机频率，并给出运行调整建议。

一、研究内容和实施方案

（一）、通过现场试验得出空冷机组微增出力曲线。

（二）、通过试验得出不同负荷、不同环境温度下空冷风机转速与背压的关系。

（三）、根据试验得出空冷风机转速与功率的关系。

（四）、利用耗差系统计算出汽轮机功率增量与空冷风机功率增量之差最大时对应的空冷风机频率，并给出调整建议。

（五）、记录调整前后机组背压引起的耗差与空冷变电率引起的耗差之和，对比调整前后耗差之和的变化趋势，对优化结果校核，并根据校核情况重新给出调整建议。

二、试验方法

（一）、通过现场试验绘制机组微增出力曲线

根据机组微增出力试验可以得到机组在不同负荷下背压与出力变化的关系，如图1：

(1)

式中：—机组出力变化，kW；

—机组负荷，MW；

—机组背压，kPa。

图1：不同负荷下背压与机组微增出力的关系

1、试验目的

通过试验得出不同负荷下机组的微增出力ΔN T随背压变化趋势，并通过试验数据整合数学模型得到机组微增出力ΔN T与机组背压和低压缸排汽流量的函数关系式：

=f（） (2)

—热平衡图上机组功率所对应的排汽流量，t/h。

(3)

N —机组功率，MW；

m,d —系数。

2、试验要求

1）、取5组负荷工况进行试验，每组负荷工况至少取4个背压点。

2）、进行同一组负荷试验时，要求汽机进汽流量保持不变。

3）、试验过程中环境风向、风速稳定。（风速小于5m/s）

3、试验方法

1）、调整空冷风机转速，将背压调整到基准点，注意基准点背压不得低于阻塞背压6kPa。

2）、将负荷调整到试验要求的负荷工况，解除汽机主控自动，维持调门开度不变，锅炉主控投自动，维持机前压力。

3）、手动调整空冷风机转速，调整机组背压，每次提高机组背压2～3kPa，记录机组出力变化情况。

4）、机组在每一个背压点上至少稳定运行15分钟，待炉侧煤量及机前压力均稳定以后再进行下一个背压点的试验。

5）、试验时记录下列表格

（1）、600MW负荷工况

（2）、510MW负荷工况

（3）、450MW负荷工况

（4）、360MW负荷工况

（5）、300MW负荷工况

注：微增出力ΔN T为调整背压后机组实际功率与基准点背压下机

组功率的差值。

数据整合依据：

背压的变化对机组热耗和功率的影响，表现在低压缸末级叶片上，机组微增出力与低压缸排汽流量和排汽压力有关系。微增出力可表示为下列函数：

=f（） (4)

—低压缸排汽流量，t/h。

由于低压缸排汽流量无法测量，为此，从设计值着手，从制造厂提供的热平衡图求得机组功率对应下的排汽流量。通常排汽流量与机组功率呈线性关系，即

(5)

对运行机组，对应于功率N下的实际排汽流量往往与是不等的但差别不会很大，此时，假设

(6)

式中k —排汽流量影响系数，表征同一功率下运行机组与

的偏离程度。

通过排汽流量的转换，得到以下关系下：

=f（） (7)

将（5）式带入（7）式，最终得到微增出力关系式

(8)

详细过程参考《热力透平》第35卷第2期《大型汽轮机微增出力试验数据整合与应用》。

（二）、通过试验得出不同负荷、不同环境温度下空冷风机转速与背压的关系

由试验可以得出不同负荷和环境气温下，汽轮机背压与空冷风机频率的关系（如图2）：

(9)

式中：—环境气温，℃；

—风机频率，kPa。

图2：不同负荷和环境温度下背压与风机频率的关系（三）、根据试验得出空冷风机转速与功率的关系

通过改变空冷风机运行方式，得出不同风机频率下风机能耗与风机频率的关系（如图3）：

(10)

式中：—空冷风机功率，kW。

图3 ：不同环境温度下空冷风机耗功与风机频率的关系（四）最佳空冷风机运行频率的确定

利用耗差系统计算出汽轮机功率增量与空冷风机功率增量之差最大时对应的空冷风机频率，并给出调整建议。

当机组相对出力增量（即机组功率的增量与风机耗功增量的

差值）最大时对应的风机频率，即为最佳空冷风机频率，与机组负荷，环境温度及风机频率的关系：

图1至图3的曲线可以通过相关试验以及由耗差系统取大量的历史数据确定，得出相应函数关系式后做出对应曲线并存入耗差系统，以备随时调用。空冷机组冷端运行优化所需要采集的测点见表1。

表1：空冷机组空冷风机优化所需要采集的测点

如何确定风机最佳运行频率，即在某一负荷某一环境气温下调整风机频率使机组相对出力增量值最大。此时需要利用上述图1至图3中的曲线，并通过不断增减风机频率进行试运算直到得到的

最大值，计算过程均由计算机完成。具体方法如下（见图4）：

图4：风机最佳运行频率计算过程

当机组在某一负荷N1下稳定运行时，环境温度t1，风机频率f1。以此时工况为基准工况，拟增加风机频率1Hz，通过函数关系式（9）得出机组背压的变化，再通过函数关系式（1）得出机组微增出力

，通过函数关系式（10）得出空冷风机耗功的增量，此时求得机组相对出力增量的值。

(i)若大于0，拟增加风机频率2Hz、3Hz……，直到将风机频率加至55Hz，分别计算风机频率从f1至55Hz变化时各频率下对应的