提高直接空冷机组启动经济性的 研究与应用
摘要：对循环流化床空冷机组启动阶段凝结水水质超标的原因进行了分析，通过提高机组停空冷岛的保养效果，进行降低停运期间系统内的腐蚀总量；通过优化机组启动阶段的操作流程，提前空冷岛进汽的时间，增大进汽流量等一系列操作，显著地减少了机组启动阶段凝结水超标放量，在实运行中取得了良好的效果。
关键词：空冷机组；凝结水；减少排放；优化应用
1. .概述
华亭发电公司#1、2机组是东方汽轮机厂设计制造的超高压，一次中间再热、单轴、冲动式、双缸双排气、直接空冷凝结汽式汽轮机。直接空冷系统是将汽轮机排出的乏汽，由管道引入称之为空冷排气装置的钢制散热器中，由环境空气直接将其冷却为凝结水，减少了常规二次换热所需要的中间冷却介质。
受其设计原理的限制，冷空岛系统体积庞大，且在机组启动前期无法实现冲洗，负面的影响就是在机组启动阶段凝结水指标超标较为严重，凝结水回收时间普遍滞后，导致机组启动阶段除盐水耗水量加大。汽水品质很难在8小时之内达到合格标准，严重制约负荷接带，造成了极大的能源浪费和经济损失，启动初期超标凝结水的长时间排放造成严重的资源浪费现象。
针对以上问题，公司从减少机组停运期间的空冷系统腐蚀现象方式来实现杂质总量的降低，以及通过利用启动阶段初期蒸汽尽早实现空冷岛进汽冲洗可实现提前冲洗，这两种方式进行了优化尝试，实践发现高效的空冷岛保养和启动初期蒸汽冲洗可有效缩短水质合格时间，极大的提高机组的经济性。
2.技术分析机方案论证
2.1.排气装置及空冷系统的保养依据及方案
因空冷系统无干燥加热设备，其保养一直是一个难点。但是通过查阅碳钢在大气中的腐蚀速率与相对湿度关系可知，当空气相对湿度高于临界值60%时，碳钢的腐蚀速度急剧增大，高相对湿度下（RH:60%~100%）碳钢的腐蚀速率是低相对湿度（RH:30%~55%）下的100~1000倍。因此只要在机组停备用期间维持热力设备内相对湿度小于临界值，就能有效保护热力设备。所以，设法控制空冷系统内部空气相对湿度，控制空气湿度在临界值以下即可实现空冷系统保养的目的。
华亭公司#1、2机组停炉保养已采用氨水碳化-真空干燥法，氨水碳化内容不做赘述。抽真空通过真空泵实现，将汽包压力表更换为真空表，用于监测系统内真空变化；测定真空泵出口空气相对湿度来判定抽真空终点。
因空冷岛区域温度较低，抽真空时可将空冷岛及凝结水系统单独作为一个独立单元，通过抽真空来进一步除去该系统内的湿空气；排气装置可待停机后单独隔离，进一步抽除内部潮湿空气，进而降低湿度。
2.2启动初期空冷岛蒸汽冲洗
通常，只有达到汽轮机冲转的条件后空冷岛采投入使用，即空冷岛的冲洗是在汽轮机冲转以后，从锅炉点火启动后蒸汽起压岛汽轮机冲转期间蒸汽都是对空直排的，可设法利用这一部分的蒸汽，使其进入空冷岛，实现空冷岛的提前冲洗，进而降低汽轮机冲转后凝结水杂质含量。
表1.优化前后空冷岛冲洗对照表
序号 | 优化前冲洗操作 | 优化后冲洗操作 |
1 | 锅炉主汽压力0.2MPa，启动2台真空泵抽真空，机组投运轴封系统 | 当锅炉点火4小时开始投煤时，轴封系统开始暖管至高、中。低压轴封供汽手动门之前，锅炉主汽压力0.1MPa，启动2台真空泵抽真空，机组投运轴封系统。 |
2 | 投入高、低压旁路系统（锅炉主汽压力上升至：0.5MPa-0.7MPa）、高压旁路最大开至40%、低压旁路开至60%，锅炉过热器、在热气对空排气开启 | 锅炉主气压力0.1MPa,启动2台真空泵抽真空，机组投运轴封系统； 投入高、低压旁路系统（锅炉主气压力上升至：0.2MPa）高压旁路开至100%、低压旁路开至50%，锅炉过热器、再热器对空排气全部关闭。 |
3 | 旁路投入正常，空冷岛A、B、C排进气后，通过#4低加出口电动门前放水手动门进行换水，直至水质合格 | 旁路投入正常，关闭空冷岛A、B、C排进气蝶阀，空冷岛B排进气冲洗，冲洗30分钟后打开A排空冷蝶阀，空冷岛进汽后，机组凝结水水质不合格，通过#4低加出口电动门前放水门进行外排。 |
4 | 当机组并列带负荷至70MW时，开始冲洗低低温省煤器，冲洗合格后投入低低温省煤器冷却水系统 | 此时投入#2机低温省煤器，利用不合格凝结水进行低温省煤器冲洗，直至凝结水水质化验合格后进行回收。 |
由表1可知，优化后的冲洗操作，将轴封系统投运提前至主气压力至0.1MPa时，将高低旁系统投运提前至主汽压为0.2MPa时，在空冷岛系统投运过程中，由原先的A、B、C排同时投运调整为逐排投运。另外，将低低温省煤器冲洗投运提前至空冷岛大量进汽后，利用未回收的凝结水进行冲洗，从而提前了低低温省煤器投运时间。
3.效果评价
凝结水的铁含量指标很好的反映了冷空岛、排气装置的氧化铁锈蚀情况，而空冷岛始终是空冷机组防锈蚀保养的难点。在汽机冲刷后的短时间内，凝结水铁含铁量便降低至回收标准（200ug/I），而且其峰值含量也低于900ug/I（因进汽初始阶段蒸汽流量较小、品质较差，影响因素较多，未纳入分析）说明停运期间空冷岛所形成的氧化铁垢总量较少；在汽机冲转4小时之后降低至回收标准，之后投运精处理过滤装置，在发电机并网7小时后达到正常运行的合格标准（≤80ug/I），常规方法的停炉保养是很难让空冷机组达到这样的标准的，这说明在停炉周期内，通过抽真空来控制相对湿度的方法很好的降低了空冷岛氧化锈蚀的速率。
操作流程上的优化效果，可以通过启动过程各阶段除盐水的消耗情况来直观的评价，综合节水近1000吨。另外，通过对比接带负荷时间数据发现，由于操作流程的优化，凝结水水质快速合格，整体机组启动时间（锅炉点火至机组达到调度负荷条件）缩减了近6小时。
4. 经济分析
采用抽空控制相对湿度的方法经济的解决了其他保养方法所不能实现的空冷岛保养，降低了空冷岛锈蚀造成的经济损失。对比长周期保养之后冷态启动水质指标来看，水质指标的提前合格大大的节约了冲洗用水和排污用水，同时实现了同等条件下机组提前并列发电及加载负荷的可能性，提高了机组的经济性
提前了空冷岛系统的投运，并且在投运高低旁时全部关闭了过再热器对空排气，进一步加大了空冷岛系统的进气量，大量进汽有利于空冷岛系统杂质的剥落，达到快速清除的效果。这在机组启动阶段主汽流量小、压力低客观条件下，更有利于加大冲洗力度，进而使得 凝结水水质快速合格。通过初步统计发现，该阶段节约除盐水近1000吨，极大的减小了机组启动阶段除盐水系制水压力。
更值得一提的是，华亭公司#1、2机组经过技术改造，增加了低低温省煤器系统。由于凝结水水质合格滞后，凝结水回收制约低低温省煤器的冲洗投运，低低温省煤器投运时间晚，冲洗阶段除盐水浪费严重，热能的浪费也进一步凸显。而低低温省煤器水质合格时间也 制约着机组负荷接带能力。而在以往，为了减小除盐水消耗以保证机组用水需求，往往采取降低负荷的形式，这是极其不经济的
5. 结论
实践证明，通过抽真空保养的方式可极大地提高停运阶段空冷系统的保养效果，在停运阶段尽可能减小锈蚀、降低杂质的沉积；而在机组的启动阶段实行操作流程的优化，
利用锅炉初期蒸汽尽早实现空冷岛的大流量进汽冲洗。极大地提高了机组的经济性，大大的缩短了机组的启动时间。
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