大連垃圾焚燒發(fā)電廠直接空冷系統(tǒng)防凍措施

許向陽，鮑化坤

（中國恩菲工程技術有限公司，北京 100038）

大連垃圾焚燒發(fā)電廠直接空冷系統(tǒng)防凍措施

許向陽，鮑化坤

（中國恩菲工程技術有限公司，北京 100038）

闡述了大連垃圾焚燒發(fā)電廠的直接空冷系統(tǒng)設計，分析可能引起空冷凝汽器發(fā)生冰凍的原因，并提出了相應的防凍措施。

垃圾焚燒發(fā)電廠；直接空冷系統(tǒng)；變頻調(diào)速；蒸汽隔離閥；防凍措施

大連垃圾焚燒發(fā)電廠位于大連市甘井子區(qū)，焚燒垃圾量1 500 t/d，利用余熱發(fā)電，配置3臺中溫中壓余熱鍋爐和2臺汽輪發(fā)電機組，汽輪機排汽冷卻方式采用直接空冷系統(tǒng)（ACC）。該工程地處北溫帶，屬大陸性氣候，且具有海洋性氣候特征，大氣環(huán)流以西風帶和副熱帶系統(tǒng)為主，加上一面依山、三面靠海的地理環(huán)境影響，季風明顯、風力較大，是我國東北地區(qū)風速較大的地區(qū)之一，極端最低氣溫為-21．1℃，對直接空冷系統(tǒng)采取防凍措施是非常必要的。

1 直接空冷系統(tǒng)概述

大連垃圾焚燒發(fā)電廠主體廠房布置如圖1所示。

圖1 大連垃圾焚燒發(fā)電廠主體廠房整體布置

該廠直接空冷系統(tǒng)工藝流程為：來自余熱鍋爐的新蒸汽經(jīng)汽輪機做功后進入排汽裝置，再排入排汽管道，當排汽管道爬升到一定高度時，分成3支蒸汽分配管道（單臺機組），向6個空冷冷凝單元的蒸汽聯(lián)箱分配蒸汽（如圖2所示）。空冷冷凝單元由順流管束和逆流管束組成，冷凝管束以近60°成“Λ”型結(jié)構(gòu)布置（如圖3所示）。順流管束組成的冷凝器是空冷系統(tǒng)的主要冷凝部分約70%～80%的蒸汽在順流管束被凝結(jié)為冷凝水設置逆流管束部分主要是為了將未凝結(jié)蒸汽和不凝結(jié)氣體凝結(jié)和排出，防止系統(tǒng)內(nèi)部的某些局部形成“死區(qū)”，避免在冬季低溫條件下運行時發(fā)生管束凍結(jié)。空冷島正對汽機房以2×6形式共配置12臺軸流風機（如圖4所示），布置于空冷冷凝單元底部，強制通風使空氣外掠過凝汽器表面蒸汽在凝汽器內(nèi)部被冷凝為凝結(jié)水，由管束底部的集液聯(lián)箱收集，最終匯至熱井。抽真空管道引自逆流管束頂部，使空氣及不凝結(jié)氣體經(jīng)由水環(huán)真空泵（布置于汽機房內(nèi)）排出。

圖2 大連垃圾焚燒發(fā)電廠排汽管道布置形式

圖3 大連垃圾焚燒發(fā)電廠空冷凝汽器順、逆流形式

圖4 大連垃圾焚燒發(fā)電廠空冷單元布置形式

2 產(chǎn)生冰凍原因分析

垃圾焚燒發(fā)電廠與常規(guī)火力發(fā)電廠不同，其特點是以垃圾處理為主，汽輪發(fā)電機組采用“機隨爐”的運行方式。由于垃圾熱值存在不穩(wěn)定性，鍋爐的產(chǎn)汽量會實時變化，汽輪機組運行隨之波動，因此空冷系統(tǒng)在冬季低溫條件下運行調(diào)節(jié)不及時，將會導致發(fā)生冰凍事故。

直接空冷系統(tǒng)的空冷島布置于室外，靠近發(fā)電廠房，空冷凝汽器直接暴露在自然環(huán)境中，其整體散熱能力主要取決于空氣的干球溫度。如果空冷系統(tǒng)設計配置不合理，冬季低溫運行條件下，會引起冷凝水過冷度過大，若氣溫繼續(xù)下降，不及時采取措施就會發(fā)生冰凍事故［1］。輕者使管束的傳熱性能大大降低，重者使管束內(nèi)部通道堵塞，導致真空下降，造成機組停機，更有甚者會發(fā)生管束變形、爆裂，造成永久性傷害。究其根源，發(fā)生冰凍事故的根本原因是，低溫環(huán)境條件下，空冷島的整體換熱能力遠遠超過機組的排熱負荷，蒸汽在前部管束已凝結(jié)為冷凝水，在后部管束被繼續(xù)冷卻形成結(jié)冰現(xiàn)象［2］。這種情況已在國內(nèi)外的直接空冷機組運行中發(fā)生過，所以對寒冷地區(qū)的直接空冷系統(tǒng)防凍措施需要引起足夠的重視。

3 采取的防凍措施

3.1 工程設計方面［3-6］

3.1.1 翅片管的選取

目前，常用的有單排管、雙排管、三排管。大通徑扁平管蛇形翅片單排管，通徑較大，即管內(nèi)蒸汽流通面積大，有利于汽液分離和管束的防凍，管內(nèi)外的介質(zhì)流動阻力小，換熱及防凍效果好，管外沒有積灰死角，便于沖洗，適合灰塵大的環(huán)境，清洗水壓低，管的豎向截面抗彎能力強，不需要另設支撐框架，管束質(zhì)量輕，節(jié)省平臺型鋼用量及平臺下部土建費用，目前采用的較多，本工程采用的空冷凝汽器形式為大通徑扁平管蛇形翅片單排管。

3.1.2 管束順逆流比

按照氣流與凝結(jié)水的流動方向，空冷凝汽器分為順流段、逆流段2個部分。順流段（簡稱K）：蒸汽由蒸汽分配聯(lián)箱自上而下進入翅片管束，與凝結(jié)水流向相同進入下聯(lián)箱。逆流段（簡稱D）：將在順流段未被冷凝的蒸汽通過下聯(lián)箱自下而上進入翅片管束，與凝結(jié)水流向相反。順逆流混合單元，即空冷冷凝單元內(nèi)由順流管束和逆流管束共同組成（如圖3所示），簡稱K/D結(jié)構(gòu)。理論上不凝結(jié)氣體的含量比較少，逆流段的冷卻面積可較小，但是為了有效防凍，將逆流段的冷卻面積增大，空冷凝汽器廠家根據(jù)工程所在地氣候條件通常選取值范圍2∶1～6∶1。本工程的K/D最終選取值為5∶2。

3.1.3 風機的調(diào)速方式選取

為了對冷卻風量進行合理控制，風機通常配備單速電機、雙速電機、變頻調(diào)速電機。采用單速電機，不利于風量調(diào)節(jié)，通常是風機臺數(shù)較多的大型空冷機組采用該形式，目前已較少用。雙速電機可全速通風，又可以半速供應小風量，也常用在風機臺數(shù)較多的大型空冷機組。采用變頻調(diào)速風機可以根據(jù)風溫變化及時合理調(diào)節(jié)送風量也節(jié)約了能耗，目前采用的較為普遍。本工程地處海邊，受一定海風的影響，12臺風機均采用變頻調(diào)速，夏季可超速運行至110%，抵抗大風影響；冬季送風量調(diào)節(jié)靈活，防凍效果好。

3.1.4 合理分配蒸汽流量

在排汽管道與各蒸汽分配支管的銜接處、各蒸汽分配管道轉(zhuǎn)彎處，加裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化的導流板（如圖2所示），既降低了管道壓降，又使各空冷冷凝單元的蒸汽流量分配均勻。這樣，管束內(nèi)蒸汽壓降比較穩(wěn)定，各空冷冷凝單元的局部管束不會因蒸汽流量分配不均勻?qū)е卤鶅觥?/p>

3.1.5 設置真空蒸汽隔離閥門

在每臺機組空冷冷凝單元單列蒸汽分配管上設置1個電動真空隔離閥（如圖3所示），當冬季的負荷低于30%時，將閥門關閉，減少投入運行的2個空冷冷凝單元，使剩余4個空冷冷凝單元的冷凝能力與汽輪機的排汽量相適應，減小凝結(jié)水的過冷度，可以起到防凍的作用。

3.1.6 設置擋風墻

在空冷凝汽器平臺四周設置擋風墻（如圖2 3所示），一方面在夏季高溫時可防止熱風回流提高機組出力；另一方面，在冬季寒冷氣候條件下，可防止管束受到側(cè)向風的影響而出現(xiàn)的冷卻能力不均勻，壓力分布不均勻以致最后結(jié)冰，這在已經(jīng)運行的電廠得到過證實。本工程的擋風墻設置是從空冷平臺到水平蒸汽分配管的管頂0．5 m處。

3.2 運行管理方面［7-10］

3.2.1 保證最低蒸汽流量

安裝電動真空隔離閥，冬季低溫條件下可以關閉單列2個冷凝單元，保持另外4個冷凝單元運行。冷啟動條件下，需要保證最低蒸汽流量，其與環(huán)境氣溫的關系見表1。

表1 冬季冷啟動時ACC需要最小熱負荷與氣溫的關系

3.2.2 凝結(jié)水溫度、逆流管束頂部真空抽氣口溫度的監(jiān)視

環(huán)境溫度低于2℃時，當冷凝器各個管束的凝結(jié)水溫度下降到設定值，則自動調(diào)整該空冷單元的進風量或者停止風機運行，直至凝結(jié)水溫度回升。若真空抽氣口溫度降低明顯，也采用與上述同樣的回暖措施。

3.2.3 適當提高機組運行背壓

如果在關閉全部運行風機的條件下，機組運行負荷仍不能達到空冷系統(tǒng)散熱量，則需要提高機組運行背壓，提高機組排熱量。

3.2.4 縮短抽真空時間

在冬季冷啟動時，盡可能快速將真空抽至較低的背壓狀態(tài)下，增大管內(nèi)蒸汽流速，縮短蒸汽在管道內(nèi)的流動和冷凝的時間。

3.2.5 啟用備用真空泵

如果管束局部發(fā)生凍結(jié)，啟用備用真空泵加快抽氣，提高化冰速度。

3.2.6 重視技能培訓

加強運行管理，提高運行人員操作技能，積累防凍運行經(jīng)驗。

4 結(jié)論

直接空冷系統(tǒng)在垃圾焚燒發(fā)電廠的應用實例尚不多，本工程直接空冷系統(tǒng)所采取的防凍措施在保證機組冬季安全運行方面，可以為類似空冷機組提供參考。但是，還需要根據(jù)垃圾焚燒發(fā)電廠的運行特點掌握空冷系統(tǒng)的運行特性，優(yōu)化垃圾焚燒發(fā)電廠的直接空冷系統(tǒng)設計。

［1］閆雪蓮．直接空冷凝汽器的防凍措施［J］．應用能源技術，2011（1）：29-31．

［2］段剛，耿真．直接空冷機組冷卻系統(tǒng)防寒防凍措施［J］．吉林電力，200（5）：40．

［3］孫克學．直接空冷系統(tǒng)防凍措施［J］．科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2004（11）：95．

［4］李悅，李小軍．600 MW直接空冷機組冬季運行經(jīng)驗［J］．內(nèi)蒙古電力>術，2006（4）：6-7．

［5］孫立國，田亞釗，孫康明．600 MW直接空冷機組的防凍及解凍［J］．力建設，2007（6）：65-68．

［6］周亞民，安錦民，高恩厚．300 MW直接空冷供熱機組防凍措施探［J］．內(nèi)蒙古電力技術，2007（3）：20-21．

［7］田亞釗，晉杰．600 MW直接空冷機組冬季防凍要點［J］．電力建設，200（2）：4-6．

［8］王忠，趙雁，馮潤富，等．內(nèi)蒙古上都電廠2×600 MW空冷機組防措施［J］．內(nèi)蒙古電力技術，2005（4）：1-3．

［9］呂榮富．空冷發(fā)電廠的冰凍分析［J］．內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟，2006（12）124-125．

［10］孫立國，孫康明，田亞釗．直接空冷機組冬季啟停凍結(jié)問題及防范施［J］．電力設備，2006（10）：70-72．

Antifreezing Measures for Direct Air-cooling System of Dalian Waste Incineration Plant

Xu Xiangyang,Bao Huakun
（China Enfi Engineering Corporation,Beijing 100038）

The design of direct air-cooling system in Dalian Waste Incineration Plant was introduced．Its freezing reason of the air-cooling condenser were analyzed,and the corresponding antifreezing measures were put forward．

waste incineration plant；direct air-cooling system；frequency control；steam isolating valve；antifreezin measure

TK264．1+1

B

1005-8206（2012）03-0060-03

2012-01-06

許向陽（1984—），碩士，主要從事發(fā)電廠空冷技術研究。E-mail：xuxy@enfi．com．cn。

（責任編輯：鄭雯