黃陵礦業煤矸石發電三期項目2×300MW中的空冷系統設計與應用

楊增增

（黃陵礦業煤矸石發電有限公司，陜西黃陵 727307）

黃陵礦業煤矸石發電三期項目2×300MW中的空冷系統設計與應用

楊增增

（黃陵礦業煤矸石發電有限公司，陜西黃陵 727307）

本文主要對黃陵礦業煤矸石發電有限公司三期2×300MW低熱值資源綜合利用項目空冷系統進行了簡單的介紹，重點闡述了空冷系統功能以及直接空冷系統的組成及應用，并根據空冷系統在運行過程中發現的運行調整問題及處理方法，空冷系統運行過程中發現的設備問題進行分析處理，對空冷系統的日常維護提出針對性的建議。做好空冷系統的可靠、經濟、安全、穩定的運行。

空冷島 組成 功能 功效

黃陵礦業煤矸石發電有限公司是以黃陵礦業一號、二號煤礦生產廢棄物煤矸石、煤泥、低熱值中煤為燃料，以井下疏矸水為主水源的資源綜合利用環保型企業，三期項目毗鄰黃陵礦業二號煤礦，裝機容量為600MW，發電機出口電壓20KV，三期項目利用二號煤礦洗煤廠產出的煤矸石、煤泥、低熱值中煤260萬噸，年發電量40億度以上，年產值達15億元，成為壯大黃陵礦業集團循環經濟的核心支柱產業。

1　項目概述

黃礦2×300MW低熱值資源綜合利用電廠，本期容量為2× 300MW，汽輪機是上海汽輪機有限公司制造的亞臨界、一次中間再熱、單軸反動式、雙缸雙排汽、直接空冷凝汽式汽輪機。每臺汽輪機排汽管道與一個單獨空冷凝汽器機組相連（ACC）。直接空冷凝汽器布置在主廠房A排外高架平臺上，平臺高35米，30個冷卻段排成6列，每列由3個順流冷卻段和2個逆流冷卻段組成。

2　空冷系統功能概述

（1）冷空氣流過換熱管束后，帶走了汽機管道內部的剩余能量。來自汽機的蒸汽直接通過排汽管道進入凝汽器系統。蒸汽首先從蒸汽分配管進入順流管束，在順流管束中可以冷凝部分蒸汽（約80%）。在順流凝汽器管道中，凝結水流向蒸汽流動的方向。

（2）未冷凝的蒸汽經過下部聯箱和凝結水收集管道進入逆流管束，以實現完全冷凝。逆流管束中的凝結水流動方向與蒸汽相反。不凝結氣體在逆流凝汽器單元的上部被抽出，經過抽氣系統后排入大氣。累積的凝結水在重力作用下經過凝結水管道流入汽輪機排汽裝置的凝結水收集器。然后由主凝結水泵將凝結水從凝結水收集裝置輸送到給水系統。

（3）在系統啟停、汽輪機甩負荷期間，再熱蒸汽通過旁路進入主蒸汽管道。在進入主蒸汽管道之前，再熱蒸汽在旁路裝置中（通過噴射凝結水）膨脹、減溫。根據環境中的大氣溫度和設定的汽輪機背壓，通過調節通過管束的冷空氣流量就能達到將蒸汽冷凝的目的。這個能量平衡的結果就是空冷系統的運行壓力。

（4）空冷冷凝器的下部的冷空氣通過風機驅動，強制通風進入翅片換熱器。根據最優化方案，通過變頻風機驅動調節氣流。因此，將要冷凝的排汽流量與排汽熱負荷和壓力是成比例的。從性能曲線可以看到這個比率關系。

（5）所有管束出廠之前都進行了檢漏測試。為了確保嚴密性，空冷凝器安裝完畢后，準備試車之前，還要再次進行檢漏。要特別注意法蘭連接的部件，所有與蒸汽和凝結水有關的設備和配件都要進行監檢。如需要，必須清理機組內部以清除鐵銹和其他雜質。必須防止任何由于管道加熱不均勻產生的小蒸汽流量而引起的突發熱沖擊或不均衡氣流。否則有可能造成管道變彎或管板爆裂現象的發生。

3　直接空冷系統的組成及功效

3.1排汽管道和蒸汽分配系統

（1）排汽管道包括以下設備:帶彎頭的管道，分流器和歧管、蒸汽導流片、膨脹節管道支撐和固定、入口人孔、蒸汽分配管（與順流管束連接）、蒸汽分配管隔離閥、爆破膜、儀表。蒸汽通過大直徑的管道流入凝汽器。蒸汽分成6部分進入與每個冷凝器列相連的蒸汽分配管。排汽從蒸汽分配管沿著順流管束的頂部進入各個翅片管。

（2）補償裝置:（鉸接型波紋管、萬向型波紋管、作為平衡壓力彎頭的膨脹波紋管）。

為防止熱膨脹，基礎不均沉降及平臺、管道的位差布置和移動都會導致管道在垂直和水平方向的移動，與汽機直接連接的排汽管要按“壓力平衡肘”建造。這個平衡肘有三個波紋管以允許由于基礎不均沉降和熱膨脹引起的縱向移。

（3）另外，通向汽機接口處的管道直接用彈簧吊架懸吊。 支管和蒸汽分配管也是用彈簧吊架懸吊在主平臺梁上。蒸汽支管設計時要考慮到可在沒有進一步措施下能承受靜載荷、地震載荷和風載荷。

（4）安全裝置包含以下設備:3個爆破膜MAG01 AA020 / AA021/AA022其中包括膜支撐和止動裝置:三個不銹鋼防爆膜作為在多重保護元件失效情況下的最終安全裝置。防爆膜直接安裝在兩個法蘭之間，按設置壓力0.4 bar （表壓）-15%（安全裕量）下的最大旁路蒸汽流量設計。防爆膜采用無破碎材料制造，用特富龍密封。能夠在80%設置爆炸壓力時開啟。安全膜指示器會在膜片爆裂時報警，并監督每個防爆膜的狀況。

3.2凝結水系統

當蒸汽通過汽輪機的各級后比容大大增加，比進口比容增加約1000倍。同時，排汽的能量品位也下降到一個沒有進一步經濟用途的水平。為了形成閉合循環，排汽中的凝結熱必須通過冷凝器釋放，使得排汽循環介質冷凝成水。冷凝器在水/蒸汽循環中充當了主要的熱量交換器并且組成封閉的循環系統構造。與蒸汽鍋爐相似，冷凝器在水/蒸汽循環中的作用就是汽相和液相的分界面。負壓運行的凝汽器系統有如下幾種功能:（a）排氣冷凝；（b）不凝結氣體的抽出。（c）凝結水抽出并提供給給水系統和做其他用途。

（1）空冷凝汽器單元:一個空冷凝汽器單元由下列設備構成:蒸汽聯箱、翅片管管束，管板和管座、凝結水聯箱、支撐蒸汽分配管和連接管束的A型框架、通風系統（風機，變速箱，電機）、支撐通風系統的風機橋架、風機甲板和風筒、單元隔離墻（如圖1）。

（2）每個凝汽器單元包括下列管子和管束:單個管束中以單排方式排列32根翅片管和單元的每側由6對共12個管束排列組成通風系統:5個冷卻凝汽器單元與每個蒸汽分配管連接。每個凝汽器單元都安裝有通風系統。

（3）每個通風系統由下列組成:1臺風機、1套聯軸器、1臺減速箱、1臺風機電驅動、風機組件與風機橋架的固定材料

（4）凝結水系統:凝結水排水管線包括:每個凝汽器半列的排水管線、每列收集管線、公用凝結水連箱、到排汽裝置熱井的公用凝結水排水管線、排水管線保溫層、儀表。

冷凝水沿著單管，例如，MAG10 BR023 和 MAG10 BR028，從每個冷凝水集箱流出。從單管中流出的冷凝水流入普通冷凝水收集器中，冷凝水從收集器通過管道MAG70 BR016流入汽機排放裝置的熱井中。溫度傳感器MAG70 CT310提供遠程凝結水溫度指示。

為了防止凝結水在低溫環境中運行時凍結，凝結水排水管要用礦物保溫棉保溫，保溫棉表面敷設鋁包覆。在重力的作用下，凝結水自流到蒸汽排汽裝置。蒸汽排汽裝置進口處的節流孔板MAG70 AA010調節凝結水水位產生高壓，以防止其在凝結水排水管中汽化。

3.3抽真空系統

在所有運行工況中，適當的真空度是冷凝器管傳熱優化的基本要求。 當蒸汽在冷凝過程中出現不凝結氣體，凝結水液膜熱阻將不再是主要的傳熱熱阻。此時管內換熱表面被一層氣膜覆蓋，氣膜具有更高的傳熱熱阻。此外，隨著不凝結氣體和蒸汽的混合汽體的過冷和不凝結氣體比例的增大，凝汽器逆流單元的傳熱熱阻增大。 在機組啟動時，抽真空系統提供了蒸汽冷凝系統的初始壓力條件。

3.4冷凝器高壓水清洗系統

空冷凝汽器的翅片管束表面會產生污垢，例如:灰塵、昆蟲、花粉和其他空氣中外來的雜質。污垢的產生會降低凝汽器的傳熱系數和提高流動阻力，流動阻力的增加使得通過凝汽器管束空氣體積流量減少。系統性能的減弱與結垢的程度具有密切的聯系。一個典型的例子就是，空氣體積流量減少20%，從汽輪機的排汽壓力就增加33%左右。在這種情況下，系統不能維持要求的汽機背壓，而背壓過高就不得不降低發電負荷，以防止汽機跳閘。 高壓清洗系統采用高壓水射流清除換熱管束外的污垢。移動的噴嘴噴射出若干束高壓水射流清洗換熱管束的表面，清除管束和翅片外部的污垢。經常檢查和清洗，可以使得換熱器表面不會被污染。

4　結語

由于工程的需要，空冷凝汽器機組根據以下特性:高效率高可靠性、在所有工況下能耗低、通風系統振動小；設計安全、簡單、運行安全經濟、易于維護進行設計:在項目設計、論證以及建設階段，就向先進看齊，瞄準一流對標，力爭把電廠建設成為綠色、節能、環保的高效項目。

［1］黃陵煤矸石發電有限公司汽輪機運行規程.

［2］北京首航艾啟威冷卻技術（北京）有限公司空冷島說明書.

［3］汽輪機設備及運行.

［4］汽輪機設備運行技術問答.