高寒地區三排管直接空冷凝汽器冬季防凍、機組降背壓經濟運行成功探索

摘 要：針對白城發電公司660MW機組發生三排管直接空冷凝汽器凍結問題，分析了三排管直接空冷凝汽器管束凍結的原因，內因是在迎風側第1排翅片管內蒸汽倒流并有空氣聚積，外因是環境溫度低。文章闡述了三排管直接空冷凝汽器在設計中所存在的不足及白城發電公司針對空冷凝汽器凍結采取了哪些有效措施，供已投運的三排管直接空冷凝汽器改造和防凍予以參考。

關鍵詞：直接空冷機組；三排管；凍結原因；降背壓有效措施

在我國北方大部分屬于內陸城市，為了節約用水新建的機組大多以直接空冷機組居多，另外根據三排管直接空冷凝汽器具有汽側阻力較小、散熱系數較大等優點，因此我公司選用三排管直接空冷凝汽器。本文分析了三排管直接空冷凝汽器管束凍結的原因，并提出了高寒地區三排管直接空冷凝汽器管束防凍及機組最佳經濟背壓運行所采取的有效措施。

一、白城發電公司空冷凝汽器凍結情況

2012年12月30日夜間環境溫度最低降到-26℃，1號機組負荷降至300MW運行。直至31日上午8：00，機組升負荷，汽輪機運行背壓隨之升高，風機轉速也升高。31日19：50，機組負荷500MW，汽輪機背壓被迫升高到21～24kPa，明顯高于汽輪機平時的運行背壓11～13kPa，此時，汽輪機背壓與當時的環境氣溫不相匹配。巡檢人員用測溫儀直測空冷凝汽器的翅片管時，發現位于第3列（從汽機房向升壓站編號）3、4號順流凝汽器、第6列7、8號順流凝汽器、第7列1、4號順流凝汽器及2號逆流凝汽器的管束局部翅片溫度均在-21℃以下，表明這些管束已凍結。

為防止管束大面積損壞，被迫采取提高機組背壓降低風機轉速減少冷空氣對流方式，機組運行背壓偏離正常控制值，統計2012年12月末至2013年1月中下旬期間1號機組背壓，環境溫度-22℃～-30℃時，機組背壓最高33kPa。

經常超過斯比克廠家提供的冬季機組運行背壓設計值（25kPa），提高機組運行背壓期間，空冷凝汽器管束凍結情況依然沒有得到有效改善，給機組安全、經濟運行帶來嚴重隱患。

二、空冷管束凍結的原因

我公司位處風電集中區，機組為純凝方式。供暖季，我公司機組負荷率（51%左右）偏低，乏汽流量為483.73t/h。當環境溫度在-20℃以下時已不能滿足單列最小防凍流量。

空冷所需最小熱負荷與氣溫的關系表：

三、采取有效措施

（一）在空冷凝汽器的列與列之間第四層鋼架上搭設暖棚，根據環境溫度變化，隨時可調整棚布之間間隙。通過采取以上措施，消除了直接空冷散熱管束內、外側冷空氣對流現象，有效的防止了直接空冷系統散熱管束出現冷區或凍結現象。

（二）在保證減速機正常供油的情況下，將風機最低轉速由原來的26RPM通過熱工控制調整至8RPM，有效降低運行風機最小出力，減少冷風進入，達到空冷管束換熱的最佳流量。同時，經過與空冷風機電機廠專家溝通，取消電機逆止器，通過變頻調節實現風機反轉功能。

四、制定詳細調整原則

（一）重點部位測溫：由于高寒地區三排管管束溫度變化迅速，環境溫度在-20℃，風機轉速在40RPM時，散熱管束溫度20分鐘可由30℃降至0℃以下。順流區迎風側下部2行，散熱管束溫度在-5℃時，風機要馬上反轉，反轉轉速控制在40RPM；逆流區迎風面下部3、4行，散熱管束溫度在-5℃時，要及時進行逆流風機反轉，反轉轉速控制在26RPM。

（二）環境溫度-15～-10℃。乏汽流量可基本滿足單列管束最小防凍流量，但由于各列分配管進汽分配不均，1、8列分配管離主排汽管道較遠，防凍保護流量不足，易造成管束凍結的危害。另因白城冬季西北風較多，受風向及兩爐間串風影響，環境溫度-13℃以下時，在1、2列間、7、8列間及1、8列背風面加裝暖棚。

（三）環境溫度-20～-15℃時， 2、3列之間，6、7列之間搭設暖棚。環境溫度-25～-20℃。將3、4列之間，5、6列之間搭設暖棚。將1-8列1、8單元風機轉速小于同列其他順流風機轉速5RPM。根據調節經驗，環境溫度在-23℃，負荷380MW時，調整所有運行風機轉速至最低。當負荷降到330MW時，全停所有風機，回暖停止。當負荷>330MW并且有上升趨勢時，先啟動逆流風機，后啟動順流風機。

（四）環境溫度-30～-25℃時。將各列棚布搭滿，保持風機低轉速運行。當出現散熱管束大面積在0℃以下時，反轉風機運行，防止單元管束凍結。

（五）監盤人員及巡視人員發現管束大面積溫度低于20℃時，立即采取降低風機轉速運行。管束大面積溫度在0℃時，立即控制風機反轉。直到管束溫度回升至35℃以上時，再正轉風機，逐步增加單元風機轉速與本列其他單元風機轉速相同。

五、效果及經濟效益

冬季，空冷島通過采取列間搭設暖棚、順流風機反轉、加裝測溫裝置等一系列措施后，在環境溫度-17℃以下時，白城發電公司直接空冷凝汽器散熱管束未發生冷區或凍結現象，機組背壓平均控制在10kpa左右。

六、結束語

列間搭設暖棚、根據環境溫度調整棚布間隙保證風機低轉速運行、風機反轉有效吸收棚布內熱量等技術措施成功運用，也為高寒地區其他同類型機組空冷防凍提供了寶貴經驗，打破了三排管直接空冷凝汽器不宜在冬季氣溫低或年氣溫變化大（年高、低氣溫之差大）的地區使用格局，為冬季空冷機組安全、經濟運行奠定了良好基礎。