極寒地區空冷機組防凍優化分析

孫永斌，王 禮，劉國華，揭其良

(華電電力科學研究院東北分院，遼寧 沈陽 110079)

極寒地區空冷機組防凍優化分析

孫永斌，王 禮，劉國華，揭其良

(華電電力科學研究院東北分院，遼寧 沈陽 110079)

空冷機組在富煤貧水地區有降低能耗、減少污染、占地面積小、調節靈活等優點，但其防凍問題一直是制約其在北方寒冷地區發展的主要原因。以白音華金山坑口發電廠(空冷機組)為例，針對其冬季氣溫低導致空冷島結冰嚴重、效率降低的問題，提出了抽真空過冷保護控制、霜凍保護控制、回暖控制3種優化控制策略，經過實際應用，解決了空冷島結凍問題，大大提高了機組真空度和冬季運行效率，可供其它空冷機組電廠借鑒。

空冷機組；防凍控制；極寒地區

白音華地處蒙東地區，地廣人稀，風力較大，氣溫偏低，冬季時常伴有暴雪現象，氣溫在-50～-40 ℃，從風力和地理位置來看，非常適合應用空冷機組，但由于氣溫偏低，給空冷機組的防凍問題及機組效率帶來了巨大的考驗，因此本機組采用了3種優化控制策略，防止極端溫度對空冷機組造成凍結[1-2]。

1 空冷系統概況

白音華金山坑口發電廠2×660 MW機組空冷島是由德國GEA能源技術有限公司生產，主要實現用空氣來冷凝汽輪機的排汽，通過空氣與蒸汽進行熱交換來達到冷凝的作用。

本機組空冷凝汽器共56臺軸流風機，所有風機均采用變頻調速控制。翅片管束以等腰三角“A”型結構構成，“A”型兩側的翅片管束布置為順流管束和逆流管束，當汽輪機乏汽經聯箱流經空冷凝汽器的翅片管束時，大量的冷空氣通過翅片管被軸流風機吸入，進行表面換熱，冷凝下來的凝結水由凝結水管道收集并排至凝結水箱，經凝結水泵送入凝結水系統。汽輪機排汽的75%～80%乏汽在順流凝汽器中被冷卻，剩余的蒸汽在逆流凝汽器中被冷凝，避免了凝結水過冷、溶氧和凍害。在逆流管束頂部設有抽汽系統，防止運行中在管束內部的某些部位形成死區，避免在冬季產生凍結。

2 抽真空過冷保護控制

空冷島真空度過冷可能造成散熱面內蒸汽流動不暢，換熱效果差，起不到冷凝蒸汽的作用，影響機組效率，嚴重情況下可能會發生冰凍事故，給機組的安全穩定運行帶來困難。因此本機組采用如下的控制策略來防止抽真空度過冷情況的發生。

在機組正常運行過程中，當排汽溫度與所有非隔離段抽真空溫度的平均值之差超過15 ℃時，發出抽真空過冷報警，如果經過10 min，過冷保護信號仍然存在，則抽真空過冷保護動作，啟動備用的水環真空泵；當排汽溫度與所有非隔離段的抽真空溫度的平均值之差小于6 ℃并持續10 min以上，則停止運行中的非工作真空泵。

該控制策略的目的是當溫差過高時，通過真空泵的啟動將空冷島受熱面內積聚的不凝結氣體排除空冷島，當溫差減小時，停止真空泵，保證機組的經濟運行。

3 霜凍保護控制

空冷機組中如果排汽壓力控制正常，就會避免因排汽壓力低于抽真空組的抽汽限值，導致過多空氣和不凝結氣體積存的情況，氣體積存可導致凝汽器內的凝結水過冷，在冬季較低的環境溫度下還會結霜。因此，控制排汽壓力是霜凍保護的有效手段[3-4]。

如果在機組正常運行的過程中，環境溫度小于2 ℃，排汽溫度與凝結水溫度之差大于15 ℃或凝結水溫度大于35 ℃時，則發出凝結水過冷信號，如果經過10 min，霜凍保護信號仍然存在，則霜凍保護運行動作，延時2 s啟動備用的水環真空泵，同時將空冷系統的排汽壓力設定值在原來的基礎上增加3 kPa，以維持系統的真空度。

當排汽溫度與凝結水溫度的平均值之差小于6 ℃，并且凝結水溫度小于35 ℃時，延時10 min，復位霜凍保護運行指令，同時控制系統將排汽壓力的設定值設回之前的值，停止運行中的非工作真空泵。

該控制策略的目的是防止凝結管束過冷或者結霜，造成凝汽器真空下降，影響機組的出力，所以應提前啟動備用真空泵并提高真空設定值，以保證機組負荷不受影響。

4 回暖控制

出于對防凍的考慮，當環境溫度小于2 ℃時，空冷系統運行需要同時考慮列的投切和風機的運行；當環境溫度大于2 ℃時，僅需要考慮風機的運行即可。因此當環境溫度小于2 ℃時，采用回暖的控制策略，可以防止逆流換熱器抽汽口結冰，造成堵塞。

回暖功能投入的條件是環境溫度低于2 ℃，要有一定的熱負荷，也就是處于一定的風機步序。熱負荷過小意味著風機逆轉并不能吸入熱風，也就沒有了回暖的意義。回暖時風機先停機，然后以15 Hz反轉300 s，抽吸周邊的熱空氣，融化可能形成的冰塊。風機停止后，正轉啟動風機，轉速與其它順流風機保持一致。

當環境溫度小于2 ℃，回暖系統未運行，且風機處于第15或16轉速級時，延時300 s自動啟動10～80排回暖；風機處于第11或12轉速級時，延時300 s自動啟動20～70排回暖；風機處于第7或第8轉速級時，延時300 s自動啟動30～60排回暖；風機處于第3或第4轉速級時，延時300 s自動啟動40～50排回暖。

當環境溫度大于5 ℃，或風機上切至第16級，或風機下切至第15級時，停止10～80排回暖;當環境溫度大于5 ℃，或風機上切至第12級，或風機下切至第11級時，停止20～70排回暖;風機上切至第8級，或風機下切至第7級時，停止30～60排回暖;當風機上切至第4級，或風機下切至第3級時，停止40～50排回暖。在某排逆流凝汽管束回暖時，若出現停止回暖保護的信號，要在該排的回暖結束后，才能停止回暖保護。

回暖的目的是防止空冷島抽汽口在冬季被凝華的冰絮堵塞，導致空氣在管束內積存。

5 結束語

通過3種控制模式的優化，空冷機組在冬季的運行效率得到了明顯的提升，避免了因凝結水溫度過低或結霜造成真空度的降低，從而保證了機組的安全穩定運行，避免可能造成的跳機風險。該控制方式有效提高了機組的運行效率，為空冷機組在極寒地區的可靠運行奠定了堅實的基礎。

[1] 李 波，楊 輝.600 MW直接空冷機組空冷控制系統邏輯優化[J].東北電力技術，2010,31(4):40-41.

[2] 傅 松，于淑梅，王立新.空冷電站冬季防凍措施[J].東北電力技術，1998,19 (8):39-42.

[3] 席新銘. 電站直接空冷系統對機組經濟性影響的研究[D]. 北京:華北電力大學,2007.

[4] 魏 德. 北方典型氣候條件下600 MW直接空冷機組的優化運行[D]. 北京:華北電力大學,2007.

Optimization Analysis on Anti Freezing of Air-cooling Unit in Extremely Cold Area

SUN Yongbin，WANG Li，LIU Guohua，JIE Qiliang

(The Northeast Branch of Huadian Electric Power Research Institute, Shenyang, Liaoning 110079，China)

Air-cooling unit is the best choise in the much coal and less water area, it can reduce energy consumption and pollution, also can reduce area, system adjustment more flexible. The anti freezing problem of air-cooling unit is the basic reason to restrict its development in the cold area of North China, so how to control the air-cooling unit of anti freezing is the key to the development in the north.

air-cooling unit; anti freezing control; polar region

TM621

A

1004-7913(2017)01-0037-02

孫永斌(1984)，男，學士，工程師，從事電力系統控制自動化方向研究與優化改造工作。

2016-10-25)