600 MW超臨界機組空冷系統冬季運行防寒防凍研究

王 凱

（神華國華壽光發電有限責任公司，山東 壽光 262700）

1 概述

由于呼倫貝爾市地處嚴寒，冬季最低氣溫達-46℃，若采用濕冷機組，無法滿足實際運行需求。且濕冷機組存在占地面積大、凍結凍裂等不利因素，故電廠采用直接空冷機組，利用空氣使汽輪機排汽直接在翅片管式空冷凝汽器中凝結成水，不但減少水資源浪費，也起到節能環保作用［1-2］。

空冷機組依托國內先進設計方案，采取大管徑排汽管道、空冷凝汽器、軸流冷卻風機和凝結水泵等組成方式，如圖1所示?？绽鋶u設計為8列7排，共56個風機；在排氣裝置與真空泵入口設有抽真空旁路，在啟動初期可以加快啟動速度。空冷凝汽器采用雙排管鋼翅片凝汽器，每個冷卻單元管束以接近60°組成的等腰三角“A”型結構構成，冷空氣由變頻軸流風機抽取并吹到散熱管片上冷卻［3］。汽輪機排汽在空冷凝汽器中被空氣冷卻而凝結成水，排汽與空氣之間的熱交換是在表面式空冷凝汽器內完成［4］。在直接空冷換熱過程中，利用散熱器翅片管外側流過的冷空氣，將凝汽器中從處于真空狀態下的汽輪機排出的熱介質飽和蒸汽冷凝，最后冷凝后的凝結水經處理后送回鍋爐［5-6］。

由于空冷機組在啟動初期和低負荷運行期間，蒸汽流量較少，存在不同程度的凍結，給運行調整帶來較大安全隱患。根據理論研究和實踐經驗，通過采取增大進汽水量、提高機組出力、定期回暖等方式，有效避免空冷島凍結，最大程度提升機組經濟性和安全性，為機組長周期安全穩定運行提供有效保障。

圖1 直接空冷機組原則性汽水系統

2 冬季運行存在問題

2.1 機組背壓突變

由于空冷機組的冷卻介質是空氣，翅片管內的蒸汽受環境的影響比較明顯，真空穩定性較差。時常刮西南風對于機組真空極為不利，受大風影響最大的就是背壓，而背壓一旦降低直接影響投運列空冷的穩定運行，易出現過冷現象，如發現遲緩加之冬季環境溫度較低則導致管束凍結。反之，背壓一旦突升直接導致凝汽器水位迅速上漲，難以控制。另外凝結水溫度上升達61℃時精處理混床旁路打開，對機組安全經濟運行帶來隱患，背壓突升較高時嚴重會引起排氣裝置震動加劇，低壓缸振動上漲，真空泵電流突升等一系列因素。

2.2 凝結水溶氧量高

運行中曾多次發現凝結水溶氧超標（質量濃度大于 100 μg/L），經檢查未發現異常，懷疑真空系統漏空氣、閥門、膨脹節不嚴、凝泵密封不嚴等。另一因素則是排氣裝置補水量大導致溶氧過大，但對于空冷機組一個重要的原因就是凝結水過冷度大，尤其在冬季由于環境溫度較低，換熱端差大，二次加熱效果欠佳。負荷越高凝結水溶氧越小，這說明高負荷期間低壓缸排氣量增加從而進入空冷到蒸汽量增加，空冷回水溫度高，從而給排氣裝置的水二次加熱使得溶氧降低。

2.3 疏水溫度回升慢

在開啟進汽蝶閥后較長時間凝結水溫度回升較慢，規定凝結水疏水溫度回升至35℃時可啟動逆流單元風機。發現冬季新投入列進汽蝶閥開啟后就地翅片管溫度偏低，就地伴有化冰聲音，說明翅片管內部已經凍結，隨著進氣量越來越大翅片管內結冰逐漸化開，化冰時間較長，僅此可以判定內部不結冰嚴重，此時若機組急需升負荷則很容易因為投入列時間較長，影響機組升負荷速度。

2.4 翅片管凍結變形

受負荷限制，蒸汽量減少，環境溫度在－20～－35℃時，各管束間的溫度偏差較大，且這種溫差將隨著環境的下降而更大，也就是管束內蒸汽流量有偏差。經觀察，空冷管束存在著不同程度的變形，集中在兩列管束的聯接處、蒸汽蝶閥處每列第一根管束、每列最后一根管束，如圖2、圖3所示，其原因為管束受熱不均，膨脹受阻或膨脹量過大引起變形。最末端蒸汽分配管存在盲腸段，退出運行時可能會積存蒸汽，凍結變形。

圖2 末端管束變形

圖3 逆、順流管束聯接處變形

3 實踐調整及應用

3.1 機組啟動控制

機組冬季啟動運行時，打開旁路使蒸汽直接進入空冷凝汽器，旁路容量經防凍流量計算后合理確定?？紤]冬季工況最小防凍流量的要求，在蒸汽參數未達到要求前，不向空冷凝汽器排汽，禁止長時間向空冷排小流量蒸汽易造成管束凍結。冬季機組啟動過程中設專人對空冷島各排散熱器下聯箱及散熱器管束進行就地溫度實測，異常時增加檢查和測量次數，及時發現系統異常，消除安全隱患。

3.2 正常運行控制

空冷冬季運行時，應優先降低風機轉速、停止風機運行，盡量避免頻繁投、退空冷列，防止蒸汽隔離閥不嚴，造成空冷管束凍結。盡量保持同排各風機頻率相同，防止由于冷卻不均造成局部管束過冷。調節風機轉速，使各排散熱器下聯箱凝結水溫度均高于35℃，且各排散熱器凝結水過冷度均小于6℃?？绽渖崞髂Y水的任一溫度降至35℃以下，應及時查找原因，溫度繼續降低至25℃以下時，降低該排風機轉速，使背壓升高3 kPa，若30 min內溫度不上升，則再啟動1臺真空泵運行，當空冷散熱器凝結水溫度上升至30℃，且空冷島進汽溫度與空冷散熱器凝結水溫度之差小于6℃時停運1臺真空泵。若抽氣口溫度繼續下降，啟動逆流風機反轉，溫度有明顯回升時停止反轉。

3.3 低負荷運行調整

每2 h實測各排散熱器及聯箱表面溫度，將背壓設定值提高，以保證較高的蒸汽溫度，不易于凍結，注意抽真空管道及冷凝水管道溫度的過冷度。冬季在低負荷運行工況下，會出現空冷凝結水溫度過低現象，導致所有風機全部停止或在最低轉速下運轉，使直接空冷系統變得更加脆弱，受大風、氣候影響的程度也要加重，因而運行中應避免出現風機全停工況的發生，同時為防止空冷島翅片管凍結，申請提高機組負荷，增加進汽量，保障空冷系統安全運行。低負荷期間如需退出空冷列，要按先兩邊后中間的原則，禁止退出蒸汽隔離閥不嚴的空冷列，確保空冷蒸汽隔離閥后蒸汽溫度、壓力測點顯示準確，空冷列退出運行再次投運時，抽真空閥開啟后，要加強對蒸汽隔離閥后壓力的監視，該測點無明顯變化時，禁止投入該列運行，冬季空冷列退出運行后，要及時投入抽真空管路伴熱。

3.4 氣候突變調整

機組冬季啟動運行時，打開旁路使蒸汽直接進入空冷凝汽器，旁路容量經防凍流量計算后合理確定。考慮冬季工況最小防凍流量的要求，在蒸汽參數未達到要求前，不向空冷凝汽器排汽，禁止長時間向空冷排小流量蒸汽易造成管束凍結。冬季機組啟動過程中設專人對空冷島各排散熱器下聯箱及散熱器管束進行就地溫度實測，異常時增加檢查和測量次數，及時發現系統異常，消除安全隱患。冬季運行期間每值應增加就地實測各列散熱器上、中、下部管束溫度及凝結水聯箱溫度次數，且各列散熱器上、中、下部的溫度差不得超過5℃，順流散熱器下部溫度不得低于35℃，尤其應注意各列凝結水溫度測點對應側的聯箱溫度不得低于35℃，防止造成局部過冷。當空冷管束局部過冷，調整無效時，應及時加裝苫布封堵相應風機的風筒。

4 結語

針對空冷系統需求，及時分析系統狀態，合理安排運行方式，有效降低空冷機組凍結的隱患，為日常運行調整和系統維護提供有效依據。實踐中保證空冷島翅片管不發生大面積凍結，必須充分了解機組每一負荷段的特性，從設備安裝、運行調整、系統隱患等方面認真研究，精細調整，通過冬季調整逐漸掌握空冷系統的運行特性，為空冷島冬季運行防凍積累運行經驗。