空冷沖洗經濟性分析

喬宇

（陜西國華錦界能源有限責任公司陜西 榆林719000）

陜西榆林某電廠一、二期工程4×60萬千瓦亞臨界空冷機組，該工程直接空冷系統管束采用單排管，冷卻單元數量：每臺機組配8列冷卻單元組，每列由7個冷卻單元組成，每臺機組共計7×8=56個冷卻單元；每臺機組空冷凝汽器冷卻面積為1750684m2，其中順流面積1575616m2，逆流面積175068m2。迎風面風速：1．84m/s，空冷平臺高度：45米，設置56臺冷卻風機。

空冷凝汽器翅片管為鋼覆鋁管釬焊鋁翅片結構，單排扁平管規格為219×19mm，壁厚為1．5mm；翅片規格為190×19mm，壁厚為0．25mm，翅片間距2．3mm。

空冷凝汽器系統考核工況一（TRL工況）： 空氣干球溫度為33℃（TRL工況），每臺汽輪機的排汽量為1329．326t/h，排汽焓為2539．5kJ/kg，風機在100%轉速條件下，應保證汽輪機排汽口處背壓不大于29kPa（汽輪機排汽背壓不大于35kPa）。

空冷凝汽器系統考核工況二（THA工況）：空氣干球溫度為18．4℃（THA工況），每臺汽輪機的排汽量為1217．575t/h，排汽焓為2435．4kJ/kg，應保證汽輪機排汽口處背壓約為15kPa。

1 空冷換熱片內垢樣分析

對該電廠一二期空冷換熱管外壁以及翅片內污垢進行取樣化驗。

化驗表單一

化驗表單二

1.1 化驗單結果分析

化驗報告一中，SiO2含量最多，達40%。粉塵風沙中SiO2含量達80%以上，基本判斷樣品中粉塵沙粒占絕大部分。

CaCO3含量15%，主要來源有：①長時間噴淋和沖洗水在換熱器高溫下形成的水垢；②換熱器表面長期受石膏雨影響。水垢和石膏雨的主要組成物質就是CaCO3，因CaCO3不溶于水且有附著性，現有沖洗方式只能少量清洗。

非晶相含量25%，非晶相指未成晶型的物質，可能含有花粉、楊絮、柳絮的碎屑等有機物質。

化驗報告二中，灰分占72．3%，主要是風帶來的灰塵、粉塵、沙土。

碳含量占18．37%，主要來源為附近煤場存儲、煤炭運輸等過程中抑塵處理情況的差異，造成煤粉的無組織排放。

空冷島長時間在露天中運行，空氣中的細沙灰塵等雜物沉積在散熱片上，空冷島散熱片表面出現的積灰、積垢、雜物，一方面會減少空氣通道的面積，另一方面也加大了散熱器的傳熱熱阻，大大降低了散熱器的熱交換能力，造成凝汽器真空增加，機組效率降低，并且散熱片上的污垢還會造成金屬的垢下腐蝕，縮短散熱器的使用壽命。因此，空冷島散熱器結垢后必須及時清洗。

1.2 空冷沖洗必要性分析

為了清除空冷島散熱片上的污垢，該電廠一二期空冷島散熱片清洗采用沖洗裝置小車快速沖洗和人工高壓深度沖洗兩種方式。

1.2.1 一二期沖洗裝置介紹

裝置采用空冷凝汽器梯式清洗系統，整個清洗系統由清洗裝置、電控設備等組成。噴水裝置安裝在升降導軌行走輪的底部，每個噴水裝置共安裝有8只專用噴嘴，每次可清洗幅面為800mm的管束，噴水裝置長度可滿足管束上下極限位置的清洗。首先噴水裝置小車按速度為3m/min速度向上運動，到達上限位后噴水裝置停止動作，20秒后行走裝置向水平極限限位開關動作的相反方向運行800mm；到達移動位置后，噴水裝置按給定速度向下運動，直至到達下限位后噴水裝置停止動作，如此循環運行，見表1。

表1 一二期沖洗小車參數

1.2.2 人工深度沖洗

水源取自除鹽水箱，從高壓沖洗設備車上利用一臺柱塞泵將除鹽水增壓至20MPa（就地表壓），然后人工手持特殊噴槍對換熱器進行沖洗。內部沖洗時使用專用長槍，槍管長約4．8m，選用4mm的槍頭，沖洗時壓力在8MPa-13MPa之間調整，流量約7t/h，沖洗過程中需要降低空冷風機轉速。

1.2.3 空冷換熱片沖洗的必要性

2019年4月7日-6月11日期間，一二期四臺機組進行了1次人工高壓深度沖洗；4月7日-6月30日，四臺機組分別進行了4次沖洗裝置小車快速沖洗，見表2。

說明：#1機組深沖進行中（已沖洗21臺）；#2機組第一遍快沖進行中；#3機組完成第1次快充；#4機組完成第1次快充。

可見#3、4機組第1遍快沖結束后，機組在同負荷下（忽略風向、風速等因素影響）比#1、2機組背壓低了約2KPa，見表3。

表2 實例1

表3 實例2

表4 實例3

說明：#1機組進行了1次深沖、2次快沖；#2機組進行了2次快沖，深沖7臺風機；#3進行了1次快沖，第2次快沖進行中；#4機組進行了1次深沖、2次快沖。

可見#3機組比其他三臺機組少1次快沖，背壓較其他三臺機組在同負荷下（忽略風向、風速等因素影響）背壓高出了約2KPa，見表4。

說明：#1機組進行了1次深沖、3次快充；#2機組進行了2次快充；#3機組進行了1次深沖、3次快充；#4機組進行了1次深沖、第3次快充進行中。

可見#2機組未進行深度沖洗，背壓較其他三臺機組在同負荷下（忽略風向、風速等因素影響）背壓高出了約3KPa，見表5。

表5 空冷沖洗前后背壓對比

不考慮風速等情況的影響下，空冷島沖洗前后背壓對比降低明顯，可見，散熱片保持清潔對機組降低背壓影響是明顯的，因此每年對空冷到散熱器進行沖洗非常必要。

2 現有沖洗方式的特點

2.1 沖洗工作時間

沖洗裝置小車快速沖洗1臺機組需要6天時間；人工高壓深度沖洗，每臺約3小時，每天約3-4臺次，沖洗完1臺機組需要，14-19天時間。

2.2 沖洗裝置小車的沖洗死區

沖洗噴嘴裝置裝設在專用軌道上，上下均裝設了位置開關，為防止小車上下運行中與導軌發生碰摩，造成小車卡死進而損害噴嘴，因此在導軌上下各預留了約0．22米的距離，來作為小車行走到位后的緩沖，這就造成緩沖區域沖洗不到，沖洗死區占總散熱面積的3．57%。

2.3 兩沖洗方式的效果

小車快沖是由風機外側散熱器管束向風機方向沖洗。該種方式沖洗后要及時處理沖洗掉的污垢，避免污垢干燥后再次被風機卷吸吹入散熱器翅片內。人工深度沖洗是延風機運行風向由內向外沖洗。該種方式沖洗以沖洗人員為支點對散熱器大角度沖洗時，因角度造成沖洗效果下降，同時會把本單元臟污物沖向對側列風機散熱格柵上，造成二次污染。

3 現有沖洗方式弊端

3.1 工作量大

人工持槍對散熱片進行逐一清洗，對于一臺600MW空冷機組，翅片管總散熱面積約為175萬m2，人工作業的工作量很大，時間長，進度慢，沖洗效果層次不齊。

3.2 極易造成散熱片損傷

翅片為鋁合金材質，沖洗時的高壓水流極易對翅片造成損傷。因此，清洗除垢和保護設備成了不可協調的矛盾對立面，讓電廠和清洗公司難以取舍。

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3.3 工作環境惡劣

空冷島的作用決定了空冷島上部溫度較高，一般在60-70℃以上，加上風機的運行，人員很難在空冷島上長時間作業，易發生人身安全事故，導至工作效率低下。

沖洗過程中易造成空冷島下方電氣設備和線路，因沖洗水流發生污閃風險。

4 空冷噴淋裝置性能分析

對直接空冷裝置進行冷卻是降低空冷機組背壓的一種能行之有效的方法，冷卻原理有兩種，一種是蒸發冷卻，原理是將霧化的除鹽水直接噴在換熱器表面，利用水氣化吸熱降低換熱器表面溫度，從而降低凝結水溫度、降低機組背壓；另一種是噴霧冷卻，原理是將霧化的除鹽水噴在冷卻風機的出口或入口，利用水汽化吸熱降低換熱器周圍空氣的溫度，從而降低凝結水溫度、降低機組背壓。兩種冷卻原理最大的區別是除鹽水用量。一般來講噴霧冷卻除鹽水的用量是蒸發冷卻的4倍。二者均對噴嘴的霧化效果、噴嘴的位置選取和運行控制有較高要求。

為了節約用水，該廠一二期空冷凝汽器噴淋降溫系統采用噴霧冷卻和蒸發冷卻相結合的原理，利用專用噴嘴將霧化水流噴入管束下方，從而提高空氣濕度降低空氣溫度，與管束表面翅片進行蒸發熱交換，進而快速降低管束表面溫度。

5 噴淋系統組成

該廠一二期噴淋系統組成：整個系統由多級水泵裝置、管路、噴淋裝置、控制裝置四個部分組成。

5.1 多級水泵裝置

由進水手動閘閥、多級水泵、進出口鋼管等組成。本工程共設1臺多級水泵（多級水泵采用立式水泵），水泵流量為150t/h。如下圖所示：

5.2 管路部分

在多級水泵出口后接直接入空冷凝汽器平臺上A型塔內，在A型塔內部安裝由1路DN65/50/40的不銹鋼分管路，每臺機組共設8組分管路。

5.3 噴淋裝置

在每根不銹鋼分管路上安裝噴淋裝置，1臺空冷風機上安裝8路噴淋分管路，在每路噴淋分管路上安裝4只專用霧化噴嘴。1座A型塔共安裝有56路噴淋分管路和224只專用霧化噴嘴。1臺機組共安裝1792只專用霧化噴嘴。

A型塔內管路及噴嘴布置圖

5.4 控制裝置

#1機組在空冷平臺下方凝補水箱旁設1只程控柜，可實現對多級水泵啟停、水泵出口回水電動調節閥以及流量計、壓力變送器及分管路上電動球閥的開關的控制。

6 噴淋裝置布置方式

布置方式一：在每個風機風筒面積周圍布置8-16個特型噴嘴，分成2-4列，每列各4個噴嘴，增大除鹽水霧化面積。

該布置方式的特點是單只噴嘴流量大，噴嘴布置少，位置布置在空冷風機出口上方，便于檢修維護。

布置方式二：在每個風機A型塔內側換熱面管路上布置16-32個特型噴嘴，通過對噴淋分管路上噴嘴位置的合理布置，在換熱面管束上實現一定的噴淋冷卻面積，從而降低凝結水溫度，提高機組背壓。

該布置方式濕空氣與換熱面充分接觸，減少水霧在鋼梁處凝結，降低滴水量。

7 該電廠一二期空冷島噴淋采用布置方式二

一二期現有噴淋裝置每個冷卻單元布置32只噴霧噴嘴，為縱向布置8支噴淋支管，每支支管上布置4只噴嘴。設計要求，系統投運后水泵出口門全開情況下，泵出口壓力1．5Mpa，泵出口流量130t/h機組背壓基本能降低6-8kpa，見表6。

8 問題及建議

根據2019年四臺機組環境溫度30℃左右，在不同負荷工況下，投入噴淋后背壓降低幅值統計情況，背壓降低最多為5KPa，仍然偏離設計值要求（6-8KPa），噴淋裝置效率下降造成噴淋效果偏離設計值，因素有：

根據就地實際噴嘴布置情況，每臺風機單側約有31．715m2散熱面積噴淋無法覆蓋，噴淋無覆蓋區域占總散熱面積的25%。

解決辦法建議：可以選用流量較小的噴嘴，保證總耗水量不變的情況下，在噴淋母管下部在裝設一組噴嘴，將每臺風機噴嘴增加至40個，來增加霧化面積，使換熱面達到更大的蒸發換熱面積。

噴淋系統最關鍵的部件為霧化噴淋，在流量一定的條件下，霧化壓力越大，霧化顆粒度越小，霧化效果也越好。現用噴嘴存在霧化顆粒直徑大，噴嘴霧化角度小，霧化面積小等問題，見表7。

表6 一二期空冷噴淋運行參數

表7

解決辦法建議：在保證原有系統、噴淋泵型號、出力要求、噴嘴出口壓力等參數不變的情況下，可選用節能高效噴嘴，增加霧化顆粒度，便于清洗和更換，不易堵塞，提高使用壽命長。

現有噴淋裝置維護較少，空冷風中所帶灰塵沙礫、散熱片沖洗臟水，對噴淋噴口都會造成不同程度污染，使噴嘴堵塞、霧化不均勻，甚至無霧化現象。

解決辦法建議：利用機組停運檢修期間、噴淋不投入的季節進行維護保養，保持噴嘴暢通，霧化良好。

9 結語

綜上所述：根據西北地區氣溫情況，滿足空冷防凍要求的前提下，盡早進行空冷沖洗，降低污垢熱阻，同時配合高效的噴淋裝置設置，對機組進入夏季炎熱天氣后降低背壓有顯著效果，提高直接空冷凝汽器的換熱性能，減少機組出力受限時間、降低煤耗，提高凝結水品質及電廠熱經濟性。