火電廠直接空冷系統優化應用

折子平

摘要：空冷技術是解決富煤缺水地區火力發電的重要選擇。目前，國內采用直接空冷技術的機組越來越多。但在運行過程中也存在著冬季防凍、熱風再循環、散熱器臟污等諸多影響機組安全穩定的問題，這些問題制約了直接空冷機組安全性能和節能水平的進一步提升。因此，對不同季節運行方面的問題進行探索性研究和改進，必將提高機組的安全穩定運行水平。

關鍵詞：火電廠;直接空冷;防凍;優化措施

一、火電廠空冷系統的型式及特點

1.1直接空冷系統

直接空冷系統主要由鋼制空冷凝汽器、汽輪機排汽裝置、大直徑鋼制排氣管道、凝結水系統、抽真空系統、清洗設備等幾部分組成。一般情況下，空冷凝器安裝在汽機房的高架空冷臺上面。直接空冷系統的工藝流程為：汽輪機將乏汽排出后，會通過汽輪機排汽裝置和大直徑排汽管道從汽機房排出來，并垂直上升到一定高度，然后通過排汽支管進入空冷凝汽器的蒸汽聯箱中，最后蒸汽會通過空冷凝汽器蒸汽聯箱進入空冷凝汽器中，和空氣進行表面換熱，從而達到冷凝的目的。在冷凝過程中，冷凝水會通過凝結水管流至汽輪機排汽裝置中，然后利用凝結水泵將冷凝水提升到凝結水系統中，實現冷凝水的循環利用。用水量可以降低80%左右。

1.2混合式凝汽器間接空冷系統

混合式凝汽器間接空冷系統主要由混合式凝汽器、自然通風冷卻塔、全鋁制福哥型冷卻三角散熱器、充水泵組、循環水泵組、儲水箱、穩壓泵組、預熱/尖峰冷卻器、水輪發電機組、散熱器清洗系統等幾部分組成。混合式凝汽器間接空冷系統的工藝流程為：混合式凝汽器將冷卻水噴射成水膜，汽輪機的排汽接觸到冷卻水膜后，直接凝結，凝結水和高溫冷卻水混合后，匯集在凝汽器底部的熱井中，其中有98%的混合水經過循環水泵提升到自然空冷冷卻塔中，通過散熱器和空氣進行對流換熱冷卻，冷卻后的水經過水輪發電機組回到混合水凝汽器中，從而形成一個閉合循環系統}剩余的2%混合水會通過凝結水泵進入精處理裝置進行處理，然后送回汽輪機回熱系統中。

1.3兩種空冷系統的比較

直接空冷系統的主要優點有：冷卻效率高、占地面積小、初期投資少、系統簡單、調節靈活、空冷凝汽器建設周期短等，在直接空冷系統中，汽輪機排汽能直接利用空氣進行冷卻，不需要利用循環冷卻水進行冷卻，極大的提高了冷卻效率，同時直接空冷系統的凝汽器和散熱器能合二為一，布置在汽機房外高架的空冷凝汽器平臺上，空冷凝汽器下面可以設置出線架構、變壓器等設施，有效地減少了占地面積。直接空冷系統的不足之處有：環境影響比較大，風向對空冷機組的設置方位有很大的影響，同時直接空冷系統的運行費用比較高，檢修維護工作量大，并且在運行過程中產生的噪聲比較大，容易引起噪聲污染嘲。

表面式凝汽器間接空冷系統的主要優點有：運行背壓比較低，煤耗量比較少，同時循環冷卻水和凝結水是兩個獨立的系統，水質可以按照相應的水質標準進行處理，從而提高了水質處理的靈活性，表面式凝汽器間接空冷系統是一個封閉的系統，在運行過程中，循環水泵揚程比較低，能降低能耗，并且自然風對系統的影響比較小，在設置機組主廠房時，不需要考慮風向因素。表面式凝汽器空冷系統的不足之處有：冬季運行過程中防凍性能比較差，空冷塔占地面積比較大，建設周期比較長，并且塔內閥門比較多，操作比較復雜。

二、空冷系統冬季運行采取的措施

2.1冬季機組啟動采取的措施

（1） 啟動前，關閉所有進入排汽裝置的疏水、空冷各進汽蝶閥關閉并進行復緊;不宜過早投入軸封系統，一般控制在風煙系統啟動后，開始投軸封、抽真空。

（2） 主汽見壓后，逐漸開啟高旁調節門，但開度不宜過大，一般控制在2～5%（以高旁后溫度緩慢升高為準），對高、低壓旁路進行暖管。旁路系統暖管充分后，逐漸開啟高、低壓旁路，在最短時間內滿足空冷最小防凍流量要求，同時開啟主、再熱系統所有疏水，關閉對外啟動排汽。

（3） 當進汽列風機頻率達到20Hz以后方可下一列進汽，進汽同時鍋爐加強燃燒，增大進汽量，以盡快達到空冷最小防凍流量。

（4） 發現進汽蝶閥不嚴，要盡快將該列投入運行，防止進汽造成翅片被凍結，影響該列的投入。

（5） 根據蒸汽量增加進汽列，以滿足機組所需。

2.2冬季機組停機采取的措施

（1） 停機階段，隨著負荷的下降，空冷單元可以逐漸退出運行，逐漸退出空冷，關閉進汽蝶閥，并進行手動復緊

（2） 機組打閘后，磨煤機吹掃階段，若高、低旁在開啟位置，立即將其關閉。嚴密監視本體各參數，尤其防止因高旁減溫水門不嚴，造成減溫水進入汽缸。

（3） 汽輪機轉速達到規定轉速以下，破壞真空，真空到零停軸封供汽。

（4） 停機后，關閉空冷抽真空電動門，凝結水電動門不得關閉，防止空冷凝結水電動門關閉后，內部凝水無法疏出而發生凍結。

2.3冬季機組正常運行采取的措施

（1）隨著環境溫度的降低，空冷風機可以部分停運，采用單元加封堵形式防止部分翅片過冷。

（2）當封堵無法滿足空冷最小封堵流量時，采取列隔離方式滿足最小防凍流量，同時拆除單元封堵。但是要加強監測測溫，防止可能存在進汽蝶閥不嚴，造成列凍結。

（3）在冬季保證兩臺真空泵運行，能夠有效的將逆流區的不凝結氣體、乏汽抽出，保證逆流區不發生堵塞而影響順流區的正常蒸汽流通，這在防凍階段顯得尤為重要。

（4）冬季保證空冷采用多風機、低頻運行，避免出現風機高頻率運行;保證空冷各單元之間隔離嚴密，單元門做到隨手關閉，單元之間封堵嚴密無串風。

（5）定期進行真空嚴密性試驗，試驗不合格及時對空冷進行查漏、堵漏。確保空冷嚴密性合格，目前國內基本控制<100pa/min為合格值。

（6）參數控制要求：

監視凝結水過冷度<6℃，各列凝結水溫度>30℃，各列的抽真空溫度>20℃。

空冷各列兩側凝結水溫差<4℃，若發現溫差有變大趨勢，說明該列一側底部有凍結現場，應通過調整單元風機頻率等方式縮小偏差。

2.4冬季機組運行采取的防凍措施

（1） 當環境溫度低于某一結霜點時，在逆流管束上會發生結霜現象，這是由于該處有不凝結氣體的過冷現象發生。如果這種狀況持續一段時間，比如24小時內溫度始終低于冰點，就有可能逐漸堵塞逆流管束下端，妨礙不凝結氣體的抽出，進而造成更大面積的凍結。所以作為一種保護措施，逆流管束的風機要在一定的運行時間內間隔停運一段時間，以便逆流區管束回暖。當達不到要求時采用逆流風機反轉措施對凍結單元進行回暖加熱。并且監測空冷系統凝結水溫度和抽氣溫度。這也是火電廠空冷系統最常用而且最有效的防凍措施。

（2）提高機組負荷增加空冷凝汽器進汽量并采取多風機低頻率運行，盡量每排的轉速相同，保證各排進氣量均勻。這樣整個空氣場周圍的壓力區域可以保證穩定狀態。

（3）根據機組運行情況適當提高運行機組背壓，保持合適的真空值，保證抽氣溫度正常。

（4）對凍結單元風筒入口進行封堵、散熱器外表面進行覆蓋。

（5）冬季保持兩臺真空泵運行，提高抽真空能力防止。

（5）當系統回暖等措施達不到要求時可采用外部熱源對凍結管束進行加熱。

三、空冷系統夏季運行采取的措施

夏季環境溫度高，不涉及凍結問題。但是由于空冷系統的工作效果主要取決于環境溫度。因此過高的環境溫度也會導致機組真空過低，影響機組接帶負荷，降低機組效率，嚴重的會影響機組的安全運行。所以夏季也要采用想要的措施來維持空冷系統的正常運行。

3.1避免熱風再循環采取的措施

（1）為防止自然橫向風對空冷裝置換熱效果的影響，在直接空冷平臺周圍會設置擋風墻，以減少環境條件對風機工作效果的影響。擋風墻高度從直接空冷平臺起，根據空冷平臺高度設計擋風墻高度。高度過度則起不到防干擾作用，過高則會造成散熱和對流效果惡化。

（2）在不同的直接空冷散熱單元之間設置了分隔墻。

（3）控制風機轉速時盡量小幅調整（<2Hz/次），全部風機統一控制，均勻調整，盡量避免引起直接空冷平臺下方空氣動力場擾動。

3.2針對空冷散熱器臟污采取的措施

（1）每年春末夏初采用除鹽水徹底沖洗一次散熱器，沖洗時將噴頭與散熱器距離適當減小，或者采用高壓水槍噴頭，有利于沖洗干凈效果非常明顯，但要注意壓力不宜過高，否則會損壞散熱器表面。在運行中經常檢查散熱器臟污情況，必要時就進行沖洗，保證表面清潔。根據季節變換，多風、多絮狀物的月份時，加大沖洗頻率，及時將附著物沖洗掉，防止附著物板結或深入翅片縫隙。

（2）經常清理空冷島下部及周邊絮狀物，防止被空冷風機抽吸到空冷島散熱面，減少臟污物吸附。根據凝汽器真空和積灰情況，不定期沖洗空冷凝汽器外表面，保持空冷凝汽器良好的散熱性能。

（3）采取噴淋的方法。白天高負荷時段采取噴淋方式，晚高峰過后進行散熱器不間斷沖洗。

（4）背壓高于25kPa時可以選擇超頻運行，嚴密監視直接空冷風機電流、電機線圈溫度、變頻器溫度不超過額定值。

四、結語

空冷系統在火電廠中的應用非常廣泛，尤其是缺水地區，能有效的節約用水量。我們要努力提高空冷系統的理論水平，同行業多交流，多借鑒同類機組的運行經驗。在運行實踐中不斷優化空冷系統的運行方式。提高啟其使用效率，降低企業生產成本，節約用水，保護社會生態環境。

參考文獻：

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[3]李慧君，劉學敏.基于環境風影響的空冷機組排汽壓力優化研究[J].汽輪機技術，2014（1）：39-42.

（作者單位：國家能源集團店塔發電公司）