直接空冷凝汽器冬季防凍措施分析

畢海濤

（哈爾濱空調(diào)股份有限公司，黑龍江哈爾濱 150000）

1.直接空冷凝汽器凍結(jié)原因及危害

1.1 凍結(jié)原因

以我國西北地區(qū)為例，冬季氣象條件較為惡劣，存在氣溫偏低的特點，空冷器管束在這一地區(qū)易發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象。尤其在低流量工況下，凝汽器內(nèi)部的熱負(fù)荷相對偏低，同時各個蒸汽分配管的凝汽量不足，部分凝汽器還會出現(xiàn)單元熱負(fù)荷突然變小等情況。此時，外界低溫條件下便會出現(xiàn)凝結(jié)水過冷現(xiàn)象。如果空冷器密封效果一般，對應(yīng)冷凝汽將會漏入系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)較為嚴(yán)重的管束凍結(jié)現(xiàn)象。

1.2 凍結(jié)危害

對直接空冷凝汽器而言，凍結(jié)現(xiàn)象主要是指凝結(jié)水在管內(nèi)出現(xiàn)過度冷卻的情況。管束內(nèi)部發(fā)生局部結(jié)冰后，系統(tǒng)便會出現(xiàn)堵塞情況，如果不能及時對其進(jìn)行疏通處理，極易降低凝汽器冷卻效果；凝結(jié)水結(jié)冰后易發(fā)生膨脹現(xiàn)象，嚴(yán)重時便會導(dǎo)致管束變形、破裂，甚至?xí)l(fā)生非計劃停車現(xiàn)象，屬于重大事故問題。

2.直接空冷的防凍措施

2.1 逆流風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)及停運(yùn)

直接空冷凝汽器中，大部分蒸汽是在順流管束中完成凝結(jié)，對應(yīng)汽輪機(jī)背壓需經(jīng)由順流段的蒸汽凝結(jié)完成。運(yùn)行過程中，一旦出現(xiàn)凍結(jié)事故，必須及時進(jìn)行逆流冷卻單元風(fēng)機(jī)的停運(yùn)處理，必要時還可反轉(zhuǎn)。這一操作方法可避免逆流段中下聯(lián)箱的凝結(jié)水出現(xiàn)凍結(jié)問題，還可降低自然通風(fēng)對逆流段的冷卻作用，此外，逆流風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)還可使得整個空冷島上部區(qū)域的熱空氣反向流通，實現(xiàn)逆流管束的加熱，從而起到防凍效果。

2.2 冷卻風(fēng)機(jī)的間隔啟停處理

對汽輪機(jī)機(jī)組而言，小流量、啟停機(jī)期間，空冷器內(nèi)部熱負(fù)荷較小，且每片管束的熱負(fù)荷分布不均勻。如果氣象條件過于復(fù)雜，不均勻程度將會增長。此時，可結(jié)合各部分凝結(jié)水溫度進(jìn)行風(fēng)機(jī)的啟動、停止控制。一般情況下，可將逆流管束相鄰的單元規(guī)劃為一組，單排成兩組，按一定周期進(jìn)行輪換操作，可降低熱負(fù)荷分布不均引發(fā)的凍結(jié)問題。

2.3 維持高負(fù)荷、高背壓的運(yùn)行條件

在外界空氣溫度較低的情況下，對應(yīng)空冷島為了滿足防凍要求，其最小熱量相對越高。在機(jī)組一定負(fù)荷的條件下，運(yùn)行背壓高、排氣溫度高，此時排汽量相對較大，相應(yīng)的換熱負(fù)荷較高，這一情況下有利于實現(xiàn)防凍處理。但是需引起重視的是這一操作會導(dǎo)致機(jī)組經(jīng)濟(jì)性能下降。為了確保整個設(shè)備的安全運(yùn)行效果，相關(guān)人員要及時進(jìn)行背壓這一關(guān)鍵參數(shù)的提升控制。一般空冷島凍結(jié)的原因都可歸結(jié)為熱負(fù)荷偏低，因此，空冷凝汽器防凍的最為直接的方法便包括提高熱負(fù)荷，加大機(jī)組換熱量。在特殊天氣條件下，遇到異常狀況時，必須及時提高機(jī)組的運(yùn)行負(fù)荷。

2.4 防凍自動控制

新時期，控制水平越來越高，空冷系統(tǒng)的防凍保護(hù)控制已經(jīng)成為必要手段。如針對凝結(jié)水進(jìn)行溫度監(jiān)控，當(dāng)外界環(huán)境溫度不同時，冷卻情況會存在較大差異，一旦空冷凝汽器的凝結(jié)水溫度下降到某一設(shè)置限值時，對應(yīng)管束的風(fēng)機(jī)便會停止或減速，當(dāng)凝結(jié)水溫度回升后，風(fēng)機(jī)逐步恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。空冷器逆流管束位置可能會出現(xiàn)薄冰層，此時需進(jìn)行周期性的風(fēng)機(jī)調(diào)速處理，也可進(jìn)行反轉(zhuǎn)處理。務(wù)必保證整個風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速大于順流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。冬季運(yùn)行期間，如果順流風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，逆流風(fēng)機(jī)不可進(jìn)行降速或停運(yùn)處理。一般，大型空冷島都會進(jìn)行冬季保護(hù)模式的設(shè)置，即結(jié)合凝結(jié)水溫度、抽真空溫度、外界環(huán)境溫度等進(jìn)行對應(yīng)模式的調(diào)整。在冬季異常條件下，對應(yīng)控制體系便會發(fā)出警報，操作工人便可結(jié)合警報情況進(jìn)行分析，及時進(jìn)行處理，有效避免了空冷器凍結(jié)等狀況的發(fā)生[1]。

2.5 擋風(fēng)墻

直接空冷凝汽器可在鋼平臺四周進(jìn)行擋風(fēng)墻的設(shè)置。擋風(fēng)墻作用較多，夏季可降低熱風(fēng)循環(huán)發(fā)生幾率，避免環(huán)境大風(fēng)帶來的負(fù)面作用。冬季，擋風(fēng)墻可以降低外界自然風(fēng)對管束的作用效果，避免凝汽器的上下風(fēng)向上出現(xiàn)凝結(jié)水溫差等狀況。可快速降低凝汽器凍結(jié)等事故幾率。空冷器設(shè)計期間，擋風(fēng)墻高度相對固定，一般與蒸汽分配管齊平即可，有時略高于管中心線。

2.6 蒸汽隔離閥

對抽汽供熱機(jī)組而言，冬季可能需要供熱，系統(tǒng)必然存在低負(fù)荷運(yùn)行工況。此時可從設(shè)備結(jié)構(gòu)方面出發(fā)進(jìn)行防凍處理，蒸汽隔離閥便是其中一種，該閥門一般安裝在蒸汽分配管處，屬于開關(guān)控制，可進(jìn)行實際管束散熱面積的調(diào)整，確保汽輪機(jī)排汽量和實際換熱面積盡量匹配，可明顯降低空冷器凍結(jié)事故的發(fā)生幾率。

3.新型防凍方法

當(dāng)前，各大發(fā)電企業(yè)的防凍措施有所不同，但是都離不開運(yùn)行方面的調(diào)整和控制。在當(dāng)?shù)貥O端低溫的情況下，有時無法依靠運(yùn)行調(diào)整、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的措施達(dá)到防凍效果。因此，積極進(jìn)行合理有效防凍方法的分析具有重大意義。空冷凝汽器的防凍方法較多，歸納起來包括兩種：一方面可借助增加熱負(fù)荷來實現(xiàn)；另一方面降低外界冷空氣的流量。考慮到熱負(fù)荷和電網(wǎng)分配能力相關(guān)，無法隨時進(jìn)行調(diào)整，因此，積極進(jìn)行冷空氣流量的降低處理屬于當(dāng)下主要研究方向。在空氣溫度極低的情況下，有時風(fēng)機(jī)全停也無法滿足防凍要求，部分發(fā)電企業(yè)可能采用氈布遮蓋進(jìn)行處理，避免進(jìn)風(fēng)量的作用，但實施起來難度較大。一般情況下，大型直接空冷凝汽器的高度一般都在35m ～40m 左右，借助氈布遮蓋進(jìn)行處理，實施難度大、危險等級高，當(dāng)氣象條件不穩(wěn)定、晝夜溫差大的情況下，還要隨時進(jìn)行收取和再次鋪蓋處理，人力成本耗費(fèi)巨大[2]。

結(jié)合氈布遮蓋法實施的難度和弊端，業(yè)內(nèi)相關(guān)人員研究出了一種自動控制的電動卷閘門裝置，對應(yīng)閘門裝置一般放于空冷器進(jìn)風(fēng)道的下部區(qū)域，從而實現(xiàn)防凍目標(biāo)。借助電機(jī)控制卷閘門可完成風(fēng)道關(guān)閉。這一裝置具有操作控制方便、運(yùn)行安全可靠的優(yōu)勢，還可避免氈布覆蓋環(huán)節(jié)中出現(xiàn)費(fèi)時費(fèi)力等情況。該裝置包括閘門軌道、電動機(jī)構(gòu)、驅(qū)動裝置等幾大部分，可以保證風(fēng)筒下部區(qū)域完成全覆蓋。極端低溫的條件下，可借助多種手段進(jìn)行調(diào)整與控制，如果凝結(jié)水溫度仍然很低，對應(yīng)設(shè)備仍然存在凍結(jié)風(fēng)險，此時可關(guān)閉閘門，避免管束表面發(fā)生冷空氣流動等狀況，從而實現(xiàn)降低汽輪機(jī)排汽與外界機(jī)組的熱量交換。

電動卷閘門可以是就地控制，也可將控制信號接入集控室完成遠(yuǎn)傳控制。在外界條件允許的情況下，空冷凝汽器的防凍保護(hù)邏輯便可融入閘門自動開關(guān)的控制，保證閘門隨外界環(huán)境溫度、排汽量等進(jìn)行自動控制。借助卷閘門進(jìn)行空冷器的防凍保護(hù)處理得到了良好的應(yīng)用效果。但是背壓過大、凝結(jié)水溫度過高的情況下，為避免卷閘門的關(guān)閉，這一要求必須引起重視。

4.效果分析

（1）電動卷閘門裝置在進(jìn)行防凍保護(hù)器件，其防凍原理是借助隔離空冷島的進(jìn)風(fēng)通道，避免冷卻風(fēng)的流入，使得管束外表面空氣流動效果下降，實現(xiàn)換熱量的減小處理，有效避免了凝結(jié)器發(fā)生凍結(jié)的幾率。北方低溫條件下，借助電動卷閘門，可合理減弱凝汽器管束的汽水與外界空氣的換熱，有效避免了管內(nèi)結(jié)冰等事故的發(fā)生幾率。（2）電動卷閘門與傳統(tǒng)防凍方法相比，具有方便可靠、不影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的效果。傳統(tǒng)防凍措施中，風(fēng)機(jī)啟停僅可達(dá)到局部防凍的目標(biāo)；隔離閥存在漏汽風(fēng)險；提高背壓會降低機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，而防凍卷閘門可合理規(guī)避上述弊端。（3）從理論上講，電動卷閘門與氈布遮蓋是相同的防凍機(jī)理，都是從進(jìn)風(fēng)道位置出發(fā)進(jìn)行了防控處理。但是后者具有工作量大、安全效果差，惡劣天氣下需要耗費(fèi)大量的人力、物力，且存在明顯的滯后性，弊端較多。借助電動卷閘門進(jìn)行防凍處理，明顯提高了整個空冷凝汽器的防凍效果，且操作便捷、運(yùn)行安全可靠，借助遠(yuǎn)程控制便可完成開關(guān)控制管理，更滿足自動化控制要求。（4）電動卷閘門的控制邏輯可與空冷島的防凍保護(hù)邏輯相互連接，能明顯提升自動控制效果，確保整個空冷島的防凍功能更加完善。

5.結(jié)語

直接從空冷凝汽器的特點出發(fā)，冬季低溫條件下，及時使用防凍性能優(yōu)良的單排管，尤其是在國內(nèi)西北、北方等地區(qū)，必須考慮當(dāng)?shù)囟練庀髼l件，采取合理有效的防凍措施，必要時要作出對應(yīng)的專題報告。