直接空冷系統運行問題分析及應對措施

喬書友

北京北控雁棲再生能源科技有限公司 北京 101400

直接空冷系統是指汽輪機排汽在空冷凝汽器中被空氣冷卻而凝結成水，在直接空冷系統的整個換熱過程中，外側流過的是冷空氣，蒸汽被冷卻凝結成水，在我國水資源緊缺的北部區域有著十分重要的作用和意義。其在實際應用中會將空氣中的水汽匯集到排氣裝置，經凝泵、給水泵等升壓后送回鍋爐，但在實際運轉階段，難免會出現一些列問題，如不對存在的問題采取應對措施進行處理，勢必會影響直接空冷設備運轉的安全性和穩定性，因此需要對難題實施解讀，提高系統運行時的效率。

1 直接空冷系統應用的意義

直接空冷系統是適應時代發展的重要組成部分，需要以節能減排和現代化技術為核心，現如今現代化直接空冷系統已經成了我國電廠綠色發展中必不可少的一份重要力量[1]。

圖1 電廠鍋爐車間

但是由于我國直接空冷系統起步較晚，一些專業技術還不夠成熟，所以導致實際運行中仍然存在一定的問題，且問題的發生相對于發達國家較為嚴重。除此之外，從能源的開發與利用的情況來看，日常供電所需的能源表面是取之不盡、用之不竭的，但從實質上看可以發現，現如今能源衰竭的問題正日益加重，國家以及社會各部門對節能設計的重視程度也在日益增加。直接空冷系統是以環保節能為原則，其能夠在水資源緊缺的地區提高電廠運行效率，是當前我國綠色可持續發展轉型的升級需要，也是當前時代的發展需求，對于實現行業創新發展具有重大意義[2]。

2 直接空冷系統技術

直接空冷系統研究的范圍包括機械工程、水轉化動力等，現如今已經在液體器械和自動控制方面都取得了重要的突破與發展。

2.1 鍋爐及其應用

直接空冷系統可以將水資源高效轉化，如在鍋爐中應用該技術，可以通實現高效能量的轉化。我國古代便有了對空冷的記載，其能夠通過水制定冷氣，當前人們對鍋爐的運作以及能量控制水平逐漸提高，使得直接空冷系統可以被有效應用，如燃燒部分和熱能傳遞部分，通過直接空冷系統可以提升水資源的轉換效率，透過特殊的設備將排出的熱氣冷卻成凝結水，多次循環使用的空氣為冷卻媒介，在此過程中可以為鍋爐配置計算機設備，感應裝置等，以此實現自動化控制，發揮該技術在電廠鍋爐應用中的效果[3]。

2.2 直接空冷系統的運用

電廠在實際運行過程中，需要通過燃燒燃料產生熱量，熱能通過固定裝置會轉化為機械能，現如今已通過直接空冷系統實現了自動化冷卻控制。發電中的溫度控制系統中包括燃燒控制器、比例閥、PLC溫度控制系統，實際應用中需要對現場電信號與爐內溫度進行對比，通過運用數學的計算方式，提高了水冷卻轉換的效率和控制的效率。轉化連接系統通過對溫度的測量，實現對電廠發電溫度的控制，汽機排泄的飽和蒸汽通過排氣管道安放在房屋外的空氣凝汽器內，但會出現一定的偏差，因此必須應用直接空冷系統，進而完成二次使用，以此克服傳統冷卻系統中的問題，減少了發電對環境的污染，在綠色可持發展中有著重要的推廣意義。

3 直接空冷系統運行問題分析

3.1 真空滲漏問題

直接空冷系統散熱設備通常使用管狀構造，管子數目龐大并且自帶散熱翅片，且直接空冷系統的排氣管內徑偏大，所以焊裝位置面積偏大、焊縫過長、密閉情況不良，特別是在拐彎位置，極易導致真空滲漏；空冷島占地規模大，構造繁雜，裝設階段無法全部密閉，翅片與管子相連的位置極易出現滲漏的情況。除此之外，由于翅片極為單薄，如不對此進行處理將會出現連接滲漏問題，最終使得管道變形。

3.2 管束積塵問題

因為空冷機組是裸露于戶外的，這讓空冷機組任意方位均與外部環境對接，且由于我國的北部區域運用該技術的次數較多，地區特點為沙暴天氣較多、空氣污染嚴重，最主要的問題則是水資源緊缺。因此，對于管束積塵問題需要著重關注，如不注意將會導致空氣內大批的粉塵與外部環境的聯系被中斷，且在管束位置如出現了積塵問題，會由于遺留散熱翅片而不能和冷空氣完成熱互換，最終使得空冷機組運轉不流暢，出現系統性問題。

3.3 凝結水管道振動

尾部排汽由順流散熱器管束上部進入，未凝結部分與進入管道中的不凝結氣體一起進入逆流散熱器管束中，再通過各列凝結水聯箱下端接出凝結水管道，最終匯入排汽裝置下的凝結水箱，使得凝結水管道振動在電廠運行中普遍存在。該問題在直接空冷系統中普遍存在，如系統實際運行凝水流速為0.6m/s-0.7m/s之間，如發生了該問題及其容易造成在管道中凝結水流速過大，可使得流速超過1m/s以上，且可能凝水在管道轉彎區堆積一部分不凝結氣體，形成汽液共存狀態，延長震動時間。

3.4 空冷散熱能力不足

我國的直接空冷系統多應用于水資源匱乏的特殊區域，且由于區域情況較為特殊，極其容易出現系統損壞的問題。就目前情況來看，大多數空冷系統燃煤機組運行多年后，風機組回出現空冷散熱能不足的問題進風便會受到嚴重影響，使得空冷系統性能無法達到實際需求。如直接風冷系統在我國北部地區，會由于夏季高溫炎熱而影響實際運行，如地區的大風天氣較多，遇到此類天機將導致進風量急劇下降和機組的熱經濟性下降。同時，由于空氣質量原因，可能會出現散熱能力不足的問題，易造成空冷系統換熱性能下降，導致汽輪機排汽壓力升高，使得系統運行無法滿足實際需求。

4 直接空冷系統運行問題的解決措施

4.1 預防真空滲漏的策略

在直接空冷系統的整個換熱過程中，外側流過的是冷空氣，蒸汽被冷卻凝結成水，在我國水資源緊缺的北部區域有著十分重要的作用和意義。因此，實際應用中需要預防真空滲漏，第一步應使用前衛的焊裝科技，解決焊裝導致的密閉情況不佳的難題，要設計管子與翅片融合的散熱設備，第二部應嚴格依照圖紙完成，研發出能夠檢驗大規模真空滲漏的辦法，規避在運送途中或裝設階段損毀，方便檢查出故障并予以化解。

4.2 管束積塵的應對方法

管束積塵作為常見問題，需要對此加大關注力度，直接空冷系統管束積塵問題的處理方法具體如下。

合理設計散熱設備，讓其既能夠確保與外部環境充分接觸。

散熱設備的形態與散熱翅片的構造與大小需要進行合理設計，以免加快管束積塵的速度，防止問題的出現。

依照空氣質量狀況，編排清灰時間，并在此基礎上改良清灰設備，例如運用高壓水力清灰的模式。

讓散熱設備上的灰塵無法左右散熱功效，最大程度地節省清灰使用水。

4.3 凝結水管道振動的解決措施

為了削弱凝結水管道振動帶來的危害，需調整共振頻率，減弱振動，并在此基礎上對凝結水管自身的振動頻率進行分析，了解引起管道振動的原因，結合當前實際情況分析發生的位置，排除管系統設計問題、管道管徑設計問題、管道流向問題及外力附加，以此確定最終的問題原因及解決措施，提高解決問題的效率。如出現了風、地震、雪荷載等影響情況，可以結合上述問題情況，將凝結水管道設計為彎形下降，實現有效的電廠系統改造，并根據問題的情況增大凝結水管道的直徑，如為設計問題，則可以根據要求增加節流孔板，減小對凝結水管段的局部產生沖撞，避免直接空冷系統出現振動問題。

4.4 增加空冷散熱能力

針對直接空冷系統散熱能力不足的問題，增加尖峰冷卻設備最為有效，其可以提高系統整體的散熱系數。例如，可增加蒸發式冷卻器輔助噴水冷卻，減少進入已有空冷凝汽器的排汽量，分擔一部分已有空冷機組的冷卻負擔，最終根據降低機組背壓值確定，抽真空管線匯入已有空冷系統抽真空系統中。在夏季高溫段（6-8月）機組運行時，分擔已有直接空冷散熱器的冷卻面積，機組負荷均能滿足。同時，可通過增加空冷散熱器單元來解決問題，以此增加部分數量的空冷散熱器列數，減少進入已有空冷凝汽器的排汽量，最終形成汽輪機排汽壓力下降，從而滿足直接空冷系統穩定運行的需求。

5 結語

直接空冷系統在運轉階段會產生真空滲漏、積塵等情況，可以通過優化規劃、改善工藝解決問題，且在此過程中必須針對不同的問題采取針對性策略，以此讓空冷機組能夠穩定、優質地工作，并在此基礎上通過規劃部署，減少空冷島間的互相作用，使系統能夠正常平穩運行。在實際執行中需要分析研究問題，并針對問題提出具體的解決策略，使建設符合當前時代的發展需求，保證直接空冷機組的正常運行，為發展創造有利條件。