直接空冷系統(tǒng)防寒防凍原理及措施

張超（神華國(guó)能哈密電廠，新疆哈密 839000）

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直接空冷系統(tǒng)防寒防凍原理及措施

張超
（神華國(guó)能哈密電廠，新疆哈密 839000）

【摘要】新疆哈密地區(qū)地處我國(guó)西北部絲綢之路上，跟大多數(shù)北方地區(qū)一樣為富煤缺水地區(qū)，發(fā)展直接空冷技術(shù)是解決哈密地區(qū)火電發(fā)展的關(guān)鍵。但由于直接空冷系統(tǒng)受環(huán)境低溫因素影響較大，在提高機(jī)組效率的同時(shí)空冷翅片很容易出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象，面臨的防凍問(wèn)題就顯得更加突出。

【關(guān)鍵詞】火力發(fā)電廠 直接空冷系統(tǒng) 防寒防凍措施

1 引言

神華國(guó)能哈密電廠4*660MW直接空冷系統(tǒng)（ACC）通過(guò)向大氣釋放熱量對(duì)汽機(jī)排汽進(jìn)行冷凝，我廠直接空冷系統(tǒng)每臺(tái)機(jī)組由8列8排共64個(gè)空冷單元組成，每列由3個(gè)逆流單元與5個(gè)順流單元組成。大多數(shù)蒸汽在順流單元凝結(jié)，少部分蒸汽在逆流單元中凝結(jié)，凝結(jié)水向下流入聯(lián)箱匯集進(jìn)入排氣裝置繼續(xù)進(jìn)行汽水循環(huán)，不凝結(jié)氣體在逆流單元頂部匯集，由水環(huán)式真空泵抽出。本文以神華國(guó)能哈密電廠4*660MW直接空冷系統(tǒng)運(yùn)行工況為背景，闡述了我廠對(duì)于直接空冷系統(tǒng)防凍的原理理解與執(zhí)行措施。

2 空冷系統(tǒng)冬季防凍保護(hù)措施與注意事項(xiàng)

2.1 造成空冷系統(tǒng)結(jié)凍的主要原因有以下幾點(diǎn)

（1）不凝結(jié)氣體大量泄漏；

（2）抽氣能力下降；

（3）換熱不均；

（4）蒸汽隔離閥內(nèi)漏。少量蒸汽進(jìn)入管束，旁路閥伴熱不投，旁路閥不開(kāi)；

（5）換熱能力大于熱負(fù)荷；

（6）誤操作。如：風(fēng)機(jī)自動(dòng)投入選擇不當(dāng)；長(zhǎng)時(shí)間反轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)逆流風(fēng)機(jī)；啟動(dòng)蒸汽流量過(guò)小等。

2.2 其中最重要的是不凝結(jié)氣體導(dǎo)致的凍管，大部分凍管源于冷區(qū)，而冷區(qū)源于直接空冷系統(tǒng)中的空氣聚集

如果蒸汽中含有空氣就會(huì)在管束中形成冷區(qū)如圖1所示。在冷區(qū)里，蒸汽的含量很少，凝結(jié)放熱很小，而空氣本身因?yàn)楸葻嵝?，很容易被冷卻到環(huán)境溫度。當(dāng)凝結(jié)水流經(jīng)冷區(qū)的時(shí)候就會(huì)被冷卻，如果在冷區(qū)內(nèi)被冷卻到冰點(diǎn)，就會(huì)結(jié)冰。所以所有可能導(dǎo)致空氣聚集的因素都會(huì)增加凍管的風(fēng)險(xiǎn)。

以神華國(guó)能哈密電廠1號(hào)機(jī)組為例，蒸汽在ACC中的流動(dòng)如圖2所示。但是如果停掉C5風(fēng)機(jī)，C6風(fēng)機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行，則C6區(qū)形成了一個(gè)強(qiáng)冷區(qū)而C5則形同蒸汽分配管，從而有可能造成C6管束兩端進(jìn)汽，在C6管束中會(huì)形成蒸汽冷凝成凝結(jié)水，凝結(jié)水在冷區(qū)內(nèi)進(jìn)一步被冷卻至冰點(diǎn)下，造成C6管束凍結(jié)，所以大多數(shù)電廠最早凍結(jié)的為順流單元，故我廠制定冬季直接空冷系統(tǒng)就地巡視檢查的重點(diǎn)設(shè)定為順流區(qū)底部，發(fā)現(xiàn)冷區(qū)及時(shí)進(jìn)行各排風(fēng)機(jī)頻率調(diào)整及翅片管束鋪蓋。

3 如何通過(guò)運(yùn)行手段防止冷區(qū)出現(xiàn)

3.1 冬季運(yùn)行中直接空冷系統(tǒng)盡量投自動(dòng)

神華國(guó)能哈密電廠冬季自動(dòng)模式中設(shè)置有凝結(jié)水過(guò)冷保護(hù)，逆流風(fēng)機(jī)回暖保護(hù)，抽氣過(guò)冷保護(hù)等能夠跟據(jù)情況實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投切，避免人為疏忽照成不必要的損失，我廠4號(hào)機(jī)組還設(shè)置有循環(huán)回暖程控，其目的為當(dāng)機(jī)組出于低背壓工況下，由于冬季環(huán)境溫度過(guò)低，容易造成順流單元冷區(qū)長(zhǎng)時(shí)間固定在某一地點(diǎn)造成翅片凍結(jié)，采用循環(huán)回暖程控可實(shí)現(xiàn)機(jī)組冬季各投入列連續(xù)回暖，使得冷區(qū)不能長(zhǎng)時(shí)間固定在某一地點(diǎn)，不容易形成凍結(jié)。但循環(huán)回暖程控在大風(fēng)天氣下容易造成逆流風(fēng)機(jī)停下起不來(lái)的現(xiàn)象（保護(hù)動(dòng)作為過(guò)流過(guò)力矩），故大風(fēng)天氣下我廠不投入逆流回暖程控。

3.2 風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)保持一致

特別是同一列內(nèi)的各風(fēng)機(jī)應(yīng)盡量保持轉(zhuǎn)速一致，尤其是順流風(fēng)機(jī)，防止形成局部過(guò)冷，或出現(xiàn)冷區(qū)的現(xiàn)象。

3.3 注意逆流管束區(qū)的運(yùn)行方式

（1） 保持逆流管束強(qiáng)有力的換熱效果有利于將汽/氣混合物從順流管束“抽”向逆流管束，從而防止順流管束兩端進(jìn)汽，以避免順流管束出現(xiàn)冷區(qū)。我廠冬季運(yùn)行機(jī)組要求各列逆流風(fēng)機(jī)頻率可微大于順流風(fēng)機(jī)頻率2～3Kpa，是由于逆流風(fēng)機(jī)不易凍結(jié)，可使逆流單元“抽”力更大，把順流單元底部的冷區(qū)抽至逆流單元，至使順流單元不易凍結(jié)。

（2）應(yīng)避免長(zhǎng)時(shí)間反轉(zhuǎn)逆流風(fēng)機(jī)、停運(yùn)逆流風(fēng)機(jī)或讓逆流風(fēng)機(jī)以低于順流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速運(yùn)行。否則順流風(fēng)機(jī)會(huì)被迫提高轉(zhuǎn)速以維持背壓，從而決大部分蒸汽在順流管束內(nèi)完全冷卻而導(dǎo)致空氣聚集。

（3）逆流風(fēng)機(jī)的回暖的目的不是為了防止逆流管束凍，而是為了防止抽氣口的堵塞，所以逆流回暖的時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。我廠設(shè)定的逆流回暖時(shí)間為5分鐘，一列空冷單元的逆流回暖時(shí)間為8分鐘。

3.4 抽汽系統(tǒng)的運(yùn)行

抽氣系統(tǒng)的運(yùn)行對(duì)于ACC來(lái)講非常重要。當(dāng)抽氣溫度下降過(guò)冷時(shí)應(yīng)該立刻起備用的真空泵。降低逆流風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速或停止逆流風(fēng)機(jī)、反轉(zhuǎn)逆流風(fēng)機(jī)是可以提高抽氣溫度，但這樣的操作會(huì)導(dǎo)致空氣聚集在順流管束中而導(dǎo)致在“高”抽氣溫度下仍然產(chǎn)生凍結(jié)。關(guān)鍵點(diǎn)在于時(shí)間的控制與過(guò)冷度的把握。

3.5 過(guò)冬前必須進(jìn)行一次沖洗

這樣對(duì)有利于各換熱面的換熱效果均勻，減少由于換熱不均出現(xiàn)的冷區(qū)。

保證系統(tǒng)嚴(yán)密性。真空嚴(yán)密性試驗(yàn)要經(jīng)常做，盡量控制100pa/ min 以下。如果漏氣量較大，機(jī)組冬季運(yùn)行至少2臺(tái)真空泵維持真空。

4 出現(xiàn)冷區(qū)如何處理

如果系統(tǒng)完全沒(méi)有不凝結(jié)氣體，正常運(yùn)行時(shí)就不會(huì)有凍的問(wèn)題。然而，實(shí)際上系統(tǒng)中總是有不凝結(jié)氣體的存在，因此，在冬季運(yùn)行的ACC總是或多或少的存在冷區(qū)現(xiàn)象。

（1）若巡視中發(fā)現(xiàn)逆流管束過(guò)冷，可以按以下步驟進(jìn)行調(diào)整：1）開(kāi)啟備用真空泵。2）適當(dāng)降低該列順流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

（2）若巡視中發(fā)現(xiàn)順流管束過(guò)冷，可以按以下步驟進(jìn)行調(diào)整：1）開(kāi)啟備用真空泵。2）適當(dāng)降低該列順流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。3）在抽空氣溫度不過(guò)冷前提下，適當(dāng)提高逆流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

（3）對(duì)冬季空冷系統(tǒng)調(diào)節(jié)參數(shù)要求：1）凝結(jié)水溫度過(guò)冷度控制在5℃以內(nèi)。2）抽空氣溫度過(guò)冷度控制在10℃以內(nèi)。3）冬季寒冷氣候下為空冷防凍可提高背壓至15KPA以上，但注意凝結(jié)水溫度不高于60℃，防止化學(xué)精處理裝置退出運(yùn)行。

系統(tǒng)中有冷區(qū)并不一定意味著凍實(shí)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在一個(gè)嚴(yán)密性好的系統(tǒng)里，冷區(qū)的數(shù)量少且小，而且隨著工況的變動(dòng)（如風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變動(dòng)，風(fēng)向的變動(dòng)等）冷區(qū)在“移動(dòng)”。在這種情況下管束不會(huì)凍裂。但是如果漏氣量很大或抽氣系統(tǒng)功能失效則會(huì)使較多的冷區(qū)出現(xiàn)，而且冷區(qū)的面積也會(huì)加大，冷空氣無(wú)法排除而導(dǎo)致冰結(jié)實(shí)。而要發(fā)展到管束凍裂，則需要形成相當(dāng)長(zhǎng)度的冰柱。

逆流管束通常不會(huì)凍裂。管束上半部是抽汽口，空氣的成分大，雖然溫度低，但是不易凍實(shí)。凝結(jié)水不斷從冷區(qū)流向熱區(qū)，凍結(jié)的可能性也不大。也就是說(shuō)在逆流區(qū)結(jié)冰不容易發(fā)展到凍實(shí)的程度。

5 換熱能力大于熱負(fù)荷

當(dāng)環(huán)境溫度降到0℃以下時(shí)，如果進(jìn)入ACC的蒸汽流量很小，即使風(fēng)機(jī)不運(yùn)行，ACC也有可能因?yàn)樽匀粨Q熱而結(jié)凍，特別是在啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)的冷態(tài)啟動(dòng)工況。要滿足防凍要求必須保證ACC有一定的進(jìn)汽量且達(dá)到該進(jìn)汽量的時(shí)間應(yīng)盡可能短，且在連續(xù)運(yùn)行的過(guò)程中也不能低于這個(gè)流量。我廠由于地處哈密戈壁地區(qū)夏季最高溫度達(dá)48℃，故為保夏季最小背壓，單臺(tái)機(jī)組空冷凝汽器總散熱面積設(shè)計(jì)為2022206㎡，這就增大了冬季防凍難度，要求最低環(huán)境溫度-28℃啟機(jī)時(shí)，2小時(shí)內(nèi)進(jìn)入空冷島的最小防凍流量飽和態(tài)為168.2t/h，這就要求冬季空冷島進(jìn)汽后鍋爐更快的升溫升壓，以滿足空冷島最小防凍流量要求。

6 啟動(dòng)過(guò)程中的誤操作

將ACC開(kāi)始建立真空到第一臺(tái)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)的過(guò)程稱為ACC的啟動(dòng)階段。ACC的啟動(dòng)過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)蒸汽置換空氣的過(guò)程，該過(guò)程分為兩步：第一步是通過(guò)真空泵建立真空，第二步是在蒸汽驅(qū)趕和真空泵的共同作用下完成蒸汽置換空氣的過(guò)程。

在這個(gè)過(guò)程中要注意幾點(diǎn)：（1）充分建立真空非常重要。建議將背壓抽至15KPa。空冷機(jī)組比水冷機(jī)組的真空容積大很多，如果真空建立不充分將導(dǎo)致ACC進(jìn)汽后壓力迅速升高，如果太高， 則可能導(dǎo)致防爆膜破裂。而且這種壓力升高不可以通過(guò)起風(fēng)機(jī)來(lái)解決，因?yàn)榭諝獠豢赡Y(jié)。在冬季，通常的誤操作就是，背壓升高，馬上啟風(fēng)機(jī)，壓力還是降不下來(lái)，接著提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，結(jié)果就是凝結(jié)水凍結(jié)（因?yàn)楫?dāng)時(shí)進(jìn)汽量少）。建議在旁路運(yùn)行的模式下完成ACC的啟動(dòng)，即將真空的控制權(quán)交給風(fēng)機(jī)后，再啟動(dòng)汽輪機(jī)。（2）ACC初次進(jìn)汽時(shí)汽量應(yīng)該是逐漸增加而不要突然大量進(jìn)汽。即使ACC壓力達(dá)到15KPa，ACC巨大的真空容積內(nèi)仍滯留著相當(dāng)多的空氣。所以最初的進(jìn)汽量不可太多，而且這個(gè)過(guò)程必須通過(guò)旁路的開(kāi)度加以控制。

根據(jù)我廠經(jīng)驗(yàn)，空冷列最初進(jìn)汽凝結(jié)水各溫度測(cè)點(diǎn)由于空氣滯留溫度達(dá)不到該背壓下飽和溫度，隨著蒸汽將空氣驅(qū)趕，該列蒸汽及凝結(jié)水溫度上升至飽和溫度，再根據(jù)先逆流后順流，先中間后兩邊的原則根據(jù)背壓要求進(jìn)行風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，繼而進(jìn)行汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)等操作。

7 哈密電廠直接空冷系統(tǒng)冬季防凍運(yùn)行方式

我廠直接空冷系統(tǒng)每臺(tái)機(jī)組由8列8排共64個(gè)空冷單元組成，每列由3個(gè)逆流單元與5個(gè)順流單元組成（以1號(hào)機(jī)組為例：2、4、7逆流單元）。2015年冬季我廠采用的將每列1、8排的風(fēng)機(jī)風(fēng)筒進(jìn)行封堵風(fēng)機(jī)停電掛禁操，以減少兩端空冷單元的自然對(duì)流換熱強(qiáng)度，每列逆流風(fēng)機(jī)頻率比順流風(fēng)機(jī)頻率大3HZ，以減小冷區(qū)對(duì)順流單元的影響。根據(jù)負(fù)荷大小，在環(huán)境溫度較低負(fù)荷較低的時(shí)候?qū)⒌?、8列隔離閥關(guān)閉進(jìn)行隔離從而增大各運(yùn)行列進(jìn)汽量，定期對(duì)空冷島隔離單元隔離閥后溫度及各運(yùn)行列順流單元底部冷區(qū)進(jìn)行監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行調(diào)整并記錄進(jìn)臺(tái)賬。采用如上運(yùn)行方式2015年冬季我廠未發(fā)生翅片凍結(jié)現(xiàn)象。

8 結(jié)語(yǔ)

本論文以神華國(guó)能哈密電廠4*660MW直接空冷機(jī)組為例，闡述了我廠對(duì)于直接空冷系統(tǒng)防凍的原理理解與執(zhí)行措施，雖然我廠采用直接空冷技術(shù)節(jié)省了用水量，但更要注意冬季的防凍措施，避免對(duì)電力生產(chǎn)造成損失。該論文對(duì)直接空冷系統(tǒng)防凍技改、空冷島防凍邏輯的優(yōu)化及冬季背壓小指標(biāo)優(yōu)化上有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

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［3］神華國(guó)能哈密電廠2014年防寒防凍安全技術(shù)措施，2014年9月17 日.