火電廠直接空冷系統(tǒng)優(yōu)化應(yīng)用

折子平

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

關(guān)鍵詞：火電廠;直接空冷;防凍;優(yōu)化措施

一、火電廠空冷系統(tǒng)的型式及特點(diǎn)

1.1直接空冷系統(tǒng)

直接空冷系統(tǒng)主要由鋼制空冷凝汽器、汽輪機(jī)排汽裝置、大直徑鋼制排氣管道、凝結(jié)水系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、清洗設(shè)備等幾部分組成。一般情況下，空冷凝器安裝在汽機(jī)房的高架空冷臺上面。直接空冷系統(tǒng)的工藝流程為：汽輪機(jī)將乏汽排出后，會通過汽輪機(jī)排汽裝置和大直徑排汽管道從汽機(jī)房排出來，并垂直上升到一定高度，然后通過排汽支管進(jìn)入空冷凝汽器的蒸汽聯(lián)箱中，最后蒸汽會通過空冷凝汽器蒸汽聯(lián)箱進(jìn)入空冷凝汽器中，和空氣進(jìn)行表面換熱，從而達(dá)到冷凝的目的。在冷凝過程中，冷凝水會通過凝結(jié)水管流至汽輪機(jī)排汽裝置中，然后利用凝結(jié)水泵將冷凝水提升到凝結(jié)水系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)冷凝水的循環(huán)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(tǒng)

混合式凝汽器間接空冷系統(tǒng)主要由混合式凝汽器、自然通風(fēng)冷卻塔、全鋁制福哥型冷卻三角散熱器、充水泵組、循環(huán)水泵組、儲水箱、穩(wěn)壓泵組、預(yù)熱/尖峰冷卻器、水輪發(fā)電機(jī)組、散熱器清洗系統(tǒng)等幾部分組成?；旌鲜侥鏖g接空冷系統(tǒng)的工藝流程為：混合式凝汽器將冷卻水噴射成水膜，汽輪機(jī)的排汽接觸到冷卻水膜后，直接凝結(jié)，凝結(jié)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(jīng)過循環(huán)水泵提升到自然空冷冷卻塔中，通過散熱器和空氣進(jìn)行對流換熱冷卻，冷卻后的水經(jīng)過水輪發(fā)電機(jī)組回到混合水凝汽器中，從而形成一個(gè)閉合循環(huán)系統(tǒng)}剩余的2%混合水會通過凝結(jié)水泵進(jìn)入精處理裝置進(jìn)行處理，然后送回汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)中。

1.3兩種空冷系統(tǒng)的比較

直接空冷系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)有：冷卻效率高、占地面積小、初期投資少、系統(tǒng)簡單、調(diào)節(jié)靈活、空冷凝汽器建設(shè)周期短等，在直接空冷系統(tǒng)中，汽輪機(jī)排汽能直接利用空氣進(jìn)行冷卻，不需要利用循環(huán)冷卻水進(jìn)行冷卻，極大的提高了冷卻效率，同時(shí)直接空冷系統(tǒng)的凝汽器和散熱器能合二為一，布置在汽機(jī)房外高架的空冷凝汽器平臺上，空冷凝汽器下面可以設(shè)置出線架構(gòu)、變壓器等設(shè)施，有效地減少了占地面積。直接空冷系統(tǒng)的不足之處有：環(huán)境影響比較大，風(fēng)向?qū)绽錂C(jī)組的設(shè)置方位有很大的影響，同時(shí)直接空冷系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用比較高，檢修維護(hù)工作量大，并且在運(yùn)行過程中產(chǎn)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(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)有：運(yùn)行背壓比較低，煤耗量比較少，同時(shí)循環(huán)冷卻水和凝結(jié)水是兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，水質(zhì)可以按照相應(yīng)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理，從而提高了水質(zhì)處理的靈活性，表面式凝汽器間接空冷系統(tǒng)是一個(gè)封閉的系統(tǒng)，在運(yùn)行過程中，循環(huán)水泵揚(yáng)程比較低，能降低能耗，并且自然風(fēng)對系統(tǒng)的影響比較小，在設(shè)置機(jī)組主廠房時(shí)，不需要考慮風(fēng)向因素。表面式凝汽器空冷系統(tǒng)的不足之處有：冬季運(yùn)行過程中防凍性能比較差，空冷塔占地面積比較大，建設(shè)周期比較長，并且塔內(nèi)閥門比較多，操作比較復(fù)雜。

二、空冷系統(tǒng)冬季運(yùn)行采取的措施

2.1冬季機(jī)組啟動采取的措施

（1） 啟動前，關(guān)閉所有進(jìn)入排汽裝置的疏水、空冷各進(jìn)汽蝶閥關(guān)閉并進(jìn)行復(fù)緊;不宜過早投入軸封系統(tǒng)，一般控制在風(fēng)煙系統(tǒng)啟動后，開始投軸封、抽真空。

（2） 主汽見壓后，逐漸開啟高旁調(diào)節(jié)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(zhǔn)），對高、低壓旁路進(jìn)行暖管。旁路系統(tǒng)暖管充分后，逐漸開啟高、低壓旁路，在最短時(shí)間內(nèi)滿足空冷最小防凍流量要求，同時(shí)開啟主、再熱系統(tǒng)所有疏水，關(guān)閉對外啟動排汽。

（3） 當(dāng)進(jìn)汽列風(fēng)機(jī)頻率達(dá)到20Hz以后方可下一列進(jìn)汽，進(jìn)汽同時(shí)鍋爐加強(qiáng)燃燒，增大進(jìn)汽量，以盡快達(dá)到空冷最小防凍流量。

（4） 發(fā)現(xiàn)進(jìn)汽蝶閥不嚴(yán)，要盡快將該列投入運(yùn)行，防止進(jìn)汽造成翅片被凍結(jié)，影響該列的投入。

（5） 根據(jù)蒸汽量增加進(jìn)汽列，以滿足機(jī)組所需。

2.2冬季機(jī)組停機(jī)采取的措施

（1） 停機(jī)階段，隨著負(fù)荷的下降，空冷單元可以逐漸退出運(yùn)行，逐漸退出空冷，關(guān)閉進(jìn)汽蝶閥，并進(jìn)行手動復(fù)緊

（2） 機(jī)組打閘后，磨煤機(jī)吹掃階段，若高、低旁在開啟位置，立即將其關(guān)閉。嚴(yán)密監(jiān)視本體各參數(shù)，尤其防止因高旁減溫水門不嚴(yán)，造成減溫水進(jìn)入汽缸。

（3） 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到規(guī)定轉(zhuǎn)速以下，破壞真空，真空到零停軸封供汽。

（4） 停機(jī)后，關(guān)閉空冷抽真空電動門，凝結(jié)水電動門不得關(guān)閉，防止空冷凝結(jié)水電動門關(guān)閉后，內(nèi)部凝水無法疏出而發(fā)生凍結(jié)。

2.3冬季機(jī)組正常運(yùn)行采取的措施

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

（2）當(dāng)封堵無法滿足空冷最小封堵流量時(shí)，采取列隔離方式滿足最小防凍流量，同時(shí)拆除單元封堵。但是要加強(qiáng)監(jiān)測測溫，防止可能存在進(jìn)汽蝶閥不嚴(yán)，造成列凍結(jié)。

（3）在冬季保證兩臺真空泵運(yùn)行，能夠有效的將逆流區(qū)的不凝結(jié)氣體、乏汽抽出，保證逆流區(qū)不發(fā)生堵塞而影響順流區(qū)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(fēng)機(jī)、低頻運(yùn)行，避免出現(xiàn)風(fēng)機(jī)高頻率運(yùn)行;保證空冷各單元之間隔離嚴(yán)密，單元門做到隨手關(guān)閉，單元之間封堵嚴(yán)密無串風(fēng)。

（5）定期進(jìn)行真空嚴(yán)密性試驗(yàn)，試驗(yàn)不合格及時(shí)對空冷進(jìn)行查漏、堵漏。確?？绽鋰?yán)密性合格，目前國內(nèi)基本控制<100pa/min為合格值。

（6）參數(shù)控制要求：

監(jiān)視凝結(jié)水過冷度<6℃，各列凝結(jié)水溫度>30℃，各列的抽真空溫度>20℃。

空冷各列兩側(cè)凝結(jié)水溫差<4℃，若發(fā)現(xiàn)溫差有變大趨勢，說明該列一側(cè)底部有凍結(jié)現(xiàn)場，應(yīng)通過調(diào)整單元風(fēng)機(jī)頻率等方式縮小偏差。

2.4冬季機(jī)組運(yùn)行采取的防凍措施

（1） 當(dāng)環(huán)境溫度低于某一結(jié)霜點(diǎn)時(shí)，在逆流管束上會發(fā)生結(jié)霜現(xiàn)象，這是由于該處有不凝結(jié)氣體的過冷現(xiàn)象發(fā)生。如果這種狀況持續(xù)一段時(shí)間，比如24小時(shí)內(nèi)溫度始終低于冰點(diǎn)，就有可能逐漸堵塞逆流管束下端，妨礙不凝結(jié)氣體的抽出，進(jìn)而造成更大面積的凍結(jié)。所以作為一種保護(hù)措施，逆流管束的風(fēng)機(jī)要在一定的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)間隔停運(yùn)一段時(shí)間，以便逆流區(qū)管束回暖。當(dāng)達(dá)不到要求時(shí)采用逆流風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)措施對凍結(jié)單元進(jìn)行回暖加熱。并且監(jiān)測空冷系統(tǒng)凝結(jié)水溫度和抽氣溫度。這也是火電廠空冷系統(tǒng)最常用而且最有效的防凍措施。

（2）提高機(jī)組負(fù)荷增加空冷凝汽器進(jìn)汽量并采取多風(fēng)機(jī)低頻率運(yùn)行，盡量每排的轉(zhuǎn)速相同，保證各排進(jìn)氣量均勻。這樣整個(gè)空氣場周圍的壓力區(qū)域可以保證穩(wěn)定狀態(tài)。

（3）根據(jù)機(jī)組運(yùn)行情況適當(dāng)提高運(yùn)行機(jī)組背壓，保持合適的真空值，保證抽氣溫度正常。

（4）對凍結(jié)單元風(fēng)筒入口進(jìn)行封堵、散熱器外表面進(jìn)行覆蓋。

（5）冬季保持兩臺真空泵運(yùn)行，提高抽真空能力防止。

（5）當(dāng)系統(tǒng)回暖等措施達(dá)不到要求時(shí)可采用外部熱源對凍結(jié)管束進(jìn)行加熱。

三、空冷系統(tǒng)夏季運(yùn)行采取的措施

夏季環(huán)境溫度高，不涉及凍結(jié)問題。但是由于空冷系統(tǒng)的工作效果主要取決于環(huán)境溫度。因此過高的環(huán)境溫度也會導(dǎo)致機(jī)組真空過低，影響機(jī)組接帶負(fù)荷，降低機(jī)組效率，嚴(yán)重的會影響機(jī)組的安全運(yùn)行。所以夏季也要采用想要的措施來維持空冷系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.1避免熱風(fēng)再循環(huán)采取的措施

（1）為防止自然橫向風(fēng)對空冷裝置換熱效果的影響，在直接空冷平臺周圍會設(shè)置擋風(fēng)墻，以減少環(huán)境條件對風(fēng)機(jī)工作效果的影響。擋風(fēng)墻高度從直接空冷平臺起，根據(jù)空冷平臺高度設(shè)計(jì)擋風(fēng)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(shè)置了分隔墻。

（3）控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)盡量小幅調(diào)整（<2Hz/次），全部風(fēng)機(jī)統(tǒng)一控制，均勻調(diào)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(shí)將噴頭與散熱器距離適當(dāng)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(yùn)行中經(jīng)常檢查散熱器臟污情況，必要時(shí)就進(jìn)行沖洗，保證表面清潔。根據(jù)季節(jié)變換，多風(fēng)、多絮狀物的月份時(shí)，加大沖洗頻率，及時(shí)將附著物沖洗掉，防止附著物板結(jié)或深入翅片縫隙。

（2）經(jīng)常清理空冷島下部及周邊絮狀物，防止被空冷風(fēng)機(jī)抽吸到空冷島散熱面，減少臟污物吸附。根據(jù)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(fù)荷時(shí)段采取噴淋方式，晚高峰過后進(jìn)行散熱器不間斷沖洗。

（4）背壓高于25kPa時(shí)可以選擇超頻運(yùn)行，嚴(yán)密監(jiān)視直接空冷風(fēng)機(jī)電流、電機(jī)線圈溫度、變頻器溫度不超過額定值。

四、結(jié)語

空冷系統(tǒng)在火電廠中的應(yīng)用非常廣泛，尤其是缺水地區(qū)，能有效的節(jié)約用水量。我們要努力提高空冷系統(tǒng)的理論水平，同行業(yè)多交流，多借鑒同類機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。在運(yùn)行實(shí)踐中不斷優(yōu)化空冷系統(tǒng)的運(yùn)行方式。提高啟其使用效率，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，節(jié)約用水，保護(hù)社會生態(tài)環(huán)境。

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（作者單位：國家能源集團(tuán)店塔發(fā)電公司）