探討直接空冷島啟動(dòng)階段冬季防凍措施優(yōu)化

武志學(xué)

摘 要：某工程2×660MW發(fā)電機(jī)組位于西北地區(qū)，冬季氣候條件十分惡劣，晝夜溫差較大。由于該機(jī)組空冷島系統(tǒng)冷卻機(jī)組排汽時(shí)采用的是空氣，因此機(jī)組排汽壓力控制受環(huán)境溫度影響很大，同時(shí)冬季低溫環(huán)境下，空冷島易發(fā)生結(jié)凍現(xiàn)象。本文總結(jié)了冬季660MW直接空冷機(jī)組啟機(jī)過(guò)程中的防凍技術(shù)，針對(duì)啟動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，完善相關(guān)的控制邏輯，對(duì)直接空冷機(jī)組冬季啟動(dòng)運(yùn)行具借鑒意義。

關(guān)鍵詞：空冷島;直接空冷;啟動(dòng);防凍

一、工程概況

該工程機(jī)組設(shè)計(jì)容量為2×660MW超臨界、中間再熱、空冷凝汽式汽輪機(jī)，配2臺(tái)2050t/h超臨界、中間再熱、強(qiáng)制循環(huán)汽直流鍋爐和兩臺(tái)660MW自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)、水-氫-氫冷卻汽輪發(fā)電機(jī)，汽機(jī)旁路系統(tǒng)采用高、低壓串聯(lián)氣動(dòng)旁路，其容量按鍋爐最大連續(xù)出力的40%設(shè)置。

二、空冷系統(tǒng)及凍結(jié)機(jī)理簡(jiǎn)介

該機(jī)組空冷島采用的直接空冷系統(tǒng)包含下列主要部分：

主排汽管道系統(tǒng)：包括2個(gè)主排汽管道、8個(gè)蒸汽分配管道;冷凝器系統(tǒng)：包括8個(gè)冷凝器列，每個(gè)冷凝器列包括7個(gè)冷凝單元（其中4個(gè)順流單元、3個(gè)逆流單元）;7套通風(fēng)系統(tǒng)（包括風(fēng)機(jī)、減速機(jī)、電機(jī)、變頻器等裝置）;凝結(jié)水收集系統(tǒng);抽真空系統(tǒng)（包括3臺(tái)100%水環(huán)真空泵）;擋風(fēng)墻系統(tǒng)等。

空冷凝汽器管束最容易發(fā)生凍結(jié)，當(dāng)進(jìn)入空冷島的蒸汽流量小于最小防凍流量時(shí)，空冷島最易發(fā)生凍結(jié)，出于防凍考慮，逆流單元冷卻風(fēng)機(jī)有正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩種運(yùn)行方式。

當(dāng)環(huán)境溫度下降至2℃以下時(shí)，尤其是啟動(dòng)階段，蒸汽流量較小，隨著氣溫的降低，逆流管束上半部有抽氣口的部位由于管徑較小容易形成細(xì)小的冰粒，隨著時(shí)間的積累，抽氣口部位的冰粒就會(huì)越積越多，以至于影響不凝結(jié)氣體的正常抽出;順流管束過(guò)冷時(shí)管束內(nèi)的凝結(jié)水將結(jié)凍，一般先發(fā)生于管束的中下部，隨著時(shí)間的累積結(jié)凍部分將在冷卻風(fēng)機(jī)持續(xù)冷卻下逐漸擴(kuò)大直至充滿管束。西北地區(qū)的冬季，氣溫長(zhǎng)時(shí)間處于-20℃以下，空冷島若不采取合適的防凍措施將面臨巨大的結(jié)凍風(fēng)險(xiǎn)。

三、防凍關(guān)鍵點(diǎn)及啟動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中的問(wèn)題

1.防凍關(guān)鍵點(diǎn)

（1）空冷島管束本體保溫防寒。

（2）空冷島本體氣體嚴(yán)密性滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）增大啟動(dòng)初期的蒸汽流量，滿足防凍最小流量要求。

（4）風(fēng)機(jī)序列啟動(dòng)停止的控制，熱量的均勻分配。

（5）采取適當(dāng)措施提高空冷島背壓，以提高進(jìn)入空冷島蒸汽溫度。

2.啟動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中的問(wèn)題

（1）部分逆流散熱器的真空抽氣溫度最低至20℃，存在凍結(jié)風(fēng)險(xiǎn)。

（2）凝結(jié)水右側(cè)疏水溫度溫度最低至19℃，偏離控制參數(shù)，存在風(fēng)險(xiǎn)。

（3）切除列運(yùn)行時(shí)，由于電動(dòng)隔離閥關(guān)閉不嚴(yán)泄漏蒸汽，可能造成蒸汽在冷凝管排結(jié)冰和空氣抽出管結(jié)冰堵塞。

經(jīng)過(guò)對(duì)防凍關(guān)鍵點(diǎn)的分析，和采取的防凍措施，啟動(dòng)階段進(jìn)行了一系列的驗(yàn)證，未發(fā)生凍結(jié)事件，總體效果尚可，但是空冷島仍然存在著凍結(jié)的風(fēng)險(xiǎn)，因此，需要將以上幾項(xiàng)參數(shù)控制在安全區(qū)間，必須對(duì)控制系統(tǒng)作進(jìn)一步的優(yōu)化。

四、機(jī)組啟動(dòng)防凍優(yōu)化措施

1.優(yōu)化抽真空防凍保護(hù)模式

在冬季運(yùn)行模式下（環(huán)境溫度<2℃），該列風(fēng)機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)該列的抽真空溫度監(jiān)測(cè)值達(dá)到下列條件時(shí)，抽真空防凍模式被激活：

（1）抽氣支管溫度<30℃，激活抽氣防凍保護(hù)模式1，執(zhí)行下列操作：

①發(fā)出抽氣防凍保護(hù)警報(bào)。

②抽氣溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的逆流風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將被降至0Hz，并按照預(yù)先設(shè)定的頻率執(zhí)行反轉(zhuǎn)。延時(shí)10min，抽氣溫度仍然沒有達(dá)到抽氣防凍保護(hù)模式1所設(shè)定的復(fù)位條件，系統(tǒng)將控制該列的順流風(fēng)機(jī)溫度比例-積分-微分控制器來(lái)代替主PID來(lái)控制順流風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，對(duì)利用更多量得蒸汽該列的逆流部分進(jìn)行加熱。直到達(dá)到抽氣防凍保護(hù)模式1復(fù)位條件抽氣保護(hù)信號(hào)消失，該列的順逆流風(fēng)機(jī)將恢復(fù)主PID的控制模式。

（2）抽氣支管溫度<25℃，激活抽氣防凍保護(hù)模式2，執(zhí)行下列操作：

①同時(shí)監(jiān)視相應(yīng)列的凝結(jié)水防凍保護(hù)模式2是否激活，判斷兩種防凍保護(hù)模式都已激活，程序自動(dòng)延時(shí)10min，如果是運(yùn)行列，聯(lián)鎖關(guān)閉此列蒸汽隔離閥，并發(fā)出報(bào)警，該列被切除。

②如果是啟動(dòng)列，只發(fā)報(bào)警信號(hào)。

2.凝結(jié)水防凍保護(hù)模式優(yōu)化

對(duì)每列的凝汽器左右側(cè)凝結(jié)水疏水溫度進(jìn)行檢測(cè)，如果其中任一溫度達(dá)到下列情況時(shí)，激活凝結(jié)水防凍保護(hù)模式：

（1）任何一列任一凝結(jié)水溫度<30℃，激活凝結(jié)水防凍保護(hù)模式1，執(zhí)行下列操作：

①發(fā)出報(bào)警。

②相應(yīng)列的順流風(fēng)機(jī)降速，直到停為止。

（2）任何一列任一凝結(jié)水溫度<25℃，激活凝結(jié)水防凍保護(hù)模式2，執(zhí)行下列操作：

①發(fā)出報(bào)警。

②停止相應(yīng)列順流風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

③同時(shí)監(jiān)視相應(yīng)列的抽氣防凍保護(hù)模式2是否激活，判斷兩種防凍保護(hù)模式都已激活，程序自動(dòng)延時(shí)10min，如果是運(yùn)行列，聯(lián)鎖關(guān)閉此列蒸汽隔離閥，并發(fā)出報(bào)警;該列切除運(yùn)行。

④如果是啟動(dòng)列，只發(fā)報(bào)警信號(hào)。

3.回暖保護(hù)模式邏輯優(yōu)化

自動(dòng)回暖保護(hù)模式可以利用管束內(nèi)的熱蒸汽對(duì)管束進(jìn)行回暖，所以要定期激活回暖保護(hù)模式，該模式是一列一列連續(xù)執(zhí)行的，只要符合條件（環(huán)境溫度<-2℃），回暖運(yùn)行模式就被激活，同時(shí)，其他任何一種防凍保護(hù)模式與此互不沖突。

只要回暖保護(hù)模式被激活，將會(huì)執(zhí)行下列動(dòng)作：

（1）發(fā)出該列回暖動(dòng)作信號(hào)。

（2）該列的逆流風(fēng)機(jī)（混流單元）按照提前設(shè)定的時(shí)間將自動(dòng)減速并停止;然后按照設(shè)定好頻率進(jìn)行反轉(zhuǎn)。

（3）該列順流風(fēng)機(jī)仍按照控制器輸出速度運(yùn)行。

（4）待回暖設(shè)定的時(shí)間一過(guò)，該列的逆流風(fēng)機(jī)將恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，同時(shí)下一列將按照這個(gè)程序進(jìn)行回暖，依次類推，按照順序周期執(zhí)行下去。

（5）復(fù)位條件：環(huán)境溫度>2℃。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)空冷島凍結(jié)機(jī)理的分析，分析總結(jié)出啟動(dòng)階段空冷島防凍的有效措施。同時(shí)對(duì)啟動(dòng)階段3中控制模式控制策略的優(yōu)化，空冷機(jī)組在冬季效率及安全性明顯提升，有效地防止空冷島凍結(jié)。對(duì)寒冷地區(qū)直接空冷機(jī)組冬季防凍具有一定的參考借鑒意義。

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