600MW空冷岛冬季运行防冻和背压调整

600MW空冷岛冬季运行防冻和背压调整

张尧

(山西漳电大唐塔山发电有限公司山西省大同市037000)

摘要：目前，直接空冷机组因具有良好的节水性在我国北方地区得到了广泛的应用。直接空冷系统采用机械强制通风，将环境空气作为冷却介质，利用换热翅片管束使管内的水蒸气与管外的空气发生热交换，将汽轮机内做完功的乏汽冷却至液态水，实现热功转换中冷端散热的目的。直接空冷机组运行几年后，大型冷端换热器——空冷岛的性能会逐渐下降，空冷岛翅片管冬季防冻、春秋季节防大风、夏季换热效果差等问题也逐渐显现。另外，我国北方地区火电机组常面临调峰任务重、发电负荷不足等问题，开展空冷机组冷端优化运行工作非常重要。

关键词：600MW机组；空冷岛；冬季运行；防冻；背压调整

1空冷岛系统及其防冻问题

直接空冷系统，又称空冷岛，是指将汽轮机的乏气直接用空气来冷凝，所需冷却空气通常由机械通风方式供应，其散热器是由外表面镀锌的椭圆形钢管外套矩形钢翅片的若干个管束组成的。采用直接空冷系统的优点为大幅减少了需水量，一次性投资低，易于在所有大气温度下实现冷却空气的均匀和稳定分布。其缺点是风机消耗电力，冷却空气与汽轮机乏气直接进行热交换。

空冷岛的主要组成部分为空冷风机、空冷凝汽器（ACC）、排气管道、冲洗系统和空冷凝汽器（ACC）。主要运行原理为：把由蒸汽轮机的低压缸内做功后的乏气从汽轮机的尾部引入大口径的蒸汽管道，输送到汽轮机房之外的空冷平台上，再经过配气管送到众多翅片管换热管束内，外界的空气由大径轴流风机驱动穿越翅片管束的翅片间隙，继而把翅片管束内的蒸汽冷凝成凝结水，使其重力回流到凝结水箱，最终进入下个工作循环。

空冷机组的节水性能显著，据统计，相比于同等条件下的水冷机组，空冷机组大约节水70%。

在负荷率基本相同的情况下，空冷机组供电耗煤与水冷机组基本持平，但耗水量减少了68.4%，这对于北方缺水地区具有很大的实际意义。

伴随缺水问题的其他情况是：北方地区冬季普遍寒冷，当温度降低时，空冷岛可能出现局部凝结水状况，严重时会导致散热器管冻裂。尤其是冷凝器顺流管束是蒸汽凝结的主要部位，超过75%的蒸汽在其中凝结，更要特别注意低温时可能发生的凝结。而应对这一问题，主要从运行控制、防冻保护等方面予以解决，需要指出，这些方面并未有相互独立的措施，而是互相结合的统一整体，可在不同的运行方式下按照设定的方法步骤和逻辑，共同应对防冻问题。主要的运行方式可以划分为正常运行、机组启动和机组停机3种。

2空冷岛的防冻保护

当环境温度低于-3℃时，直接空冷系统进入冬季运行，空冷系统防冻按如下措施执行。无论任何情况只要当冷却空气温度降到-3℃，延时5min后，ACC防冻保护启动以及凝结水的过冷保护成为空冷凝汽器重要的内容。凝结水的过冷极易因结冰导致空冷凝汽器芯管的堵塞，如果频繁发生，凝汽器芯管就可能变形甚至被损坏。因此，直接空冷机组在接近冰点的温度下运行期间，要严格采取一切措施避免凝结水过冷现象。在正常运行期间且当环境温度低于某一结霜点时，在逆流凝汽管束的上部会发现结霜，这是由于那里有不可凝气体的过冷现象发生。如果这种状况持续一段时间，比如在24h内环境温度始终低于冰点，就可能会逐渐地堵塞逆流凝汽管束芯管的下端，并且妨碍不可凝气体的排出，空冷系统极有可能发生冰冻恶性事故。

2.1机组正常运行时的防冻措施

当运行中的任一列管排（蒸汽阀打开时）的凝结水温度低于25℃，汽轮机背压设定值增加3kPa。如果凝结水温度仍然低于25℃，则需要在30min后将汽轮机背压再增加3kPa。在汽轮机背压设定值改变后，当所有凝结水温度都高于30℃，则在延时60min之后将汽轮机背压设定值降低3kPa。如果所有逆流冷却单元运行冷却风机从原运行速度减速15Hz，则按照设定的顺序停运对应列的逆流冷却风机，并且隔离该列，若机组背压设定值不变时检查停运逆流风机后剩余逆流风机的转速同时升高，当剩余各列逆流风机的转速减速到15Hz时，停运第1列逆流风机若机组背压设定值不变时，检查剩余逆流风机的转速同时升高，依此类推直到最后一列逆流风机停运，启动防冻逆流风机反转程序。

以上防冻措施中，凝结水温度、被压值以及运行速度变化数值都可以根据需要设定。此外，冬季运行期间，每班就地实测各列空冷凝汽器及联箱表面温度至少2次，并按要求记录各空冷凝汽器最低温度值，一旦发现投运空冷凝汽器列凝结水联箱外表面温度低于0℃时，立即汇报运行部领导，并通知安生部汽机点检及汽机维护人员采取措施。每班就地实测各空冷凝结水回水管外表面温度2次，发现温度偏差较正常运行时偏大较大时，及时查找原因。冬季运行期间，加强对除氧装置、排汽装置的补水量及水位的监视，发现除氧装置、排汽装置水位下降，补水量异常增大时，应分析空冷凝汽器以及凝结水管道是否冻结。

2.2机组启动时的防冻措施

冬季机组启动前，关闭空冷岛各列空冷凝汽器进汽蝶阀、凝结水门及抽空气门，将至除氧装置、排汽装置的所有疏水门关闭，锅炉点火后，控制炉膛出口烟温不超过540℃，打开锅炉5%启动旁路；锅炉汽包压力至4.14MPa时关闭5%启动旁路。升温升压至1.0～4.0MPa时，按照空冷风机控制步序机组送轴封抽真空，当真空达15kPa以下时，开启主、再热汽及所有疏水开启高低压旁路向空冷岛供汽，关闭末过出口对空排汽阀，并使蒸汽量达到规定的最小进汽量以上，检查当空冷凝汽器凝结水温度高于35℃时，按ACC控制顺序启动相应的空冷风机。真空严格按照汽轮机背压负荷限制曲线调整。旁路系统投入后，控制低旁减温器后温度在80～90℃，在保证空冷岛进汽温度不大于100℃情况下，尽量提高空冷岛进汽温度；调整两侧低旁开度及减温水门开度，控制两侧排汽装置压力差不超过6kPa，排汽温度差不超过15℃。

2.3机组停机时的防冻措施

机组在停机过程中，根据机组设定背压与测量背压的比较依次停运各列。机组打闸停机后，立即关闭所有至排汽装置的疏水，破坏真空，关闭所有空冷岛进汽阀、凝结水门及抽真空门并就地确认进汽阀在完全关闭状态。如果在冬季运行中机组跳闸，根据旁路开度和背压情况减小空冷岛出力，若机组能立即启动，将各列进汽蝶阀及相应的抽空气门、凝结水门关闭，投入高低压旁路系统运行并确保最小防冻流量。若机组不能立即启动，处理过程同正常停机。冬季启停机时，尽量安排在白天气温高时进行。

3空冷岛的防冻控制逻辑

直接空冷机组冬季防冻的控制策略，应当以进入凝汽器的最小热量为基础，进而核算机组冬季运行在不同环境温度。在调整过程中，应结合凝汽器各排凝结水联箱中采集到的凝结水温度以及真空抽汽口的温度，确定进一步调整方案。如果出现部分空冷凝汽器堵塞的状况，则及时风机转速调节较大，凝结水温度也有提高，然而此时的机组背压仍高于设计值，极有可能是管束堵塞的缘故，此时风机增加出力不但无益，而且还可能增加其他管束冻结的可能性。此外，风机的自动调节应考虑机组背压并将凝结水过冷度确定在一定范围内。因此需要加强和配合巡回检查，防止由于流量和热力分配不均致使的散热管束受冻现象。当过冷度超出限值，应限制风机频率继续上升。

4结束语

本文以600MW直接空冷机组为例，从运行方式、外力保护、逻辑调整等方面，分析和探讨了直接空冷机组空冷岛的冬季防冻问题及解决措施。在冬季可能发生凝结结冰状况及其危害的情况下，重点从运行方式和防冻保护两个方面进行了分析，并结合经验，研究了空冷岛的防冻逻辑问题，对于相类似的情况，有一定的借鉴意义。

参考文献：

[1]耿群，王艳丽.600MW超临界直接空冷机组空冷系统防冻技术改造[J].内蒙古电力技术，2012，30（2）：94-96.

[2]张锋锋，潘云珍，焦晓峰，等.极度寒冷地区直接空冷机组空冷岛的防冻措施[J].内蒙古电力技术，2011，29（4）：99-100.