600MW機(jī)組間接空冷系統(tǒng)的防凍與優(yōu)化

劉海軍

(陽(yáng)城國(guó)際發(fā)電有限責(zé)任公司，山西晉城048102)

1 系統(tǒng)概述

某電廠(chǎng)2×600MW間接空冷機(jī)組采取表面式凝汽器(哈蒙式)與海勒式空冷散熱器相結(jié)合的方式，創(chuàng)造性地采用了自然通風(fēng)冷卻塔和表面式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)，是國(guó)內(nèi)首例600MW間接空冷機(jī)組。

該系統(tǒng)的冷卻塔采用旋轉(zhuǎn)雙曲線(xiàn)形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底部半徑為60m，總高150m?？绽渖崞鞑捎萌X制六排管冷卻三角，冷卻三角被垂直布置在塔外一個(gè)半徑為144m的圓圈內(nèi)，共安裝有176個(gè)冷卻三角，分為8個(gè)扇區(qū)，每個(gè)冷卻扇區(qū)設(shè)獨(dú)立的進(jìn)、出水管和排水管。

該系統(tǒng)流程為:由水質(zhì)為除鹽水的循環(huán)水進(jìn)入表面式凝汽器的水側(cè)，通過(guò)表面換熱，冷卻凝汽器汽側(cè)的汽輪機(jī)排汽，受熱后的循環(huán)水由循環(huán)水泵送至空冷塔，通過(guò)空冷散熱器與空氣進(jìn)行表面換熱，循環(huán)水被空氣冷卻后再返回凝汽器去冷卻汽輪機(jī)的排汽，構(gòu)成了閉式循環(huán)。該系統(tǒng)具有節(jié)水、省電、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、分段控制、防凍能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。投產(chǎn)以來(lái)，電廠(chǎng)在冬季運(yùn)行和防凍方面采取了各種有效手段，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，保證了機(jī)組和設(shè)備的安全運(yùn)行。

2 間接空冷系統(tǒng)防凍的必要性

間接空冷系統(tǒng)的閉式冷卻水主要是通過(guò)空冷塔底部的散熱器來(lái)冷卻的，該散熱器由匈牙利EGI公司供貨，具有冷卻效果好、精度高的特點(diǎn)。但由于散熱片薄，抗凍能力差，一旦發(fā)生局部漏點(diǎn)，就會(huì)迅速擴(kuò)大事故，導(dǎo)致成片的散熱器受凍，不僅降低了系統(tǒng)的冷卻效果，還會(huì)造成散熱器損壞;同時(shí)，散熱器的修復(fù)工藝復(fù)雜，時(shí)間長(zhǎng)，冬季無(wú)法進(jìn)行修復(fù)，一旦發(fā)生事故，造成的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失都非常大。

間接空冷系統(tǒng)散熱器的凍裂事故多數(shù)是由于運(yùn)行中采取的防凍措施不當(dāng)、控制不完善造成的，本文從這2個(gè)方面對(duì)防凍進(jìn)行研究和說(shuō)明。

3 間接空冷系統(tǒng)防凍措施

3.1 運(yùn)行中的操作注意事項(xiàng)

(1)進(jìn)入冬季后，要嚴(yán)格執(zhí)行空冷系統(tǒng)巡回檢查制度，保證設(shè)備運(yùn)行正常，各個(gè)必需監(jiān)視的參數(shù)都在允許的范圍內(nèi)，包括風(fēng)速、環(huán)境溫度、扇區(qū)進(jìn)/出水溫度、直立管液位、膨脹水箱水位等關(guān)鍵參數(shù)。

(2)在正常情況下，各扇區(qū)百葉窗應(yīng)投自動(dòng)，加強(qiáng)監(jiān)視自動(dòng)動(dòng)作情況，在自動(dòng)調(diào)節(jié)緩慢或有異常情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)解除自動(dòng)并進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)。在自動(dòng)或手動(dòng)情況下都必須保證百葉窗各扇區(qū)出水溫度滿(mǎn)足以下要求:環(huán)境溫度在0℃以上時(shí)，保持扇區(qū)出水溫度不低于25℃;環(huán)境溫度在0～10℃時(shí)，保持扇區(qū)出水溫度不低于28℃;環(huán)境溫度低于－10℃時(shí)，保持扇區(qū)出水溫度不低于30℃。在百葉窗投自動(dòng)時(shí)，如果扇區(qū)出水溫度低于以上要求，要將百葉窗解除自動(dòng)，手動(dòng)關(guān)小百葉窗開(kāi)度，直到出水溫度達(dá)到要求。

(3)每班至少對(duì)空冷塔百葉窗開(kāi)度校對(duì)1次，發(fā)現(xiàn)百葉窗就地開(kāi)度和畫(huà)面開(kāi)度不一致或各個(gè)三角百葉窗開(kāi)度不一致時(shí)，應(yīng)及時(shí)將百葉窗溫度控制解除自動(dòng)，先手動(dòng)關(guān)閉百葉窗，然后再打開(kāi)百葉窗，畫(huà)面開(kāi)度與實(shí)際開(kāi)度一致后投入溫度控制自動(dòng)。

(4)扇區(qū)泄水后，必須就地檢查確認(rèn)該扇區(qū)進(jìn)、回水門(mén)全部關(guān)閉，泄水門(mén)開(kāi)啟，冷卻水管手動(dòng)放水門(mén)余水放盡。扇區(qū)泄水后，應(yīng)保持該扇區(qū)所有百葉窗全部關(guān)閉，與該扇區(qū)相鄰的2個(gè)扇區(qū)的百葉窗也應(yīng)全部關(guān)閉。發(fā)現(xiàn)百葉窗有結(jié)冰、積雪時(shí)，要及時(shí)聯(lián)系維護(hù)人員進(jìn)行清理。

(5)無(wú)論何種原因引起機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，都要立即關(guān)閉所有百葉窗。在機(jī)組跳閘后，應(yīng)根據(jù)機(jī)組恢復(fù)啟動(dòng)時(shí)間、循環(huán)水溫度的情況及時(shí)安排部分或全部扇區(qū)泄水。除特殊情況外，投、退扇區(qū)的操作應(yīng)該盡量安排在白天溫度較高的時(shí)候進(jìn)行，并盡量減少扇區(qū)的投、退操作。機(jī)組在遇有啟動(dòng)和停機(jī)操作時(shí)，必須提前了解并監(jiān)視環(huán)境氣象條件的變化。

(6)當(dāng)扇區(qū)發(fā)生泄漏時(shí)，立即關(guān)閉該區(qū)域及相鄰區(qū)域百葉窗并匯報(bào)。泄漏量較大時(shí)，應(yīng)立即退出該扇區(qū)運(yùn)行，防止結(jié)冰凍壞冷卻三角。

(7)在機(jī)組負(fù)荷降低后，應(yīng)及時(shí)關(guān)閉迎風(fēng)面的百葉窗，隨后再逐漸關(guān)小其他方向的百葉窗。百葉窗全部關(guān)閉后，若扇區(qū)出水溫度仍低于28℃，應(yīng)申請(qǐng)適當(dāng)提高機(jī)組負(fù)荷，必要時(shí)應(yīng)退出部分扇區(qū)運(yùn)行，冷水溫度上升到28℃以上后再恢復(fù)。夜間機(jī)組調(diào)峰時(shí)，盡量避免快速增、減負(fù)荷，在寒冷季節(jié)應(yīng)減小調(diào)峰深度。

(8)當(dāng)環(huán)境溫度低于0℃時(shí)，#4，#5扇區(qū)中選擇一個(gè)扇區(qū)泄水列備，用以提高循環(huán)水流速和溫度。當(dāng)環(huán)境溫度低于－5℃時(shí)，再將另一個(gè)扇區(qū)泄水列備，保持2個(gè)扇區(qū)泄水列備，再次提高流速。保持2臺(tái)循環(huán)泵運(yùn)行，在大雪、冰凍、降溫等惡劣天氣，風(fēng)力大于5級(jí)或環(huán)境溫度低于零下10℃時(shí)及時(shí)啟動(dòng)第3臺(tái)循環(huán)泵，進(jìn)一步提高流速。

(9)當(dāng)環(huán)境溫度低于－5℃或風(fēng)速較大時(shí)全關(guān)迎風(fēng)面扇區(qū)百葉窗。當(dāng)有泄水扇區(qū)時(shí)，全關(guān)與泄水扇區(qū)相臨運(yùn)行扇區(qū)的2個(gè)冷卻三角的百葉窗(1～2個(gè)百葉窗執(zhí)行機(jī)構(gòu))。當(dāng)冷卻三角泄漏隔離時(shí)，全關(guān)該冷卻三角百葉窗。監(jiān)視精處理混床溫度(不能超過(guò)60℃)，在保證安全的前提下適當(dāng)開(kāi)大處于背風(fēng)面且風(fēng)速不大區(qū)域的百葉窗。

3.2 間接空冷塔的自動(dòng)控制及保護(hù)措施

(1)當(dāng)環(huán)境溫度＞6℃時(shí)，如果凝汽器背壓＞7 kPa，循環(huán)水熱水溫度＞38℃或8min內(nèi)溫升達(dá)4℃(為響應(yīng)溫度的快速變化)，則扇區(qū)的百葉窗開(kāi)始開(kāi)啟調(diào)節(jié);如果熱水管溫度＜35℃，則扇區(qū)的百葉窗開(kāi)始關(guān)閉調(diào)節(jié)。如果背壓＜7kPa，背壓升到了最高限(用主汽流量函數(shù)計(jì)算的背壓低限加上2kPa的回滯區(qū))或8min內(nèi)背壓壓升達(dá)1kPa(為響應(yīng)背壓的快速變化)，則扇區(qū)的百葉窗開(kāi)始開(kāi)啟調(diào)節(jié);如果背壓達(dá)低限(用主汽流量的函數(shù)計(jì)算的背壓低限)或8min內(nèi)背壓降低了1kPa(為響應(yīng)背壓的快速變化)，則扇區(qū)的百葉窗開(kāi)始關(guān)閉調(diào)節(jié)。

(2)當(dāng)環(huán)境溫度＜6℃時(shí)，如果背壓＞7kPa，循環(huán)水熱水溫度＞(28－環(huán)境溫度×0.091)℃且熱水管溫度＞38℃，則扇區(qū)的百葉窗開(kāi)始開(kāi)啟調(diào)節(jié);或者每8min檢測(cè)1次，當(dāng)扇區(qū)回水和循環(huán)水熱水溫度溫升達(dá)4℃時(shí)，則扇區(qū)的百葉窗開(kāi)始開(kāi)啟調(diào)節(jié)。如果背壓＜7kPa，扇區(qū)回水溫度＞(28－環(huán)境溫度×0.091)℃且背壓達(dá)高限(用主汽流量的函數(shù)計(jì)算值加上2kPa的回滯區(qū))，則扇區(qū)的百葉窗開(kāi)始開(kāi)啟調(diào)節(jié);或者每8min檢測(cè)1次，扇區(qū)回水溫度溫升達(dá)4℃且背壓壓升達(dá)1kPa，則扇區(qū)的百葉窗開(kāi)始開(kāi)啟調(diào)節(jié);如果背壓達(dá)低限(用主汽流量的函數(shù)計(jì)算的背壓低限)，或者8min內(nèi)其溫降達(dá)4℃且扇區(qū)回水溫度＜34℃，則扇區(qū)的百葉窗開(kāi)始關(guān)閉調(diào)節(jié)。

(3)環(huán)境溫度＜2℃時(shí)，如果扇區(qū)回水溫度低于(16－環(huán)境溫度×0.091)℃，則認(rèn)為過(guò)冷，開(kāi)始關(guān)閥。延時(shí)150s后扇區(qū)將切除放水。

(4)為盡可能優(yōu)先保護(hù)設(shè)備，不論環(huán)境溫度高低，如果背壓＞7kPa，8min內(nèi)循環(huán)水熱水溫降達(dá)4℃，則扇區(qū)開(kāi)始關(guān)閉調(diào)節(jié);如果背壓＜7kPa，8min內(nèi)背壓壓降達(dá)1kPa，則扇區(qū)開(kāi)始關(guān)閉調(diào)節(jié)。如果扇區(qū)回水溫度低于(30－環(huán)境溫度×0.091)℃，扇區(qū)開(kāi)始關(guān)閉調(diào)節(jié);如果扇區(qū)回水溫度低于(21－環(huán)境溫度×0.091)℃，則禁止開(kāi)啟扇區(qū)，延時(shí)10s，將扇區(qū)的百葉窗全關(guān)。

(5)在空冷塔控制系統(tǒng)失靈、廠(chǎng)用電失電等緊急情況下，為防止空冷散熱器發(fā)生凍結(jié)事故，空冷塔內(nèi)設(shè)有冷熱水緊急泄水閥。循環(huán)水泵停運(yùn)后，為防止扇區(qū)內(nèi)循環(huán)水停止流動(dòng)而發(fā)生凍結(jié)事故，會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟急泄水閥，對(duì)整個(gè)扇區(qū)進(jìn)行泄水。緊急泄水閥開(kāi)啟后，所有扇區(qū)的水將在3min內(nèi)泄至地下儲(chǔ)水箱，確保散熱器內(nèi)的水不會(huì)結(jié)冰。

3.3 極端惡劣天氣時(shí)空冷塔百葉窗的自動(dòng)控制和優(yōu)化

機(jī)組投產(chǎn)后2年多來(lái)，每年冬天都出現(xiàn)過(guò)少量散熱片受凍的情況，經(jīng)過(guò)仔細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)空冷塔每2個(gè)冷卻三角之間的連接上不可避免地存在一些微小縫隙，大風(fēng)降溫時(shí)，通過(guò)這些微小縫隙漏過(guò)的風(fēng)帶走了散熱片的部分熱量;另外，由于每個(gè)扇區(qū)的循環(huán)水都是從11組散熱片的底部、中間進(jìn)入，就形成了中間流量大、兩邊流量小的水分配形式。所以，每個(gè)扇區(qū)的兩邊就會(huì)由于循環(huán)水流量低、熱量少、漏風(fēng)大而導(dǎo)致冷卻三角的溫度降到零點(diǎn)以下，使散熱片受凍。

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，在空冷塔每個(gè)扇區(qū)的第6冷卻柱、第17冷卻柱上各安裝2個(gè)溫度計(jì)，位置在散熱器的表面，同一個(gè)冷卻三角兩面各1個(gè)，用于測(cè)量散熱片進(jìn)口的最低風(fēng)溫。通過(guò)控制每個(gè)扇區(qū)兩側(cè)各3個(gè)百葉窗的開(kāi)度，提高通過(guò)這些扇區(qū)冷卻三角的水溫，最終提高每個(gè)扇區(qū)兩側(cè)最容易受凍處的防凍能力。

自動(dòng)控制思想如下:

(1)當(dāng)?shù)?冷卻柱上的溫度降到冰凍臨界點(diǎn)溫度以下(大約為8℃)時(shí)，該扇區(qū)冷卻三角左側(cè)的3個(gè)百葉窗轉(zhuǎn)入新的控制方式，將關(guān)閉5%(約3s);系統(tǒng)每隔1min檢測(cè)1次，如果溫度還低，繼續(xù)關(guān)閉，溫度上升到危險(xiǎn)臨界溫度以上(大約為12℃)時(shí)，停止關(guān)閉。

(2)當(dāng)?shù)?冷卻柱上的溫度穩(wěn)定上升到15℃時(shí)，3個(gè)百葉窗轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)溫度控制模式，即原來(lái)的控制方式。

(3)第17冷卻柱上的溫度用于控制該扇區(qū)冷卻三角右側(cè)的3個(gè)百葉窗，原理同上。

(4)除左、右各3個(gè)百葉窗的控制邏輯需要改變外，其余百葉窗的控制邏輯不變。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)內(nèi)間接空冷機(jī)組的不斷增多，加之氣候日益多變，間接空冷塔的防凍顯得越來(lái)越重要。如果不采取有效措施保證防凍的可靠性，輕則影響機(jī)組的安全運(yùn)行，造成非計(jì)劃停運(yùn)或限負(fù)荷出力，重則造成幾千萬(wàn)元的設(shè)備損壞。因此，在工作中不斷進(jìn)行總結(jié)并采取有效的優(yōu)化措施，可保證空冷塔運(yùn)行更加可靠。

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