海勒式空冷系統(tǒng)的應(yīng)用及其注意事項(xiàng)

喬崗杰

(山西昱光發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 山陰 036900)

0 引言

空冷系統(tǒng)以其優(yōu)異的節(jié)水效果在我國北方缺水地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用?？绽湎到y(tǒng)一般分為直接空冷系統(tǒng)和間接空冷系統(tǒng)2種類型。間接空冷系統(tǒng)又可分為帶表面式凝汽器和帶噴射式混合凝汽器2種形式，后者又稱為海勒(Heller)式空冷系統(tǒng)。海勒空冷系統(tǒng)采用了直接接觸噴射式冷卻方式，在3種空冷系統(tǒng)中運(yùn)行背壓最低，因此，它具有較高的效率，便于采用汽動(dòng)給水泵供水方案。海勒式空冷系統(tǒng)節(jié)能效果較好，但由于投資較大、系統(tǒng)復(fù)雜等原因，目前在國內(nèi)應(yīng)用相對(duì)較少。

1 海勒式空冷系統(tǒng)概況

海勒式空冷系統(tǒng)主要由噴射式凝汽器、循環(huán)泵、能量回收水輪機(jī)和裝有福哥型散熱器的空冷塔構(gòu)成。2臺(tái)機(jī)組共用1座空冷塔，每臺(tái)機(jī)組設(shè)5個(gè)冷卻扇段，采用交錯(cuò)布置方式，2臺(tái)機(jī)組共10個(gè)扇段196個(gè)冷卻三角，冷卻三角外部安裝有電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的百葉窗。每臺(tái)機(jī)組設(shè)1個(gè)925 m3的地下儲(chǔ)水箱，用來存放扇區(qū)的泄水或向系統(tǒng)補(bǔ)水。系統(tǒng)工作原理:在凝汽器中，溫度較高的冷凝水由循環(huán)泵升壓后送至空冷散熱器，通過空冷塔自拔力形成的氣流進(jìn)行換熱將其冷卻，冷卻后的循環(huán)水經(jīng)過調(diào)壓水輪機(jī)后進(jìn)入凝汽器，通過相對(duì)布置的噴嘴直接與汽輪機(jī)排汽混合并將其冷凝，循環(huán)泵出口小部分水通過凝結(jié)水泵進(jìn)入除氧器作為鍋爐補(bǔ)水，水輪機(jī)和循環(huán)泵同軸布置，回收循環(huán)水回水的部分能量和電動(dòng)機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵，系統(tǒng)流程如圖1所示。

2 海勒式空冷系統(tǒng)對(duì)給水處理方式的特殊要求

圖1 海勒式空冷系統(tǒng)示意圖

海勒式空冷系統(tǒng)采用噴射式凝汽器，循環(huán)水和凝結(jié)水為同一水質(zhì)，由于空冷散熱器采用99.5%純鋁熱交換器，而鋁是兩性化合物，pH值過低和過高都會(huì)產(chǎn)生腐蝕。資料顯示，鋁的pH值為4.6～8.3時(shí)，表面鈍化生成致密的Al2O3保護(hù)膜，pH值為5.7時(shí)鋁的腐蝕最小。對(duì)于鍋爐中的鋼材而言，pH值≥9.0才能維持較小的腐蝕，因此，海勒式空冷系統(tǒng)水質(zhì)控制必須兼顧鋼材和鋁材的腐蝕特性，具有一定的特殊性。

通常情況下，給水處理采用加氨－聯(lián)氨的全揮發(fā)處理方式，給水pH值控制在8.8～9.3，此時(shí)鋼材處于鈍化狀態(tài)，表面生成Fe3O4保護(hù)膜，可最大限度地減少腐蝕。但是，采用這種方式循環(huán)水的pH值會(huì)達(dá)到8.5或更高，對(duì)空冷系統(tǒng)的鋁材腐蝕較大，因此不宜采用。一般情況下，國內(nèi)外海勒空式冷系統(tǒng)應(yīng)用較多的是中性水加氧的處理方式。

中性水加氧需要3個(gè)條件:一是給水純度必須達(dá)到要求(氫電導(dǎo)率小于0.15 μS/cm，近年來國外已趨于小于0.10 μS/cm);二是給水的pH值控制在6.7～7.5的中性范圍，低于此范圍鋼材會(huì)受到強(qiáng)烈的腐蝕;三是水中必須保證足夠的氧化劑濃度(溶氧質(zhì)量濃度為50～200 g/L)。滿足以上條件時(shí)，氧不但會(huì)失去原有的侵蝕性，還會(huì)在鋼鐵表面原有的Fe3O4保護(hù)膜以及膜的孔隙中生成更加致密的Fe2O3保護(hù)膜，并存的2種保護(hù)膜能更加有效地抑制腐蝕。同時(shí)pH值在6.7～7.5的中性范圍內(nèi)，鋁材處于鈍化區(qū)，也不會(huì)造成鋁材的腐蝕。

在啟動(dòng)初期，由于循環(huán)水電導(dǎo)率達(dá)不到要求，因此，無法采用中性水加氧方式。此時(shí)鍋爐可采用加NaOH調(diào)節(jié)pH值的方式，循環(huán)水采用微堿性水，即保持pH值為7.5～8.0，溶氧不作人為控制。該方式在國內(nèi)某些電廠也有應(yīng)用，當(dāng)水質(zhì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，最好還是采用中性水加氧方式。

3 海勒式空冷系統(tǒng)的清洗

海勒式空冷系統(tǒng)清洗的主要方法是人工清理和水沖洗。在每次注水前，必須認(rèn)真、徹底地清理凝汽器內(nèi)部及所有管道設(shè)備。山西昱光發(fā)電有限責(zé)任公司(以下簡稱昱光發(fā)電公司)一臺(tái)機(jī)組循環(huán)水容積為5264m3，另一臺(tái)機(jī)組循環(huán)水容積為6119m3，循環(huán)水系統(tǒng)管道長，水容積大，清理工作量很大，清理質(zhì)量的好壞直接影響后期的水質(zhì)，對(duì)減少?zèng)_洗時(shí)間作用很大。首次沖洗采用生水，啟動(dòng)循環(huán)泵沖洗6～8 h后排放，然后人工再次清理，以后的注水均采用除鹽水?？筛鶕?jù)水質(zhì)情況決定沖洗次數(shù)，一般除鹽水沖洗二三遍后就可以啟動(dòng)凝結(jié)水泵并投運(yùn)粉末樹脂過濾器打循環(huán)，以此來過濾水質(zhì)。清理和水沖洗環(huán)節(jié)必須要重視人工清理工作的每個(gè)環(huán)節(jié)，要認(rèn)真仔細(xì)，不留死角，將焊渣、鐵銹和塵土等雜質(zhì)清理徹底，另外，在放水、清理和注水工作時(shí)應(yīng)盡量縮短時(shí)間，防止管道再次氧化腐蝕。

海勒式空冷系統(tǒng)對(duì)精處理的要求較高，因此，精處理的選擇非常重要。由于循環(huán)水容積大，水質(zhì)較差，最好采用2×100%粉末樹脂覆蓋過濾器加3×50%高速混床的方式。機(jī)組啟動(dòng)初期，凝結(jié)水中鐵的質(zhì)量濃度超過1 000 μg/L時(shí)，僅投入前置粉末覆蓋過濾器，迅速降低系統(tǒng)中懸浮物鐵的質(zhì)量濃度，以后再投入高速混床，逐漸改善凝結(jié)水水質(zhì)。需要注意的是前期粉末覆蓋過濾器，鋪膜、爆膜非常頻繁，需準(zhǔn)備大量的啟動(dòng)用纖維粉。另外，在夏季氣溫較高時(shí)，凝結(jié)水溫可達(dá)63℃甚至更高，因此，凝結(jié)水處理所用的離子交換樹脂必須能夠耐高溫。

啟動(dòng)初期，由于系統(tǒng)中含有較多的雜質(zhì)和膠泥，極易堵塞粉末覆蓋過濾器濾元，影響鋪膜效果，造成頻繁鋪膜、爆膜，所以，初期最好使用調(diào)試濾元，待后期水質(zhì)穩(wěn)定后再投運(yùn)正式濾元。若發(fā)現(xiàn)濾元污染時(shí)應(yīng)及時(shí)采用高壓水槍沖洗的方式清洗濾元。

4 海勒式空冷系統(tǒng)的防凍措施

海勒式空冷系統(tǒng)散熱器采用帶孔翅片板純鋁散熱器，換熱面積大，散熱效率高，管壁厚度只有1 mm，冬季運(yùn)行防凍是電廠的重要工作。散熱器凍結(jié)的成因主要是環(huán)境溫度低于0℃且散熱器內(nèi)水流減慢或停止所致。昱光發(fā)電公司現(xiàn)場高程為1083m，冬季嚴(yán)寒且風(fēng)速較大，最低設(shè)計(jì)環(huán)境溫度為－31.6℃，通過冬季調(diào)試和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，山西昱光發(fā)電有限責(zé)任公司主要采取了5項(xiàng)防凍措施。

(1)試驗(yàn)證明及時(shí)關(guān)閉百葉窗是防凍的最有效手段。百葉窗是調(diào)節(jié)循環(huán)水溫度的主要手段，也是緊急情況下防凍的主要手段。在百葉窗嚴(yán)密關(guān)閉的情況下，即使水流停滯，散熱器維持十幾分鐘甚至幾十分鐘也不會(huì)凍壞。如果百葉窗打開，則可能在幾分鐘內(nèi)迅速凍裂散熱器。因此，應(yīng)加強(qiáng)百葉窗的調(diào)節(jié)和維護(hù)，確保能夠靈活動(dòng)作且能關(guān)閉嚴(yán)密是空冷系統(tǒng)的重要維護(hù)工作。

(2)扇區(qū)充水泄水時(shí)冷卻三角最易凍裂，因此，充、泄水操作前必須確保百葉窗關(guān)閉。在冬季充水時(shí)，要選擇較高的充水溫度，一般不要低于40℃;另外，應(yīng)保證較快的充水速度。充水時(shí)回水管應(yīng)較供水管提前一定時(shí)間開啟，確保兩側(cè)能同時(shí)充滿，這樣，能更好地排出冷卻三角內(nèi)的空氣，防止水循環(huán)不暢。泄水前應(yīng)先確保供回水門關(guān)嚴(yán)，泄水完畢后，應(yīng)就地檢查閥門狀態(tài)及泄水情況，防止因閥門故障或泄水管凍結(jié)造成散熱器沒有完全泄水。

(3)冬季必須認(rèn)真做好防凍措施。為保證充、泄水的安全，必須做好泄水閥及前后管道、扇區(qū)頂部排空軟管、排空環(huán)形管及立管的防凍措施。扇區(qū)頂部排空軟管、環(huán)形管安裝在扇區(qū)頂部密封腔室內(nèi)，應(yīng)確保密封板的嚴(yán)密性，其余部位應(yīng)纏伴熱電纜并外加保溫裝置。

(4)緊急泄水閥是防凍的最后防線。泄水閥前、后管道應(yīng)加保溫層，2個(gè)卸油電磁閥應(yīng)采用直流電源供電串聯(lián)布置方式，并取自不同功能模塊，以確保在任何時(shí)候都能可靠動(dòng)作。

(5)另外，要不斷完善防凍邏輯，合理安排運(yùn)行方式，根據(jù)負(fù)荷和風(fēng)向合理投退冷卻扇區(qū)。

5 海勒式空冷系統(tǒng)的過夏措施

昱光發(fā)電公司空冷系統(tǒng)最高設(shè)計(jì)環(huán)境溫度為38℃，對(duì)應(yīng)背壓為26 kPa。當(dāng)?shù)叵募緲O端氣溫短時(shí)往往會(huì)超過38℃，為不影響帶高負(fù)荷，采取以下2項(xiàng)措施:

(1)由于昱光發(fā)電公司所處地理位置多風(fēng)少雨且周邊環(huán)境較差，長期運(yùn)行會(huì)造成散熱器內(nèi)大量積塵或積雜物，影響散熱效果。因此，每年夏季高溫來臨前應(yīng)對(duì)散熱器進(jìn)行水沖洗，沖洗可采取自帶沖洗裝置或移動(dòng)高壓沖洗車2種方式，沖洗水最好采用除鹽水。

(2)采用向散熱器表面噴霧降溫的方法。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，增加散熱器表面噴霧措施后，背壓可降低2～4kPa，由于噴霧耗水量較大，全部采用除鹽水成本較高，因此，可采用反滲透裝置之后的水作為噴霧水。

6 結(jié)束語

海勒式空冷系統(tǒng)投資高、效益好，但在國內(nèi)應(yīng)用相對(duì)還較少，缺乏調(diào)試和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。如果使用維護(hù)不當(dāng)，不僅會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)損失，而且會(huì)延誤調(diào)試工期，影響電廠的安全性和經(jīng)濟(jì)性。昱光發(fā)電公司從海勒式空冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期的選型計(jì)算到后期的安裝、調(diào)試、運(yùn)行和維護(hù)進(jìn)行了嚴(yán)格把關(guān)，確保了設(shè)備的安全運(yùn)行，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的效益。

［1］楊振海，徐寧，邱竹賢.鋁的電位－pH圖及鋁腐蝕曲線的測定［J］.東北大學(xué)學(xué)報(bào)，2000(4):401－403.

［2］王小平，韓萍，張?jiān)?海勒系統(tǒng)中性水加氧化學(xué)工況的研究［J］.中國電力，1992(1):30－33.