600 MW超臨界機組空冷系統(tǒng)冬季運行防寒防凍研究

王 凱

（神華國華壽光發(fā)電有限責任公司，山東 壽光 262700）

1 概述

由于呼倫貝爾市地處嚴寒，冬季最低氣溫達-46℃，若采用濕冷機組，無法滿足實際運行需求。且濕冷機組存在占地面積大、凍結凍裂等不利因素，故電廠采用直接空冷機組，利用空氣使汽輪機排汽直接在翅片管式空冷凝汽器中凝結成水，不但減少水資源浪費，也起到節(jié)能環(huán)保作用［1-2］。

空冷機組依托國內(nèi)先進設計方案，采取大管徑排汽管道、空冷凝汽器、軸流冷卻風機和凝結水泵等組成方式，如圖1所示?？绽鋶u設計為8列7排，共56個風機；在排氣裝置與真空泵入口設有抽真空旁路，在啟動初期可以加快啟動速度?？绽淠鞑捎秒p排管鋼翅片凝汽器，每個冷卻單元管束以接近60°組成的等腰三角“A”型結構構成，冷空氣由變頻軸流風機抽取并吹到散熱管片上冷卻［3］。汽輪機排汽在空冷凝汽器中被空氣冷卻而凝結成水，排汽與空氣之間的熱交換是在表面式空冷凝汽器內(nèi)完成［4］。在直接空冷換熱過程中，利用散熱器翅片管外側流過的冷空氣，將凝汽器中從處于真空狀態(tài)下的汽輪機排出的熱介質飽和蒸汽冷凝，最后冷凝后的凝結水經(jīng)處理后送回鍋爐［5-6］。

由于空冷機組在啟動初期和低負荷運行期間，蒸汽流量較少，存在不同程度的凍結，給運行調(diào)整帶來較大安全隱患。根據(jù)理論研究和實踐經(jīng)驗，通過采取增大進汽水量、提高機組出力、定期回暖等方式，有效避免空冷島凍結，最大程度提升機組經(jīng)濟性和安全性，為機組長周期安全穩(wěn)定運行提供有效保障。

圖1 直接空冷機組原則性汽水系統(tǒng)

2 冬季運行存在問題

2.1 機組背壓突變

由于空冷機組的冷卻介質是空氣，翅片管內(nèi)的蒸汽受環(huán)境的影響比較明顯，真空穩(wěn)定性較差。時常刮西南風對于機組真空極為不利，受大風影響最大的就是背壓，而背壓一旦降低直接影響投運列空冷的穩(wěn)定運行，易出現(xiàn)過冷現(xiàn)象，如發(fā)現(xiàn)遲緩加之冬季環(huán)境溫度較低則導致管束凍結。反之，背壓一旦突升直接導致凝汽器水位迅速上漲，難以控制。另外凝結水溫度上升達61℃時精處理混床旁路打開，對機組安全經(jīng)濟運行帶來隱患，背壓突升較高時嚴重會引起排氣裝置震動加劇，低壓缸振動上漲，真空泵電流突升等一系列因素。

2.2 凝結水溶氧量高

運行中曾多次發(fā)現(xiàn)凝結水溶氧超標（質量濃度大于 100 μg/L），經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)異常，懷疑真空系統(tǒng)漏空氣、閥門、膨脹節(jié)不嚴、凝泵密封不嚴等。另一因素則是排氣裝置補水量大導致溶氧過大，但對于空冷機組一個重要的原因就是凝結水過冷度大，尤其在冬季由于環(huán)境溫度較低，換熱端差大，二次加熱效果欠佳。負荷越高凝結水溶氧越小，這說明高負荷期間低壓缸排氣量增加從而進入空冷到蒸汽量增加，空冷回水溫度高，從而給排氣裝置的水二次加熱使得溶氧降低。

2.3 疏水溫度回升慢

在開啟進汽蝶閥后較長時間凝結水溫度回升較慢，規(guī)定凝結水疏水溫度回升至35℃時可啟動逆流單元風機。發(fā)現(xiàn)冬季新投入列進汽蝶閥開啟后就地翅片管溫度偏低，就地伴有化冰聲音，說明翅片管內(nèi)部已經(jīng)凍結，隨著進氣量越來越大翅片管內(nèi)結冰逐漸化開，化冰時間較長，僅此可以判定內(nèi)部不結冰嚴重，此時若機組急需升負荷則很容易因為投入列時間較長，影響機組升負荷速度。

2.4 翅片管凍結變形

受負荷限制，蒸汽量減少，環(huán)境溫度在－20～－35℃時，各管束間的溫度偏差較大，且這種溫差將隨著環(huán)境的下降而更大，也就是管束內(nèi)蒸汽流量有偏差。經(jīng)觀察，空冷管束存在著不同程度的變形，集中在兩列管束的聯(lián)接處、蒸汽蝶閥處每列第一根管束、每列最后一根管束，如圖2、圖3所示，其原因為管束受熱不均，膨脹受阻或膨脹量過大引起變形。最末端蒸汽分配管存在盲腸段，退出運行時可能會積存蒸汽，凍結變形。

圖2 末端管束變形

圖3 逆、順流管束聯(lián)接處變形

3 實踐調(diào)整及應用

3.1 機組啟動控制

機組冬季啟動運行時，打開旁路使蒸汽直接進入空冷凝汽器，旁路容量經(jīng)防凍流量計算后合理確定?？紤]冬季工況最小防凍流量的要求，在蒸汽參數(shù)未達到要求前，不向空冷凝汽器排汽，禁止長時間向空冷排小流量蒸汽易造成管束凍結。冬季機組啟動過程中設專人對空冷島各排散熱器下聯(lián)箱及散熱器管束進行就地溫度實測，異常時增加檢查和測量次數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常，消除安全隱患。

3.2 正常運行控制

空冷冬季運行時，應優(yōu)先降低風機轉速、停止風機運行，盡量避免頻繁投、退空冷列，防止蒸汽隔離閥不嚴，造成空冷管束凍結。盡量保持同排各風機頻率相同，防止由于冷卻不均造成局部管束過冷。調(diào)節(jié)風機轉速，使各排散熱器下聯(lián)箱凝結水溫度均高于35℃，且各排散熱器凝結水過冷度均小于6℃。空冷散熱器凝結水的任一溫度降至35℃以下，應及時查找原因，溫度繼續(xù)降低至25℃以下時，降低該排風機轉速，使背壓升高3 kPa，若30 min內(nèi)溫度不上升，則再啟動1臺真空泵運行，當空冷散熱器凝結水溫度上升至30℃，且空冷島進汽溫度與空冷散熱器凝結水溫度之差小于6℃時停運1臺真空泵。若抽氣口溫度繼續(xù)下降，啟動逆流風機反轉，溫度有明顯回升時停止反轉。

3.3 低負荷運行調(diào)整

每2 h實測各排散熱器及聯(lián)箱表面溫度，將背壓設定值提高，以保證較高的蒸汽溫度，不易于凍結，注意抽真空管道及冷凝水管道溫度的過冷度。冬季在低負荷運行工況下，會出現(xiàn)空冷凝結水溫度過低現(xiàn)象，導致所有風機全部停止或在最低轉速下運轉，使直接空冷系統(tǒng)變得更加脆弱，受大風、氣候影響的程度也要加重，因而運行中應避免出現(xiàn)風機全停工況的發(fā)生，同時為防止空冷島翅片管凍結，申請?zhí)岣邫C組負荷，增加進汽量，保障空冷系統(tǒng)安全運行。低負荷期間如需退出空冷列，要按先兩邊后中間的原則，禁止退出蒸汽隔離閥不嚴的空冷列，確?？绽湔羝綦x閥后蒸汽溫度、壓力測點顯示準確，空冷列退出運行再次投運時，抽真空閥開啟后，要加強對蒸汽隔離閥后壓力的監(jiān)視，該測點無明顯變化時，禁止投入該列運行，冬季空冷列退出運行后，要及時投入抽真空管路伴熱。

3.4 氣候突變調(diào)整

機組冬季啟動運行時，打開旁路使蒸汽直接進入空冷凝汽器，旁路容量經(jīng)防凍流量計算后合理確定?？紤]冬季工況最小防凍流量的要求，在蒸汽參數(shù)未達到要求前，不向空冷凝汽器排汽，禁止長時間向空冷排小流量蒸汽易造成管束凍結。冬季機組啟動過程中設專人對空冷島各排散熱器下聯(lián)箱及散熱器管束進行就地溫度實測，異常時增加檢查和測量次數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常，消除安全隱患。冬季運行期間每值應增加就地實測各列散熱器上、中、下部管束溫度及凝結水聯(lián)箱溫度次數(shù)，且各列散熱器上、中、下部的溫度差不得超過5℃，順流散熱器下部溫度不得低于35℃，尤其應注意各列凝結水溫度測點對應側的聯(lián)箱溫度不得低于35℃，防止造成局部過冷。當空冷管束局部過冷，調(diào)整無效時，應及時加裝苫布封堵相應風機的風筒。

4 結語

針對空冷系統(tǒng)需求，及時分析系統(tǒng)狀態(tài)，合理安排運行方式，有效降低空冷機組凍結的隱患，為日常運行調(diào)整和系統(tǒng)維護提供有效依據(jù)。實踐中保證空冷島翅片管不發(fā)生大面積凍結，必須充分了解機組每一負荷段的特性，從設備安裝、運行調(diào)整、系統(tǒng)隱患等方面認真研究，精細調(diào)整，通過冬季調(diào)整逐漸掌握空冷系統(tǒng)的運行特性，為空冷島冬季運行防凍積累運行經(jīng)驗。