直接空冷系統(tǒng)運(yùn)行問題分析及應(yīng)對措施

喬書友

北京北控雁棲再生能源科技有限公司 北京 101400

直接空冷系統(tǒng)是指汽輪機(jī)排汽在空冷凝汽器中被空氣冷卻而凝結(jié)成水，在直接空冷系統(tǒng)的整個(gè)換熱過程中，外側(cè)流過的是冷空氣，蒸汽被冷卻凝結(jié)成水，在我國水資源緊缺的北部區(qū)域有著十分重要的作用和意義。其在實(shí)際應(yīng)用中會將空氣中的水汽匯集到排氣裝置，經(jīng)凝泵、給水泵等升壓后送回鍋爐，但在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)階段，難免會出現(xiàn)一些列問題，如不對存在的問題采取應(yīng)對措施進(jìn)行處理，勢必會影響直接空冷設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性和穩(wěn)定性，因此需要對難題實(shí)施解讀，提高系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的效率。

1 直接空冷系統(tǒng)應(yīng)用的意義

直接空冷系統(tǒng)是適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的重要組成部分，需要以節(jié)能減排和現(xiàn)代化技術(shù)為核心，現(xiàn)如今現(xiàn)代化直接空冷系統(tǒng)已經(jīng)成了我國電廠綠色發(fā)展中必不可少的一份重要力量[1]。

圖1 電廠鍋爐車間

但是由于我國直接空冷系統(tǒng)起步較晚，一些專業(yè)技術(shù)還不夠成熟，所以導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行中仍然存在一定的問題，且問題的發(fā)生相對于發(fā)達(dá)國家較為嚴(yán)重。除此之外，從能源的開發(fā)與利用的情況來看，日常供電所需的能源表面是取之不盡、用之不竭的，但從實(shí)質(zhì)上看可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)如今能源衰竭的問題正日益加重，國家以及社會各部門對節(jié)能設(shè)計(jì)的重視程度也在日益增加。直接空冷系統(tǒng)是以環(huán)保節(jié)能為原則，其能夠在水資源緊缺的地區(qū)提高電廠運(yùn)行效率，是當(dāng)前我國綠色可持續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)型的升級需要，也是當(dāng)前時(shí)代的發(fā)展需求，對于實(shí)現(xiàn)行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展具有重大意義[2]。

2 直接空冷系統(tǒng)技術(shù)

直接空冷系統(tǒng)研究的范圍包括機(jī)械工程、水轉(zhuǎn)化動力等，現(xiàn)如今已經(jīng)在液體器械和自動控制方面都取得了重要的突破與發(fā)展。

2.1 鍋爐及其應(yīng)用

直接空冷系統(tǒng)可以將水資源高效轉(zhuǎn)化，如在鍋爐中應(yīng)用該技術(shù)，可以通實(shí)現(xiàn)高效能量的轉(zhuǎn)化。我國古代便有了對空冷的記載，其能夠通過水制定冷氣，當(dāng)前人們對鍋爐的運(yùn)作以及能量控制水平逐漸提高，使得直接空冷系統(tǒng)可以被有效應(yīng)用，如燃燒部分和熱能傳遞部分，通過直接空冷系統(tǒng)可以提升水資源的轉(zhuǎn)換效率，透過特殊的設(shè)備將排出的熱氣冷卻成凝結(jié)水，多次循環(huán)使用的空氣為冷卻媒介，在此過程中可以為鍋爐配置計(jì)算機(jī)設(shè)備，感應(yīng)裝置等，以此實(shí)現(xiàn)自動化控制，發(fā)揮該技術(shù)在電廠鍋爐應(yīng)用中的效果[3]。

2.2 直接空冷系統(tǒng)的運(yùn)用

電廠在實(shí)際運(yùn)行過程中，需要通過燃燒燃料產(chǎn)生熱量，熱能通過固定裝置會轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，現(xiàn)如今已通過直接空冷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動化冷卻控制。發(fā)電中的溫度控制系統(tǒng)中包括燃燒控制器、比例閥、PLC溫度控制系統(tǒng)，實(shí)際應(yīng)用中需要對現(xiàn)場電信號與爐內(nèi)溫度進(jìn)行對比，通過運(yùn)用數(shù)學(xué)的計(jì)算方式，提高了水冷卻轉(zhuǎn)換的效率和控制的效率。轉(zhuǎn)化連接系統(tǒng)通過對溫度的測量，實(shí)現(xiàn)對電廠發(fā)電溫度的控制，汽機(jī)排泄的飽和蒸汽通過排氣管道安放在房屋外的空氣凝汽器內(nèi)，但會出現(xiàn)一定的偏差，因此必須應(yīng)用直接空冷系統(tǒng)，進(jìn)而完成二次使用，以此克服傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)中的問題，減少了發(fā)電對環(huán)境的污染，在綠色可持發(fā)展中有著重要的推廣意義。

3 直接空冷系統(tǒng)運(yùn)行問題分析

3.1 真空滲漏問題

直接空冷系統(tǒng)散熱設(shè)備通常使用管狀構(gòu)造，管子數(shù)目龐大并且自帶散熱翅片，且直接空冷系統(tǒng)的排氣管內(nèi)徑偏大，所以焊裝位置面積偏大、焊縫過長、密閉情況不良，特別是在拐彎位置，極易導(dǎo)致真空滲漏；空冷島占地規(guī)模大，構(gòu)造繁雜，裝設(shè)階段無法全部密閉，翅片與管子相連的位置極易出現(xiàn)滲漏的情況。除此之外，由于翅片極為單薄，如不對此進(jìn)行處理將會出現(xiàn)連接滲漏問題，最終使得管道變形。

3.2 管束積塵問題

因?yàn)榭绽錂C(jī)組是裸露于戶外的，這讓空冷機(jī)組任意方位均與外部環(huán)境對接，且由于我國的北部區(qū)域運(yùn)用該技術(shù)的次數(shù)較多，地區(qū)特點(diǎn)為沙暴天氣較多、空氣污染嚴(yán)重，最主要的問題則是水資源緊缺。因此，對于管束積塵問題需要著重關(guān)注，如不注意將會導(dǎo)致空氣內(nèi)大批的粉塵與外部環(huán)境的聯(lián)系被中斷，且在管束位置如出現(xiàn)了積塵問題，會由于遺留散熱翅片而不能和冷空氣完成熱互換，最終使得空冷機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)不流暢，出現(xiàn)系統(tǒng)性問題。

3.3 凝結(jié)水管道振動

尾部排汽由順流散熱器管束上部進(jìn)入，未凝結(jié)部分與進(jìn)入管道中的不凝結(jié)氣體一起進(jìn)入逆流散熱器管束中，再通過各列凝結(jié)水聯(lián)箱下端接出凝結(jié)水管道，最終匯入排汽裝置下的凝結(jié)水箱，使得凝結(jié)水管道振動在電廠運(yùn)行中普遍存在。該問題在直接空冷系統(tǒng)中普遍存在，如系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行凝水流速為0.6m/s-0.7m/s之間，如發(fā)生了該問題及其容易造成在管道中凝結(jié)水流速過大，可使得流速超過1m/s以上，且可能凝水在管道轉(zhuǎn)彎區(qū)堆積一部分不凝結(jié)氣體，形成汽液共存狀態(tài)，延長震動時(shí)間。

3.4 空冷散熱能力不足

我國的直接空冷系統(tǒng)多應(yīng)用于水資源匱乏的特殊區(qū)域，且由于區(qū)域情況較為特殊，極其容易出現(xiàn)系統(tǒng)損壞的問題。就目前情況來看，大多數(shù)空冷系統(tǒng)燃煤機(jī)組運(yùn)行多年后，風(fēng)機(jī)組回出現(xiàn)空冷散熱能不足的問題進(jìn)風(fēng)便會受到嚴(yán)重影響，使得空冷系統(tǒng)性能無法達(dá)到實(shí)際需求。如直接風(fēng)冷系統(tǒng)在我國北部地區(qū)，會由于夏季高溫炎熱而影響實(shí)際運(yùn)行，如地區(qū)的大風(fēng)天氣較多，遇到此類天機(jī)將導(dǎo)致進(jìn)風(fēng)量急劇下降和機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性下降。同時(shí)，由于空氣質(zhì)量原因，可能會出現(xiàn)散熱能力不足的問題，易造成空冷系統(tǒng)換熱性能下降，導(dǎo)致汽輪機(jī)排汽壓力升高，使得系統(tǒng)運(yùn)行無法滿足實(shí)際需求。

4 直接空冷系統(tǒng)運(yùn)行問題的解決措施

4.1 預(yù)防真空滲漏的策略

在直接空冷系統(tǒng)的整個(gè)換熱過程中，外側(cè)流過的是冷空氣，蒸汽被冷卻凝結(jié)成水，在我國水資源緊缺的北部區(qū)域有著十分重要的作用和意義。因此，實(shí)際應(yīng)用中需要預(yù)防真空滲漏，第一步應(yīng)使用前衛(wèi)的焊裝科技，解決焊裝導(dǎo)致的密閉情況不佳的難題，要設(shè)計(jì)管子與翅片融合的散熱設(shè)備，第二部應(yīng)嚴(yán)格依照圖紙完成，研發(fā)出能夠檢驗(yàn)大規(guī)模真空滲漏的辦法，規(guī)避在運(yùn)送途中或裝設(shè)階段損毀，方便檢查出故障并予以化解。

4.2 管束積塵的應(yīng)對方法

管束積塵作為常見問題，需要對此加大關(guān)注力度，直接空冷系統(tǒng)管束積塵問題的處理方法具體如下。

合理設(shè)計(jì)散熱設(shè)備，讓其既能夠確保與外部環(huán)境充分接觸。

散熱設(shè)備的形態(tài)與散熱翅片的構(gòu)造與大小需要進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以免加快管束積塵的速度，防止問題的出現(xiàn)。

依照空氣質(zhì)量狀況，編排清灰時(shí)間，并在此基礎(chǔ)上改良清灰設(shè)備，例如運(yùn)用高壓水力清灰的模式。

讓散熱設(shè)備上的灰塵無法左右散熱功效，最大程度地節(jié)省清灰使用水。

4.3 凝結(jié)水管道振動的解決措施

為了削弱凝結(jié)水管道振動帶來的危害，需調(diào)整共振頻率，減弱振動，并在此基礎(chǔ)上對凝結(jié)水管自身的振動頻率進(jìn)行分析，了解引起管道振動的原因，結(jié)合當(dāng)前實(shí)際情況分析發(fā)生的位置，排除管系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題、管道管徑設(shè)計(jì)問題、管道流向問題及外力附加，以此確定最終的問題原因及解決措施，提高解決問題的效率。如出現(xiàn)了風(fēng)、地震、雪荷載等影響情況，可以結(jié)合上述問題情況，將凝結(jié)水管道設(shè)計(jì)為彎形下降，實(shí)現(xiàn)有效的電廠系統(tǒng)改造，并根據(jù)問題的情況增大凝結(jié)水管道的直徑，如為設(shè)計(jì)問題，則可以根據(jù)要求增加節(jié)流孔板，減小對凝結(jié)水管段的局部產(chǎn)生沖撞，避免直接空冷系統(tǒng)出現(xiàn)振動問題。

4.4 增加空冷散熱能力

針對直接空冷系統(tǒng)散熱能力不足的問題，增加尖峰冷卻設(shè)備最為有效，其可以提高系統(tǒng)整體的散熱系數(shù)。例如，可增加蒸發(fā)式冷卻器輔助噴水冷卻，減少進(jìn)入已有空冷凝汽器的排汽量，分擔(dān)一部分已有空冷機(jī)組的冷卻負(fù)擔(dān)，最終根據(jù)降低機(jī)組背壓值確定，抽真空管線匯入已有空冷系統(tǒng)抽真空系統(tǒng)中。在夏季高溫段（6-8月）機(jī)組運(yùn)行時(shí)，分擔(dān)已有直接空冷散熱器的冷卻面積，機(jī)組負(fù)荷均能滿足。同時(shí)，可通過增加空冷散熱器單元來解決問題，以此增加部分?jǐn)?shù)量的空冷散熱器列數(shù)，減少進(jìn)入已有空冷凝汽器的排汽量，最終形成汽輪機(jī)排汽壓力下降，從而滿足直接空冷系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的需求。

5 結(jié)語

直接空冷系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)階段會產(chǎn)生真空滲漏、積塵等情況，可以通過優(yōu)化規(guī)劃、改善工藝解決問題，且在此過程中必須針對不同的問題采取針對性策略，以此讓空冷機(jī)組能夠穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)地工作，并在此基礎(chǔ)上通過規(guī)劃部署，減少空冷島間的互相作用，使系統(tǒng)能夠正常平穩(wěn)運(yùn)行。在實(shí)際執(zhí)行中需要分析研究問題，并針對問題提出具體的解決策略，使建設(shè)符合當(dāng)前時(shí)代的發(fā)展需求，保證直接空冷機(jī)組的正常運(yùn)行，為發(fā)展創(chuàng)造有利條件。