600MW机组间接空冷系统的防冻与优化

刘海军

(阳城国际发电有限责任公司，山西晋城048102)

1 系统概述

某电厂2×600MW间接空冷机组采取表面式凝汽器(哈蒙式)与海勒式空冷散热器相结合的方式，创造性地采用了自然通风冷却塔和表面式凝汽器的间接空冷系统，是国内首例600MW间接空冷机组。

该系统的冷却塔采用旋转双曲线形钢筋混凝土结构，底部半径为60m，总高150m。空冷散热器采用全铝制六排管冷却三角，冷却三角被垂直布置在塔外一个半径为144m的圆圈内，共安装有176个冷却三角，分为8个扇区，每个冷却扇区设独立的进、出水管和排水管。

该系统流程为:由水质为除盐水的循环水进入表面式凝汽器的水侧，通过表面换热，冷却凝汽器汽侧的汽轮机排汽，受热后的循环水由循环水泵送至空冷塔，通过空冷散热器与空气进行表面换热，循环水被空气冷却后再返回凝汽器去冷却汽轮机的排汽，构成了闭式循环。该系统具有节水、省电、系统简单、分段控制、防冻能力强等优点。投产以来，电厂在冬季运行和防冻方面采取了各种有效手段，积累了丰富的经验，保证了机组和设备的安全运行。

2 间接空冷系统防冻的必要性

间接空冷系统的闭式冷却水主要是通过空冷塔底部的散热器来冷却的，该散热器由匈牙利EGI公司供货，具有冷却效果好、精度高的特点。但由于散热片薄，抗冻能力差，一旦发生局部漏点，就会迅速扩大事故，导致成片的散热器受冻，不仅降低了系统的冷却效果，还会造成散热器损坏;同时，散热器的修复工艺复杂，时间长，冬季无法进行修复，一旦发生事故，造成的直接和间接经济损失都非常大。

间接空冷系统散热器的冻裂事故多数是由于运行中采取的防冻措施不当、控制不完善造成的，本文从这2个方面对防冻进行研究和说明。

3 间接空冷系统防冻措施

3.1 运行中的操作注意事项

(1)进入冬季后，要严格执行空冷系统巡回检查制度，保证设备运行正常，各个必需监视的参数都在允许的范围内，包括风速、环境温度、扇区进/出水温度、直立管液位、膨胀水箱水位等关键参数。

(2)在正常情况下，各扇区百叶窗应投自动，加强监视自动动作情况，在自动调节缓慢或有异常情况时，应及时解除自动并进行手动调节。在自动或手动情况下都必须保证百叶窗各扇区出水温度满足以下要求:环境温度在0℃以上时，保持扇区出水温度不低于25℃;环境温度在0～10℃时，保持扇区出水温度不低于28℃;环境温度低于－10℃时，保持扇区出水温度不低于30℃。在百叶窗投自动时，如果扇区出水温度低于以上要求，要将百叶窗解除自动，手动关小百叶窗开度，直到出水温度达到要求。

(3)每班至少对空冷塔百叶窗开度校对1次，发现百叶窗就地开度和画面开度不一致或各个三角百叶窗开度不一致时，应及时将百叶窗温度控制解除自动，先手动关闭百叶窗，然后再打开百叶窗，画面开度与实际开度一致后投入温度控制自动。

(4)扇区泄水后，必须就地检查确认该扇区进、回水门全部关闭，泄水门开启，冷却水管手动放水门余水放尽。扇区泄水后，应保持该扇区所有百叶窗全部关闭，与该扇区相邻的2个扇区的百叶窗也应全部关闭。发现百叶窗有结冰、积雪时，要及时联系维护人员进行清理。

(5)无论何种原因引起机组甩负荷时，都要立即关闭所有百叶窗。在机组跳闸后，应根据机组恢复启动时间、循环水温度的情况及时安排部分或全部扇区泄水。除特殊情况外，投、退扇区的操作应该尽量安排在白天温度较高的时候进行，并尽量减少扇区的投、退操作。机组在遇有启动和停机操作时，必须提前了解并监视环境气象条件的变化。

(6)当扇区发生泄漏时，立即关闭该区域及相邻区域百叶窗并汇报。泄漏量较大时，应立即退出该扇区运行，防止结冰冻坏冷却三角。

(7)在机组负荷降低后，应及时关闭迎风面的百叶窗，随后再逐渐关小其他方向的百叶窗。百叶窗全部关闭后，若扇区出水温度仍低于28℃，应申请适当提高机组负荷，必要时应退出部分扇区运行，冷水温度上升到28℃以上后再恢复。夜间机组调峰时，尽量避免快速增、减负荷，在寒冷季节应减小调峰深度。

(8)当环境温度低于0℃时，#4，#5扇区中选择一个扇区泄水列备，用以提高循环水流速和温度。当环境温度低于－5℃时，再将另一个扇区泄水列备，保持2个扇区泄水列备，再次提高流速。保持2台循环泵运行，在大雪、冰冻、降温等恶劣天气，风力大于5级或环境温度低于零下10℃时及时启动第3台循环泵，进一步提高流速。

(9)当环境温度低于－5℃或风速较大时全关迎风面扇区百叶窗。当有泄水扇区时，全关与泄水扇区相临运行扇区的2个冷却三角的百叶窗(1～2个百叶窗执行机构)。当冷却三角泄漏隔离时，全关该冷却三角百叶窗。监视精处理混床温度(不能超过60℃)，在保证安全的前提下适当开大处于背风面且风速不大区域的百叶窗。

3.2 间接空冷塔的自动控制及保护措施

(1)当环境温度＞6℃时，如果凝汽器背压＞7 kPa，循环水热水温度＞38℃或8min内温升达4℃(为响应温度的快速变化)，则扇区的百叶窗开始开启调节;如果热水管温度＜35℃，则扇区的百叶窗开始关闭调节。如果背压＜7kPa，背压升到了最高限(用主汽流量函数计算的背压低限加上2kPa的回滞区)或8min内背压压升达1kPa(为响应背压的快速变化)，则扇区的百叶窗开始开启调节;如果背压达低限(用主汽流量的函数计算的背压低限)或8min内背压降低了1kPa(为响应背压的快速变化)，则扇区的百叶窗开始关闭调节。

(2)当环境温度＜6℃时，如果背压＞7kPa，循环水热水温度＞(28－环境温度×0.091)℃且热水管温度＞38℃，则扇区的百叶窗开始开启调节;或者每8min检测1次，当扇区回水和循环水热水温度温升达4℃时，则扇区的百叶窗开始开启调节。如果背压＜7kPa，扇区回水温度＞(28－环境温度×0.091)℃且背压达高限(用主汽流量的函数计算值加上2kPa的回滞区)，则扇区的百叶窗开始开启调节;或者每8min检测1次，扇区回水温度温升达4℃且背压压升达1kPa，则扇区的百叶窗开始开启调节;如果背压达低限(用主汽流量的函数计算的背压低限)，或者8min内其温降达4℃且扇区回水温度＜34℃，则扇区的百叶窗开始关闭调节。

(3)环境温度＜2℃时，如果扇区回水温度低于(16－环境温度×0.091)℃，则认为过冷，开始关阀。延时150s后扇区将切除放水。

(4)为尽可能优先保护设备，不论环境温度高低，如果背压＞7kPa，8min内循环水热水温降达4℃，则扇区开始关闭调节;如果背压＜7kPa，8min内背压压降达1kPa，则扇区开始关闭调节。如果扇区回水温度低于(30－环境温度×0.091)℃，扇区开始关闭调节;如果扇区回水温度低于(21－环境温度×0.091)℃，则禁止开启扇区，延时10s，将扇区的百叶窗全关。

(5)在空冷塔控制系统失灵、厂用电失电等紧急情况下，为防止空冷散热器发生冻结事故，空冷塔内设有冷热水紧急泄水阀。循环水泵停运后，为防止扇区内循环水停止流动而发生冻结事故，会自动开启急泄水阀，对整个扇区进行泄水。紧急泄水阀开启后，所有扇区的水将在3min内泄至地下储水箱，确保散热器内的水不会结冰。

3.3 极端恶劣天气时空冷塔百叶窗的自动控制和优化

机组投产后2年多来，每年冬天都出现过少量散热片受冻的情况，经过仔细研究，发现空冷塔每2个冷却三角之间的连接上不可避免地存在一些微小缝隙，大风降温时，通过这些微小缝隙漏过的风带走了散热片的部分热量;另外，由于每个扇区的循环水都是从11组散热片的底部、中间进入，就形成了中间流量大、两边流量小的水分配形式。所以，每个扇区的两边就会由于循环水流量低、热量少、漏风大而导致冷却三角的温度降到零点以下，使散热片受冻。

根据实际运行情况，在空冷塔每个扇区的第6冷却柱、第17冷却柱上各安装2个温度计，位置在散热器的表面，同一个冷却三角两面各1个，用于测量散热片进口的最低风温。通过控制每个扇区两侧各3个百叶窗的开度，提高通过这些扇区冷却三角的水温，最终提高每个扇区两侧最容易受冻处的防冻能力。

自动控制思想如下:

(1)当第6冷却柱上的温度降到冰冻临界点温度以下(大约为8℃)时，该扇区冷却三角左侧的3个百叶窗转入新的控制方式，将关闭5%(约3s);系统每隔1min检测1次，如果温度还低，继续关闭，温度上升到危险临界温度以上(大约为12℃)时，停止关闭。

(2)当第6冷却柱上的温度稳定上升到15℃时，3个百叶窗转换到标准温度控制模式，即原来的控制方式。

(3)第17冷却柱上的温度用于控制该扇区冷却三角右侧的3个百叶窗，原理同上。

(4)除左、右各3个百叶窗的控制逻辑需要改变外，其余百叶窗的控制逻辑不变。

4 结束语

随着国内间接空冷机组的不断增多，加之气候日益多变，间接空冷塔的防冻显得越来越重要。如果不采取有效措施保证防冻的可靠性，轻则影响机组的安全运行，造成非计划停运或限负荷出力，重则造成几千万元的设备损坏。因此，在工作中不断进行总结并采取有效的优化措施，可保证空冷塔运行更加可靠。

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