大连垃圾焚烧发电厂直接空冷系统防冻措施

许向阳，鲍化坤

（中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038）

大连垃圾焚烧发电厂直接空冷系统防冻措施

许向阳，鲍化坤

（中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038）

阐述了大连垃圾焚烧发电厂的直接空冷系统设计，分析可能引起空冷凝汽器发生冰冻的原因，并提出了相应的防冻措施。

垃圾焚烧发电厂；直接空冷系统；变频调速；蒸汽隔离阀；防冻措施

大连垃圾焚烧发电厂位于大连市甘井子区，焚烧垃圾量1 500 t/d，利用余热发电，配置3台中温中压余热锅炉和2台汽轮发电机组，汽轮机排汽冷却方式采用直接空冷系统（ACC）。该工程地处北温带，属大陆性气候，且具有海洋性气候特征，大气环流以西风带和副热带系统为主，加上一面依山、三面靠海的地理环境影响，季风明显、风力较大，是我国东北地区风速较大的地区之一，极端最低气温为-21．1℃，对直接空冷系统采取防冻措施是非常必要的。

1 直接空冷系统概述

大连垃圾焚烧发电厂主体厂房布置如图1所示。

图1 大连垃圾焚烧发电厂主体厂房整体布置

该厂直接空冷系统工艺流程为：来自余热锅炉的新蒸汽经汽轮机做功后进入排汽装置，再排入排汽管道，当排汽管道爬升到一定高度时，分成3支蒸汽分配管道（单台机组），向6个空冷冷凝单元的蒸汽联箱分配蒸汽（如图2所示）。空冷冷凝单元由顺流管束和逆流管束组成，冷凝管束以近60°成“Λ”型结构布置（如图3所示）。顺流管束组成的冷凝器是空冷系统的主要冷凝部分约70%～80%的蒸汽在顺流管束被凝结为冷凝水设置逆流管束部分主要是为了将未凝结蒸汽和不凝结气体凝结和排出，防止系统内部的某些局部形成“死区”，避免在冬季低温条件下运行时发生管束冻结。空冷岛正对汽机房以2×6形式共配置12台轴流风机（如图4所示），布置于空冷冷凝单元底部，强制通风使空气外掠过凝汽器表面蒸汽在凝汽器内部被冷凝为凝结水，由管束底部的集液联箱收集，最终汇至热井。抽真空管道引自逆流管束顶部，使空气及不凝结气体经由水环真空泵（布置于汽机房内）排出。

图2 大连垃圾焚烧发电厂排汽管道布置形式

图3 大连垃圾焚烧发电厂空冷凝汽器顺、逆流形式

图4 大连垃圾焚烧发电厂空冷单元布置形式

2 产生冰冻原因分析

垃圾焚烧发电厂与常规火力发电厂不同，其特点是以垃圾处理为主，汽轮发电机组采用“机随炉”的运行方式。由于垃圾热值存在不稳定性，锅炉的产汽量会实时变化，汽轮机组运行随之波动，因此空冷系统在冬季低温条件下运行调节不及时，将会导致发生冰冻事故。

直接空冷系统的空冷岛布置于室外，靠近发电厂房，空冷凝汽器直接暴露在自然环境中，其整体散热能力主要取决于空气的干球温度。如果空冷系统设计配置不合理，冬季低温运行条件下，会引起冷凝水过冷度过大，若气温继续下降，不及时采取措施就会发生冰冻事故［1］。轻者使管束的传热性能大大降低，重者使管束内部通道堵塞，导致真空下降，造成机组停机，更有甚者会发生管束变形、爆裂，造成永久性伤害。究其根源，发生冰冻事故的根本原因是，低温环境条件下，空冷岛的整体换热能力远远超过机组的排热负荷，蒸汽在前部管束已凝结为冷凝水，在后部管束被继续冷却形成结冰现象［2］。这种情况已在国内外的直接空冷机组运行中发生过，所以对寒冷地区的直接空冷系统防冻措施需要引起足够的重视。

3 采取的防冻措施

3.1 工程设计方面［3-6］

3.1.1 翅片管的选取

目前，常用的有单排管、双排管、三排管。大通径扁平管蛇形翅片单排管，通径较大，即管内蒸汽流通面积大，有利于汽液分离和管束的防冻，管内外的介质流动阻力小，换热及防冻效果好，管外没有积灰死角，便于冲洗，适合灰尘大的环境，清洗水压低，管的竖向截面抗弯能力强，不需要另设支撑框架，管束质量轻，节省平台型钢用量及平台下部土建费用，目前采用的较多，本工程采用的空冷凝汽器形式为大通径扁平管蛇形翅片单排管。

3.1.2 管束顺逆流比

按照气流与凝结水的流动方向，空冷凝汽器分为顺流段、逆流段2个部分。顺流段（简称K）：蒸汽由蒸汽分配联箱自上而下进入翅片管束，与凝结水流向相同进入下联箱。逆流段（简称D）：将在顺流段未被冷凝的蒸汽通过下联箱自下而上进入翅片管束，与凝结水流向相反。顺逆流混合单元，即空冷冷凝单元内由顺流管束和逆流管束共同组成（如图3所示），简称K/D结构。理论上不凝结气体的含量比较少，逆流段的冷却面积可较小，但是为了有效防冻，将逆流段的冷却面积增大，空冷凝汽器厂家根据工程所在地气候条件通常选取值范围2∶1～6∶1。本工程的K/D最终选取值为5∶2。

3.1.3 风机的调速方式选取

为了对冷却风量进行合理控制，风机通常配备单速电机、双速电机、变频调速电机。采用单速电机，不利于风量调节，通常是风机台数较多的大型空冷机组采用该形式，目前已较少用。双速电机可全速通风，又可以半速供应小风量，也常用在风机台数较多的大型空冷机组。采用变频调速风机可以根据风温变化及时合理调节送风量也节约了能耗，目前采用的较为普遍。本工程地处海边，受一定海风的影响，12台风机均采用变频调速，夏季可超速运行至110%，抵抗大风影响；冬季送风量调节灵活，防冻效果好。

3.1.4 合理分配蒸汽流量

在排汽管道与各蒸汽分配支管的衔接处、各蒸汽分配管道转弯处，加装结构优化的导流板（如图2所示），既降低了管道压降，又使各空冷冷凝单元的蒸汽流量分配均匀。这样，管束内蒸汽压降比较稳定，各空冷冷凝单元的局部管束不会因蒸汽流量分配不均匀导致冰冻。

3.1.5 设置真空蒸汽隔离阀门

在每台机组空冷冷凝单元单列蒸汽分配管上设置1个电动真空隔离阀（如图3所示），当冬季的负荷低于30%时，将阀门关闭，减少投入运行的2个空冷冷凝单元，使剩余4个空冷冷凝单元的冷凝能力与汽轮机的排汽量相适应，减小凝结水的过冷度，可以起到防冻的作用。

3.1.6 设置挡风墙

在空冷凝汽器平台四周设置挡风墙（如图2 3所示），一方面在夏季高温时可防止热风回流提高机组出力；另一方面，在冬季寒冷气候条件下，可防止管束受到侧向风的影响而出现的冷却能力不均匀，压力分布不均匀以致最后结冰，这在已经运行的电厂得到过证实。本工程的挡风墙设置是从空冷平台到水平蒸汽分配管的管顶0．5 m处。

3.2 运行管理方面［7-10］

3.2.1 保证最低蒸汽流量

安装电动真空隔离阀，冬季低温条件下可以关闭单列2个冷凝单元，保持另外4个冷凝单元运行。冷启动条件下，需要保证最低蒸汽流量，其与环境气温的关系见表1。

表1 冬季冷启动时ACC需要最小热负荷与气温的关系

3.2.2 凝结水温度、逆流管束顶部真空抽气口温度的监视

环境温度低于2℃时，当冷凝器各个管束的凝结水温度下降到设定值，则自动调整该空冷单元的进风量或者停止风机运行，直至凝结水温度回升。若真空抽气口温度降低明显，也采用与上述同样的回暖措施。

3.2.3 适当提高机组运行背压

如果在关闭全部运行风机的条件下，机组运行负荷仍不能达到空冷系统散热量，则需要提高机组运行背压，提高机组排热量。

3.2.4 缩短抽真空时间

在冬季冷启动时，尽可能快速将真空抽至较低的背压状态下，增大管内蒸汽流速，缩短蒸汽在管道内的流动和冷凝的时间。

3.2.5 启用备用真空泵

如果管束局部发生冻结，启用备用真空泵加快抽气，提高化冰速度。

3.2.6 重视技能培训

加强运行管理，提高运行人员操作技能，积累防冻运行经验。

4 结论

直接空冷系统在垃圾焚烧发电厂的应用实例尚不多，本工程直接空冷系统所采取的防冻措施在保证机组冬季安全运行方面，可以为类似空冷机组提供参考。但是，还需要根据垃圾焚烧发电厂的运行特点掌握空冷系统的运行特性，优化垃圾焚烧发电厂的直接空冷系统设计。

［1］闫雪莲．直接空冷凝汽器的防冻措施［J］．应用能源技术，2011（1）：29-31．

［2］段刚，耿真．直接空冷机组冷却系统防寒防冻措施［J］．吉林电力，200（5）：40．

［3］孙克学．直接空冷系统防冻措施［J］．科技情报开发与经济，2004（11）：95．

［4］李悦，李小军．600 MW直接空冷机组冬季运行经验［J］．内蒙古电力>术，2006（4）：6-7．

［5］孙立国，田亚钊，孙康明．600 MW直接空冷机组的防冻及解冻［J］．力建设，2007（6）：65-68．

［6］周亚民，安锦民，高恩厚．300 MW直接空冷供热机组防冻措施探［J］．内蒙古电力技术，2007（3）：20-21．

［7］田亚钊，晋杰．600 MW直接空冷机组冬季防冻要点［J］．电力建设，200（2）：4-6．

［8］王忠，赵雁，冯润富，等．内蒙古上都电厂2×600 MW空冷机组防措施［J］．内蒙古电力技术，2005（4）：1-3．

［9］吕荣富．空冷发电厂的冰冻分析［J］．内蒙古科技与经济，2006（12）124-125．

［10］孙立国，孙康明，田亚钊．直接空冷机组冬季启停冻结问题及防范施［J］．电力设备，2006（10）：70-72．

Antifreezing Measures for Direct Air-cooling System of Dalian Waste Incineration Plant

Xu Xiangyang,Bao Huakun
（China Enfi Engineering Corporation,Beijing 100038）

The design of direct air-cooling system in Dalian Waste Incineration Plant was introduced．Its freezing reason of the air-cooling condenser were analyzed,and the corresponding antifreezing measures were put forward．

waste incineration plant；direct air-cooling system；frequency control；steam isolating valve；antifreezin measure

TK264．1+1

B

1005-8206（2012）03-0060-03

2012-01-06

许向阳（1984—），硕士，主要从事发电厂空冷技术研究。E-mail：xuxy@enfi．com．cn。

（责任编辑：郑雯