间接空冷机组循环水系统的启动

高运，陈云峰，金红伟

(华电重工股份有限公司，北京 100160)

0 引言

间接空冷系统相比直接空冷系统具有机组背压低、运行稳定、无噪声、运行费用低、受环境风影响较小等优势，近一段时间，越来越多的电厂开始采用间接空冷系统作为机组冷却方式。本文结合华电喀什电厂的实际运行情况，从理论上对于间接空冷系统旁路与循环水系统的配合启动进行论述。

1 间接空冷系统旁路的作用和选择

间接空冷系统启动前需要对整个系统管道和水箱进行灌水，当膨胀水箱液位达到正常液位时，可以认为整个系统已经充满水。此时所有扇区尚未充水，扇区进、出口阀门均处于关闭状态，循环水无法建立回路。设置旁路及旁路阀的作用就是在循环水系统启动初期，通过旁路建立水循环回路。

为便于操作和维护，循环水旁路通常布置在扇区进、出管道上。旁路的数量和规格应根据水阻来确定，一般每座空冷塔设置4个旁路，旁路规格与扇区管道一致。旁路选型时应使旁路的水阻与管束的水阻相匹配，保证循环水泵在扇区未投运或部分投运的条件下，水泵扬程处于设计点附近。由于旁路中水流速较高，局部水阻较大，大多数情况不需要额外设置孔板。

机组运行时，旁路阀开启数量需要与扇区投运数量相匹配。需要考虑的因素包括循环水泵运行模式、扇区和旁路的流量分配、循环水系统水阻和水泵扬程。

旁路开启和关闭过程中，循环水系统瞬间会产生波动很大的压力，对操作人员的经验和水平有非常高的要求，因此不推荐手动开启或关闭旁路。循环水系统投运后，旁路阀功能组应处于自动状态，旁路投运数量根据逻辑判断自动实现。

2 华电喀什电厂间接空冷系统概况

华电喀什电厂二期2×350 MW(#5，#6)机组采用表面式凝汽器间接空冷系统，冷却设备为带垂直布置的全铝制空冷散热器的自然通风冷却塔。该工程2台机组共设1座间接空冷塔，间接空冷塔用作主机排汽和汽动给水泵小汽轮机排汽冷凝。

间接空冷系统采用扩大单元制，每台机组配2台循环水泵(双速电机)，2台机组共配置4台循环水泵，循环水泵设置在空冷塔出口冷水侧。全塔分为12个扇区，每台机组各6个扇区，2台机组扇区间隔布置。全塔共设置4个旁路阀，每台机组2个。每个扇区进、出水管道上均布置有压力变送器和PT100测温元件，这些仪表对以后的运行监控和性能分析有着重要意义。

循环水泵设计点参数见表1，循环水泵性能曲线和表面式凝汽器的水阻曲线如图1～图3所示。

表1 循环水泵设计点参数

图1 循环水泵性能曲线(高速)

图2 循环水泵性能曲线(低速)

图3 凝汽器水阻曲线

3 不同运行工况下的系统水阻

间接空冷系统水阻与循环水泵投运数量、高低速模式、扇区投入数量、旁路阀开启数量等因素相关。为了确定0～6个扇区投入条件下旁路阀允许开启或关闭的状态，需要对各种工况下整个系统的水阻分别进行计算，确保循环水泵不出现过载和管束内水流速不超速。表2～表5为各工况下系统水阻的计算值(高速工况设计扬程为20.5 m，低速工况设计扬程为14.5 m)。

表2 两泵高速工况下系统水阻的计算值

表3 两泵低速工况下系统水阻的计算值

表4 单泵高速工况下系统水阻的计算值

表5 单泵低速工况下系统水阻的计算值

(1)表中灰色区域，换热管内流速超速，当系统运行在灰色区域时，需要开启旁路阀。

(2)循环水泵出口压力为根据膨胀水箱液位和压力表安装位置的估算值。两台泵高速运行工况下，各种运行方式下凝汽器入口压力均在0.6 MPa附近，凝汽器承压水平较高。

(3)从水阻和泵设计点的符合情况来看：

1)两台泵高速运行和两台泵低速运行与设计点比较接近，是较合理的运行工况；

2)单泵高速运行时一些工况存在过载风险，水阻在泵扬程曲线的范围之外，水泵效率很低，是否可以使用需要得到循环水泵厂家的确认；

3)单泵低速运行虽然无过载风险，但与设计点偏离较远，泵效率较低，不推荐作为长期运行使用。

4 循环水系统及空冷系统推荐启动方式

4.1 机组冬季启动运行的防冻保护

该项目为两机一塔，#5机组先投入运行，#6机组暂未投运。冬季冷态启动注意事项及过程如下。

(1)#6机组百叶窗应处于全关状态。

(2)对泵运行方式的分析可以看出，推荐的循环水泵安全运行方式有两种：一是两台泵高速运行，二是两台泵低速运行。

(3)空冷塔冬季运行时，推荐全流量全扇区投入运行，推荐的启动方式为两泵高速运行。只有大流量循环水通过空冷塔才能保证循环水进、出口温差较小，在保证出水温度高于20 ℃的条件下，需要的热水温度不至于过高。在冬季如果采用较小的循环水流量，同等热负荷下，在保证冷水温度不低于防冻温度的条件下，需要有更高的热水温度。一旦空冷塔内空气温度不能维持在较高的水平，则热水温度不能维持，进而冷水温度也无法维持。

由于该项目全塔已经有6个扇区处于关闭状态(#6机组)，如果#5机组仅有部分扇区处于运行状态，塔内流场和温度场会极度不均匀，投运的扇区中局部管束有冰冻的风险。因此，原则上推荐全扇区投入运行。

(4)在热负荷较小的条件下，减少扇区投入数量可以提高循环水水温，但考虑到空冷塔内部流场在仅部分扇区投入的条件下会极度不均匀，因此在仅部分扇区投入运行的条件下应密切关注扇区管束的局部温度，确保扇区不发生局部冻结现象。

(5)对于开启旁路阀运行模式，由于会降低进入管束的循环水流量，不利于防冻，因此在冬季运行中不推荐采用带旁路运行模式。

4.2 启动流程

(1)系统就绪。膨胀水箱处于非低液位，紧急放水阀关闭，膨胀水箱溢流阀关闭，旁路阀就绪，百叶窗全关，扇区进、出口阀门就绪，扇区排水阀就绪，充水泵就绪。

(2)关闭扇区进、出口阀门，关闭扇区排水阀，打开2个旁路阀。

(3)同时启动2台循环水泵，2台循环水泵处于高速运行方式。

(4)循环水温度大于40 ℃时，允许开始向第1个扇区充水。

(5)启动扇区“充水”程序，逐一向扇区充水。如果控制系统未就绪，在手动充水过程中必须注意以下几点。

1)膨胀水箱液位达到充水液位时，才允许向扇区充水。

2)扇区充水后膨胀水箱液位必须高于最低液位，一旦液位过低，应及时向膨胀水箱补水。

3)一旦充水过程出现故障，应马上关闭扇区进、出口阀门，打开扇区排水阀，对扇区进行放水。

(6)出于防冻保护的考虑，充水后的扇区应处于“自动”模式。如果此时控制系统未就绪，在手动控制中应注意以下几点。

1)充水过程中，扇区的百叶窗应处于关闭状态。

2)充水后，应监视扇区冷水温度，仅当水温高于25 ℃时才逐步打开百叶窗，每次调节百叶窗的开度不超过5%，保证水温维持在25～30 ℃。水温在约10 min之后才会开始发生变化，并在更长的时间后才会最终稳定下来。

3)如果扇区冷水温度低于12 ℃，则应关闭扇区进、出口阀门，打开扇区排水阀，对扇区进行排水。

4)对于排水后的扇区和未投运的扇区，可根据情况打开扇区回流管道上的手动球阀，保证有少量热水可以通过回热管路在阀前流向冷水管道，防止管道和阀门发生冻结。

(7)如果采用两泵高速运行方式，在旁路阀全关的条件下，6个扇区必须全部投入运行。如果采用两泵低速运行方式，在旁路阀全关的条件下，扇区投入运行数量可以是6个、5个和4个。

5 结论

该电厂间接空冷系统运行一段之间后，对系统运行情况进行了跟踪。由循环水泵进、出口压力可以看出，系统实际运行水阻与计算水阻吻合性非常好。

循环水泵曾单台高速运行，未出现过载现象，但电流较高。单台泵高速运行时，从电流推算循环水泵效率为70%左右，效率很低，能耗较大。

通过对循环水系统的水阻计算，分析总结如下。

(1)循环水泵推荐采用双速泵，单泵低速运行时有利于保护循环水泵，在机组低负荷运行时可以降低能耗。

(2)循环水泵不宜单泵高速运行。虽然华电喀什电厂单泵高速运行未出现问题，但对于配置3台循环水泵的600 MW机组，如果单台泵高速运行，过载风险会增大。

(3)循环水泵宜布置在循环水热水侧，以降低表面式凝汽器的承压水平。循环水泵布置在循环水热水侧，凝汽器承压降低，空冷散热器承压水平与循环水泵放置在冷水侧没有区别。

(4)在编制间冷系统控制逻辑之前，应对各工况水阻进行计算，以确定不同扇区投入状态下旁路阀允许开启或关闭的数量。