极寒地区空冷机组防冻优化分析

孙永斌，王 礼，刘国华，揭其良

(华电电力科学研究院东北分院，辽宁 沈阳 110079)

极寒地区空冷机组防冻优化分析

孙永斌，王 礼，刘国华，揭其良

(华电电力科学研究院东北分院，辽宁 沈阳 110079)

空冷机组在富煤贫水地区有降低能耗、减少污染、占地面积小、调节灵活等优点，但其防冻问题一直是制约其在北方寒冷地区发展的主要原因。以白音华金山坑口发电厂(空冷机组)为例，针对其冬季气温低导致空冷岛结冰严重、效率降低的问题，提出了抽真空过冷保护控制、霜冻保护控制、回暖控制3种优化控制策略，经过实际应用，解决了空冷岛结冻问题，大大提高了机组真空度和冬季运行效率，可供其它空冷机组电厂借鉴。

空冷机组；防冻控制；极寒地区

白音华地处蒙东地区，地广人稀，风力较大，气温偏低，冬季时常伴有暴雪现象，气温在-50～-40 ℃，从风力和地理位置来看，非常适合应用空冷机组，但由于气温偏低，给空冷机组的防冻问题及机组效率带来了巨大的考验，因此本机组采用了3种优化控制策略，防止极端温度对空冷机组造成冻结[1-2]。

1 空冷系统概况

白音华金山坑口发电厂2×660 MW机组空冷岛是由德国GEA能源技术有限公司生产，主要实现用空气来冷凝汽轮机的排汽，通过空气与蒸汽进行热交换来达到冷凝的作用。

本机组空冷凝汽器共56台轴流风机，所有风机均采用变频调速控制。翅片管束以等腰三角“A”型结构构成，“A”型两侧的翅片管束布置为顺流管束和逆流管束，当汽轮机乏汽经联箱流经空冷凝汽器的翅片管束时，大量的冷空气通过翅片管被轴流风机吸入，进行表面换热，冷凝下来的凝结水由凝结水管道收集并排至凝结水箱，经凝结水泵送入凝结水系统。汽轮机排汽的75%～80%乏汽在顺流凝汽器中被冷却，剩余的蒸汽在逆流凝汽器中被冷凝，避免了凝结水过冷、溶氧和冻害。在逆流管束顶部设有抽汽系统，防止运行中在管束内部的某些部位形成死区，避免在冬季产生冻结。

2 抽真空过冷保护控制

空冷岛真空度过冷可能造成散热面内蒸汽流动不畅，换热效果差，起不到冷凝蒸汽的作用，影响机组效率，严重情况下可能会发生冰冻事故，给机组的安全稳定运行带来困难。因此本机组采用如下的控制策略来防止抽真空度过冷情况的发生。

在机组正常运行过程中，当排汽温度与所有非隔离段抽真空温度的平均值之差超过15 ℃时，发出抽真空过冷报警，如果经过10 min，过冷保护信号仍然存在，则抽真空过冷保护动作，启动备用的水环真空泵；当排汽温度与所有非隔离段的抽真空温度的平均值之差小于6 ℃并持续10 min以上，则停止运行中的非工作真空泵。

该控制策略的目的是当温差过高时，通过真空泵的启动将空冷岛受热面内积聚的不凝结气体排除空冷岛，当温差减小时，停止真空泵，保证机组的经济运行。

3 霜冻保护控制

空冷机组中如果排汽压力控制正常，就会避免因排汽压力低于抽真空组的抽汽限值，导致过多空气和不凝结气体积存的情况，气体积存可导致凝汽器内的凝结水过冷，在冬季较低的环境温度下还会结霜。因此，控制排汽压力是霜冻保护的有效手段[3-4]。

如果在机组正常运行的过程中，环境温度小于2 ℃，排汽温度与凝结水温度之差大于15 ℃或凝结水温度大于35 ℃时，则发出凝结水过冷信号，如果经过10 min，霜冻保护信号仍然存在，则霜冻保护运行动作，延时2 s启动备用的水环真空泵，同时将空冷系统的排汽压力设定值在原来的基础上增加3 kPa，以维持系统的真空度。

当排汽温度与凝结水温度的平均值之差小于6 ℃，并且凝结水温度小于35 ℃时，延时10 min，复位霜冻保护运行指令，同时控制系统将排汽压力的设定值设回之前的值，停止运行中的非工作真空泵。

该控制策略的目的是防止凝结管束过冷或者结霜，造成凝汽器真空下降，影响机组的出力，所以应提前启动备用真空泵并提高真空设定值，以保证机组负荷不受影响。

4 回暖控制

出于对防冻的考虑，当环境温度小于2 ℃时，空冷系统运行需要同时考虑列的投切和风机的运行；当环境温度大于2 ℃时，仅需要考虑风机的运行即可。因此当环境温度小于2 ℃时，采用回暖的控制策略，可以防止逆流换热器抽汽口结冰，造成堵塞。

回暖功能投入的条件是环境温度低于2 ℃，要有一定的热负荷，也就是处于一定的风机步序。热负荷过小意味着风机逆转并不能吸入热风，也就没有了回暖的意义。回暖时风机先停机，然后以15 Hz反转300 s，抽吸周边的热空气，融化可能形成的冰块。风机停止后，正转启动风机，转速与其它顺流风机保持一致。

当环境温度小于2 ℃，回暖系统未运行，且风机处于第15或16转速级时，延时300 s自动启动10～80排回暖；风机处于第11或12转速级时，延时300 s自动启动20～70排回暖；风机处于第7或第8转速级时，延时300 s自动启动30～60排回暖；风机处于第3或第4转速级时，延时300 s自动启动40～50排回暖。

当环境温度大于5 ℃，或风机上切至第16级，或风机下切至第15级时，停止10～80排回暖;当环境温度大于5 ℃，或风机上切至第12级，或风机下切至第11级时，停止20～70排回暖;风机上切至第8级，或风机下切至第7级时，停止30～60排回暖;当风机上切至第4级，或风机下切至第3级时，停止40～50排回暖。在某排逆流凝汽管束回暖时，若出现停止回暖保护的信号，要在该排的回暖结束后，才能停止回暖保护。

回暖的目的是防止空冷岛抽汽口在冬季被凝华的冰絮堵塞，导致空气在管束内积存。

5 结束语

通过3种控制模式的优化，空冷机组在冬季的运行效率得到了明显的提升，避免了因凝结水温度过低或结霜造成真空度的降低，从而保证了机组的安全稳定运行，避免可能造成的跳机风险。该控制方式有效提高了机组的运行效率，为空冷机组在极寒地区的可靠运行奠定了坚实的基础。

[1] 李 波，杨 辉.600 MW直接空冷机组空冷控制系统逻辑优化[J].东北电力技术，2010,31(4):40-41.

[2] 傅 松，于淑梅，王立新.空冷电站冬季防冻措施[J].东北电力技术，1998,19 (8):39-42.

[3] 席新铭. 电站直接空冷系统对机组经济性影响的研究[D]. 北京:华北电力大学,2007.

[4] 魏 德. 北方典型气候条件下600 MW直接空冷机组的优化运行[D]. 北京:华北电力大学,2007.

Optimization Analysis on Anti Freezing of Air-cooling Unit in Extremely Cold Area

SUN Yongbin，WANG Li，LIU Guohua，JIE Qiliang

(The Northeast Branch of Huadian Electric Power Research Institute, Shenyang, Liaoning 110079，China)

Air-cooling unit is the best choise in the much coal and less water area, it can reduce energy consumption and pollution, also can reduce area, system adjustment more flexible. The anti freezing problem of air-cooling unit is the basic reason to restrict its development in the cold area of North China, so how to control the air-cooling unit of anti freezing is the key to the development in the north.

air-cooling unit; anti freezing control; polar region

TM621

A

1004-7913(2017)01-0037-02

孙永斌(1984)，男，学士，工程师，从事电力系统控制自动化方向研究与优化改造工作。

2016-10-25)