600 MW超临界机组空冷系统冬季运行防寒防冻研究

王 凯

（神华国华寿光发电有限责任公司，山东 寿光 262700）

1 概述

由于呼伦贝尔市地处严寒，冬季最低气温达-46℃，若采用湿冷机组，无法满足实际运行需求。且湿冷机组存在占地面积大、冻结冻裂等不利因素，故电厂采用直接空冷机组，利用空气使汽轮机排汽直接在翅片管式空冷凝汽器中凝结成水，不但减少水资源浪费，也起到节能环保作用［1-2］。

空冷机组依托国内先进设计方案，采取大管径排汽管道、空冷凝汽器、轴流冷却风机和凝结水泵等组成方式，如图1所示。空冷岛设计为8列7排，共56个风机；在排气装置与真空泵入口设有抽真空旁路，在启动初期可以加快启动速度。空冷凝汽器采用双排管钢翅片凝汽器，每个冷却单元管束以接近60°组成的等腰三角“A”型结构构成，冷空气由变频轴流风机抽取并吹到散热管片上冷却［3］。汽轮机排汽在空冷凝汽器中被空气冷却而凝结成水，排汽与空气之间的热交换是在表面式空冷凝汽器内完成［4］。在直接空冷换热过程中，利用散热器翅片管外侧流过的冷空气，将凝汽器中从处于真空状态下的汽轮机排出的热介质饱和蒸汽冷凝，最后冷凝后的凝结水经处理后送回锅炉［5-6］。

由于空冷机组在启动初期和低负荷运行期间，蒸汽流量较少，存在不同程度的冻结，给运行调整带来较大安全隐患。根据理论研究和实践经验，通过采取增大进汽水量、提高机组出力、定期回暖等方式，有效避免空冷岛冻结，最大程度提升机组经济性和安全性，为机组长周期安全稳定运行提供有效保障。

图1 直接空冷机组原则性汽水系统

2 冬季运行存在问题

2.1 机组背压突变

由于空冷机组的冷却介质是空气，翅片管内的蒸汽受环境的影响比较明显，真空稳定性较差。时常刮西南风对于机组真空极为不利，受大风影响最大的就是背压，而背压一旦降低直接影响投运列空冷的稳定运行，易出现过冷现象，如发现迟缓加之冬季环境温度较低则导致管束冻结。反之，背压一旦突升直接导致凝汽器水位迅速上涨，难以控制。另外凝结水温度上升达61℃时精处理混床旁路打开，对机组安全经济运行带来隐患，背压突升较高时严重会引起排气装置震动加剧，低压缸振动上涨，真空泵电流突升等一系列因素。

2.2 凝结水溶氧量高

运行中曾多次发现凝结水溶氧超标（质量浓度大于 100 μg/L），经检查未发现异常，怀疑真空系统漏空气、阀门、膨胀节不严、凝泵密封不严等。另一因素则是排气装置补水量大导致溶氧过大，但对于空冷机组一个重要的原因就是凝结水过冷度大，尤其在冬季由于环境温度较低，换热端差大，二次加热效果欠佳。负荷越高凝结水溶氧越小，这说明高负荷期间低压缸排气量增加从而进入空冷到蒸汽量增加，空冷回水温度高，从而给排气装置的水二次加热使得溶氧降低。

2.3 疏水温度回升慢

在开启进汽蝶阀后较长时间凝结水温度回升较慢，规定凝结水疏水温度回升至35℃时可启动逆流单元风机。发现冬季新投入列进汽蝶阀开启后就地翅片管温度偏低，就地伴有化冰声音，说明翅片管内部已经冻结，随着进气量越来越大翅片管内结冰逐渐化开，化冰时间较长，仅此可以判定内部不结冰严重，此时若机组急需升负荷则很容易因为投入列时间较长，影响机组升负荷速度。

2.4 翅片管冻结变形

受负荷限制，蒸汽量减少，环境温度在－20～－35℃时，各管束间的温度偏差较大，且这种温差将随着环境的下降而更大，也就是管束内蒸汽流量有偏差。经观察，空冷管束存在着不同程度的变形，集中在两列管束的联接处、蒸汽蝶阀处每列第一根管束、每列最后一根管束，如图2、图3所示，其原因为管束受热不均，膨胀受阻或膨胀量过大引起变形。最末端蒸汽分配管存在盲肠段，退出运行时可能会积存蒸汽，冻结变形。

图2 末端管束变形

图3 逆、顺流管束联接处变形

3 实践调整及应用

3.1 机组启动控制

机组冬季启动运行时，打开旁路使蒸汽直接进入空冷凝汽器，旁路容量经防冻流量计算后合理确定。考虑冬季工况最小防冻流量的要求，在蒸汽参数未达到要求前，不向空冷凝汽器排汽，禁止长时间向空冷排小流量蒸汽易造成管束冻结。冬季机组启动过程中设专人对空冷岛各排散热器下联箱及散热器管束进行就地温度实测，异常时增加检查和测量次数，及时发现系统异常，消除安全隐患。

3.2 正常运行控制

空冷冬季运行时，应优先降低风机转速、停止风机运行，尽量避免频繁投、退空冷列，防止蒸汽隔离阀不严，造成空冷管束冻结。尽量保持同排各风机频率相同，防止由于冷却不均造成局部管束过冷。调节风机转速，使各排散热器下联箱凝结水温度均高于35℃，且各排散热器凝结水过冷度均小于6℃。空冷散热器凝结水的任一温度降至35℃以下，应及时查找原因，温度继续降低至25℃以下时，降低该排风机转速，使背压升高3 kPa，若30 min内温度不上升，则再启动1台真空泵运行，当空冷散热器凝结水温度上升至30℃，且空冷岛进汽温度与空冷散热器凝结水温度之差小于6℃时停运1台真空泵。若抽气口温度继续下降，启动逆流风机反转，温度有明显回升时停止反转。

3.3 低负荷运行调整

每2 h实测各排散热器及联箱表面温度，将背压设定值提高，以保证较高的蒸汽温度，不易于冻结，注意抽真空管道及冷凝水管道温度的过冷度。冬季在低负荷运行工况下，会出现空冷凝结水温度过低现象，导致所有风机全部停止或在最低转速下运转，使直接空冷系统变得更加脆弱，受大风、气候影响的程度也要加重，因而运行中应避免出现风机全停工况的发生，同时为防止空冷岛翅片管冻结，申请提高机组负荷，增加进汽量，保障空冷系统安全运行。低负荷期间如需退出空冷列，要按先两边后中间的原则，禁止退出蒸汽隔离阀不严的空冷列，确保空冷蒸汽隔离阀后蒸汽温度、压力测点显示准确，空冷列退出运行再次投运时，抽真空阀开启后，要加强对蒸汽隔离阀后压力的监视，该测点无明显变化时，禁止投入该列运行，冬季空冷列退出运行后，要及时投入抽真空管路伴热。

3.4 气候突变调整

机组冬季启动运行时，打开旁路使蒸汽直接进入空冷凝汽器，旁路容量经防冻流量计算后合理确定。考虑冬季工况最小防冻流量的要求，在蒸汽参数未达到要求前，不向空冷凝汽器排汽，禁止长时间向空冷排小流量蒸汽易造成管束冻结。冬季机组启动过程中设专人对空冷岛各排散热器下联箱及散热器管束进行就地温度实测，异常时增加检查和测量次数，及时发现系统异常，消除安全隐患。冬季运行期间每值应增加就地实测各列散热器上、中、下部管束温度及凝结水联箱温度次数，且各列散热器上、中、下部的温度差不得超过5℃，顺流散热器下部温度不得低于35℃，尤其应注意各列凝结水温度测点对应侧的联箱温度不得低于35℃，防止造成局部过冷。当空冷管束局部过冷，调整无效时，应及时加装苫布封堵相应风机的风筒。

4 结语

针对空冷系统需求，及时分析系统状态，合理安排运行方式，有效降低空冷机组冻结的隐患，为日常运行调整和系统维护提供有效依据。实践中保证空冷岛翅片管不发生大面积冻结，必须充分了解机组每一负荷段的特性，从设备安装、运行调整、系统隐患等方面认真研究，精细调整，通过冬季调整逐渐掌握空冷系统的运行特性，为空冷岛冬季运行防冻积累运行经验。