探讨直接空冷岛启动阶段冬季防冻措施优化

武志学

摘 要：某工程2×660MW发电机组位于西北地区，冬季气候条件十分恶劣，昼夜温差较大。由于该机组空冷岛系统冷却机组排汽时采用的是空气，因此机组排汽压力控制受环境温度影响很大，同时冬季低温环境下，空冷岛易发生结冻现象。本文总结了冬季660MW直接空冷机组启机过程中的防冻技术，针对启动过程中出现的问题，完善相关的控制逻辑，对直接空冷机组冬季启动运行具借鉴意义。

关键词：空冷岛;直接空冷;启动;防冻

一、工程概况

该工程机组设计容量为2×660MW超临界、中间再热、空冷凝汽式汽轮机，配2台2050t/h超临界、中间再热、强制循环汽直流锅炉和两台660MW自并励静止励磁系统、水-氢-氢冷却汽轮发电机，汽机旁路系统采用高、低压串联气动旁路，其容量按锅炉最大连续出力的40%设置。

二、空冷系统及冻结机理简介

该机组空冷岛采用的直接空冷系统包含下列主要部分：

主排汽管道系统：包括2个主排汽管道、8个蒸汽分配管道;冷凝器系统：包括8个冷凝器列，每个冷凝器列包括7个冷凝单元（其中4个顺流单元、3个逆流单元）;7套通风系统（包括风机、减速机、电机、变频器等装置）;凝结水收集系统;抽真空系统（包括3台100%水环真空泵）;挡风墙系统等。

空冷凝汽器管束最容易发生冻结，当进入空冷岛的蒸汽流量小于最小防冻流量时，空冷岛最易发生冻结，出于防冻考虑，逆流单元冷却风机有正转和反转两种运行方式。

当环境温度下降至2℃以下时，尤其是启动阶段，蒸汽流量较小，随着气温的降低，逆流管束上半部有抽气口的部位由于管径较小容易形成细小的冰粒，随着时间的积累，抽气口部位的冰粒就会越积越多，以至于影响不凝结气体的正常抽出;顺流管束过冷时管束内的凝结水将结冻，一般先发生于管束的中下部，随着时间的累积结冻部分将在冷却风机持续冷却下逐渐扩大直至充满管束。西北地区的冬季，气温长时间处于-20℃以下，空冷岛若不采取合适的防冻措施将面临巨大的结冻风险。

三、防冻关键点及启动运行过程中的问题

1.防冻关键点

（1）空冷岛管束本体保温防寒。

（2）空冷岛本体气体严密性满足设计要求。

（3）增大启动初期的蒸汽流量，满足防冻最小流量要求。

（4）风机序列启动停止的控制，热量的均匀分配。

（5）采取适当措施提高空冷岛背压，以提高进入空冷岛蒸汽温度。

2.启动运行过程中的问题

（1）部分逆流散热器的真空抽气温度最低至20℃，存在冻结风险。

（2）凝结水右侧疏水温度温度最低至19℃，偏离控制参数，存在风险。

（3）切除列运行时，由于电动隔离阀关闭不严泄漏蒸汽，可能造成蒸汽在冷凝管排结冰和空气抽出管结冰堵塞。

经过对防冻关键点的分析，和采取的防冻措施，启动阶段进行了一系列的验证，未发生冻结事件，总体效果尚可，但是空冷岛仍然存在着冻结的风险，因此，需要将以上几项参数控制在安全区间，必须对控制系统作进一步的优化。

四、机组启动防冻优化措施

1.优化抽真空防冻保护模式

在冬季运行模式下（环境温度<2℃），该列风机处于运行状态，当该列的抽真空温度监测值达到下列条件时，抽真空防冻模式被激活：

（1）抽气支管温度<30℃，激活抽气防冻保护模式1，执行下列操作：

①发出抽气防冻保护警报。

②抽气温度监测点，对应的逆流风机的转速将被降至0Hz，并按照预先设定的频率执行反转。延时10min，抽气温度仍然没有达到抽气防冻保护模式1所设定的复位条件，系统将控制该列的顺流风机温度比例-积分-微分控制器来代替主PID来控制顺流风机的转速，对利用更多量得蒸汽该列的逆流部分进行加热。直到达到抽气防冻保护模式1复位条件抽气保护信号消失，该列的顺逆流风机将恢复主PID的控制模式。

（2）抽气支管温度<25℃，激活抽气防冻保护模式2，执行下列操作：

①同时监视相应列的凝结水防冻保护模式2是否激活，判断两种防冻保护模式都已激活，程序自动延时10min，如果是运行列，联锁关闭此列蒸汽隔离阀，并发出报警，该列被切除。

②如果是启动列，只发报警信号。

2.凝结水防冻保护模式优化

对每列的凝汽器左右侧凝结水疏水溫度进行检测，如果其中任一温度达到下列情况时，激活凝结水防冻保护模式：

（1）任何一列任一凝结水温度<30℃，激活凝结水防冻保护模式1，执行下列操作：

①发出报警。

②相应列的顺流风机降速，直到停为止。

（2）任何一列任一凝结水温度<25℃，激活凝结水防冻保护模式2，执行下列操作：

①发出报警。

②停止相应列顺流风机运行。

③同时监视相应列的抽气防冻保护模式2是否激活，判断两种防冻保护模式都已激活，程序自动延时10min，如果是运行列，联锁关闭此列蒸汽隔离阀，并发出报警;该列切除运行。

④如果是启动列，只发报警信号。

3.回暖保护模式逻辑优化

自动回暖保护模式可以利用管束内的热蒸汽对管束进行回暖，所以要定期激活回暖保护模式，该模式是一列一列连续执行的，只要符合条件（环境温度<-2℃），回暖运行模式就被激活，同时，其他任何一种防冻保护模式与此互不冲突。

只要回暖保护模式被激活，将会执行下列动作：

（1）发出该列回暖动作信号。

（2）该列的逆流风机（混流单元）按照提前设定的时间将自动减速并停止;然后按照设定好频率进行反转。

（3）该列顺流风机仍按照控制器输出速度运行。

（4）待回暖设定的时间一过，该列的逆流风机将恢复到原来的状态，同时下一列将按照这个程序进行回暖，依次类推，按照顺序周期执行下去。

（5）复位条件：环境温度>2℃。

结语

通过对空冷岛冻结机理的分析，分析总结出启动阶段空冷岛防冻的有效措施。同时对启动阶段3中控制模式控制策略的优化，空冷机组在冬季效率及安全性明显提升，有效地防止空冷岛冻结。对寒冷地区直接空冷机组冬季防冻具有一定的参考借鉴意义。

参考文献

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