直接空冷系统防寒防冻原理及措施

2016-08-05张超神华国能哈密电厂新疆哈密839000

中国科技纵横 2016年11期

张超（神华国能哈密电厂，新疆哈密 839000）

直接空冷系统防寒防冻原理及措施

张超
（神华国能哈密电厂，新疆哈密 839000）

【摘要】新疆哈密地区地处我国西北部丝绸之路上，跟大多数北方地区一样为富煤缺水地区，发展直接空冷技术是解决哈密地区火电发展的关键。但由于直接空冷系统受环境低温因素影响较大，在提高机组效率的同时空冷翅片很容易出现冻结现象，面临的防冻问题就显得更加突出。

【关键词】火力发电厂直接空冷系统防寒防冻措施

1 引言

神华国能哈密电厂4*660MW直接空冷系统（ACC）通过向大气释放热量对汽机排汽进行冷凝，我厂直接空冷系统每台机组由8列8排共64个空冷单元组成，每列由3个逆流单元与5个顺流单元组成。大多数蒸汽在顺流单元凝结，少部分蒸汽在逆流单元中凝结，凝结水向下流入联箱汇集进入排气装置继续进行汽水循环，不凝结气体在逆流单元顶部汇集，由水环式真空泵抽出。本文以神华国能哈密电厂4*660MW直接空冷系统运行工况为背景，阐述了我厂对于直接空冷系统防冻的原理理解与执行措施。

2 空冷系统冬季防冻保护措施与注意事项

2.1 造成空冷系统结冻的主要原因有以下几点

（1）不凝结气体大量泄漏；

（2）抽气能力下降；

（3）换热不均；

（4）蒸汽隔离阀内漏。少量蒸汽进入管束，旁路阀伴热不投，旁路阀不开；

（5）换热能力大于热负荷；

（6）误操作。如：风机自动投入选择不当；长时间反转、停转逆流风机；启动蒸汽流量过小等。

2.2 其中最重要的是不凝结气体导致的冻管，大部分冻管源于冷区，而冷区源于直接空冷系统中的空气聚集

如果蒸汽中含有空气就会在管束中形成冷区如图1所示。在冷区里，蒸汽的含量很少，凝结放热很小，而空气本身因为比热小，很容易被冷却到环境温度。当凝结水流经冷区的时候就会被冷却，如果在冷区内被冷却到冰点，就会结冰。所以所有可能导致空气聚集的因素都会增加冻管的风险。

以神华国能哈密电厂1号机组为例，蒸汽在ACC中的流动如图2所示。但是如果停掉C5风机，C6风机满负荷运行，则C6区形成了一个强冷区而C5则形同蒸汽分配管，从而有可能造成C6管束两端进汽，在C6管束中会形成蒸汽冷凝成凝结水，凝结水在冷区内进一步被冷却至冰点下，造成C6管束冻结，所以大多数电厂最早冻结的为顺流单元，故我厂制定冬季直接空冷系统就地巡视检查的重点设定为顺流区底部，发现冷区及时进行各排风机频率调整及翅片管束铺盖。

3 如何通过运行手段防止冷区出现

3.1 冬季运行中直接空冷系统尽量投自动

神华国能哈密电厂冬季自动模式中设置有凝结水过冷保护，逆流风机回暖保护，抽气过冷保护等能够跟据情况实现自动投切，避免人为疏忽照成不必要的损失，我厂4号机组还设置有循环回暖程控，其目的为当机组出于低背压工况下，由于冬季环境温度过低，容易造成顺流单元冷区长时间固定在某一地点造成翅片冻结，采用循环回暖程控可实现机组冬季各投入列连续回暖，使得冷区不能长时间固定在某一地点，不容易形成冻结。但循环回暖程控在大风天气下容易造成逆流风机停下起不来的现象（保护动作为过流过力矩），故大风天气下我厂不投入逆流回暖程控。

3.2 风机的转速应保持一致

特别是同一列内的各风机应尽量保持转速一致，尤其是顺流风机，防止形成局部过冷，或出现冷区的现象。

3.3 注意逆流管束区的运行方式

（1）保持逆流管束强有力的换热效果有利于将汽/气混合物从顺流管束“抽”向逆流管束，从而防止顺流管束两端进汽，以避免顺流管束出现冷区。我厂冬季运行机组要求各列逆流风机频率可微大于顺流风机频率2～3Kpa，是由于逆流风机不易冻结，可使逆流单元“抽”力更大，把顺流单元底部的冷区抽至逆流单元，至使顺流单元不易冻结。

（2）应避免长时间反转逆流风机、停运逆流风机或让逆流风机以低于顺流风机转速运行。否则顺流风机会被迫提高转速以维持背压，从而决大部分蒸汽在顺流管束内完全冷却而导致空气聚集。

（3）逆流风机的回暖的目的不是为了防止逆流管束冻，而是为了防止抽气口的堵塞，所以逆流回暖的时间不宜过长。我厂设定的逆流回暖时间为5分钟，一列空冷单元的逆流回暖时间为8分钟。

3.4 抽汽系统的运行

抽气系统的运行对于ACC来讲非常重要。当抽气温度下降过冷时应该立刻起备用的真空泵。降低逆流风机的转速或停止逆流风机、反转逆流风机是可以提高抽气温度，但这样的操作会导致空气聚集在顺流管束中而导致在“高”抽气温度下仍然产生冻结。关键点在于时间的控制与过冷度的把握。

3.5 过冬前必须进行一次冲洗

这样对有利于各换热面的换热效果均匀，减少由于换热不均出现的冷区。

保证系统严密性。真空严密性试验要经常做，尽量控制100pa/ min 以下。如果漏气量较大，机组冬季运行至少2台真空泵维持真空。

4 出现冷区如何处理

如果系统完全没有不凝结气体，正常运行时就不会有冻的问题。然而，实际上系统中总是有不凝结气体的存在，因此，在冬季运行的ACC总是或多或少的存在冷区现象。

（1）若巡视中发现逆流管束过冷，可以按以下步骤进行调整：1）开启备用真空泵。2）适当降低该列顺流风机转速。

（2）若巡视中发现顺流管束过冷，可以按以下步骤进行调整：1）开启备用真空泵。2）适当降低该列顺流风机转速。3）在抽空气温度不过冷前提下，适当提高逆流风机转速。

（3）对冬季空冷系统调节参数要求：1）凝结水温度过冷度控制在5℃以内。2）抽空气温度过冷度控制在10℃以内。3）冬季寒冷气候下为空冷防冻可提高背压至15KPA以上，但注意凝结水温度不高于60℃，防止化学精处理装置退出运行。

系统中有冷区并不一定意味着冻实。根据经验，在一个严密性好的系统里，冷区的数量少且小，而且随着工况的变动（如风机转速的变动，风向的变动等）冷区在“移动”。在这种情况下管束不会冻裂。但是如果漏气量很大或抽气系统功能失效则会使较多的冷区出现，而且冷区的面积也会加大，冷空气无法排除而导致冰结实。而要发展到管束冻裂，则需要形成相当长度的冰柱。

逆流管束通常不会冻裂。管束上半部是抽汽口，空气的成分大，虽然温度低，但是不易冻实。凝结水不断从冷区流向热区，冻结的可能性也不大。也就是说在逆流区结冰不容易发展到冻实的程度。

5 换热能力大于热负荷

当环境温度降到0℃以下时，如果进入ACC的蒸汽流量很小，即使风机不运行，ACC也有可能因为自然换热而结冻，特别是在启动时间长的冷态启动工况。要满足防冻要求必须保证ACC有一定的进汽量且达到该进汽量的时间应尽可能短，且在连续运行的过程中也不能低于这个流量。我厂由于地处哈密戈壁地区夏季最高温度达48℃，故为保夏季最小背压，单台机组空冷凝汽器总散热面积设计为2022206㎡，这就增大了冬季防冻难度，要求最低环境温度-28℃启机时，2小时内进入空冷岛的最小防冻流量饱和态为168.2t/h，这就要求冬季空冷岛进汽后锅炉更快的升温升压，以满足空冷岛最小防冻流量要求。

6 启动过程中的误操作

将ACC开始建立真空到第一台风机启动的过程称为ACC的启动阶段。ACC的启动过程实际上是一个蒸汽置换空气的过程，该过程分为两步：第一步是通过真空泵建立真空，第二步是在蒸汽驱赶和真空泵的共同作用下完成蒸汽置换空气的过程。

在这个过程中要注意几点：（1）充分建立真空非常重要。建议将背压抽至15KPa。空冷机组比水冷机组的真空容积大很多，如果真空建立不充分将导致ACC进汽后压力迅速升高，如果太高，则可能导致防爆膜破裂。而且这种压力升高不可以通过起风机来解决，因为空气不可凝结。在冬季，通常的误操作就是，背压升高，马上启风机，压力还是降不下来，接着提高风机转速，结果就是凝结水冻结（因为当时进汽量少）。建议在旁路运行的模式下完成ACC的启动，即将真空的控制权交给风机后，再启动汽轮机。（2）ACC初次进汽时汽量应该是逐渐增加而不要突然大量进汽。即使ACC压力达到15KPa，ACC巨大的真空容积内仍滞留着相当多的空气。所以最初的进汽量不可太多，而且这个过程必须通过旁路的开度加以控制。

根据我厂经验，空冷列最初进汽凝结水各温度测点由于空气滞留温度达不到该背压下饱和温度，随着蒸汽将空气驱赶，该列蒸汽及凝结水温度上升至饱和温度，再根据先逆流后顺流，先中间后两边的原则根据背压要求进行风机启动，继而进行汽轮机冲转等操作。

7 哈密电厂直接空冷系统冬季防冻运行方式

我厂直接空冷系统每台机组由8列8排共64个空冷单元组成，每列由3个逆流单元与5个顺流单元组成（以1号机组为例：2、4、7逆流单元）。2015年冬季我厂采用的将每列1、8排的风机风筒进行封堵风机停电挂禁操，以减少两端空冷单元的自然对流换热强度，每列逆流风机频率比顺流风机频率大3HZ，以减小冷区对顺流单元的影响。根据负荷大小，在环境温度较低负荷较低的时候将第1、8列隔离阀关闭进行隔离从而增大各运行列进汽量，定期对空冷岛隔离单元隔离阀后温度及各运行列顺流单元底部冷区进行监视，发现问题及时进行调整并记录进台账。采用如上运行方式2015年冬季我厂未发生翅片冻结现象。