火电厂直接空冷系统冻结成因及防冻措施

火电厂直接空冷系统冻结成因及防冻措施

孟庆勇

新疆圣雄能源股份有限公司

摘要：随着我国直接空冷技术的不断进步，火电厂空冷系统主要有三种类型，即直接空冷系统、带表面式凝汽器的间接空冷系统和带混合式凝汽器的间接空冷系统。火电厂直接空冷系统凭借其布置简单、操作运行灵活及相对其他空冷系统造价较低等特点，在缺水干旱地区快速推广开来，逐渐成为这些地区火电厂冷却系统的首选。空冷系统的配置影响凝汽器的背压及发电机组的出力，因此对空冷系统进行优化设计与合理配置至关重要。

关键词：火电厂；直接空冷系统；冻结成因；防冻措施  

引言

为解决火电厂直接空冷系统冻结问题，分析火电厂直接空冷系统冻结成因，主要包括：冬季机组启动，停机过程中蒸汽流量过少；冬季正常运行中环境温度过低，逆流区内的不凝结气体不能及时抽出造成冻结，进一步导致顺流区内蒸汽不能正常流通，引发冻结；真空保持较高，凝结水温度过低，引起冻结；真空系统不严密，漏入空气，空气过冷冻结。因此，有针对性地提出火电厂直接空冷系统防冻措施，切实解决火电厂直接空冷系统冻结问题。

1空冷系统流程

空冷系统主要由排汽、凝结水、抽真空、驱动、疏水等几个部分组成。动力蒸汽经过汽轮机后,乏汽通过分配管进入空冷器。空冷器中有顺流管束和逆流管束,乏汽先从空冷器上方经顺流管束向下流入,与风机吸入的空气进行换热,然后在下联结箱中进行气液分离,液相去热井外送,气相被送至逆流管束中,由下往上,再次与空气换热,冷却后的冷凝液在逆流管束中沿管束内壁向下流至联结箱,不凝气沿逆流管束向上被抽气器抽出排至大气。

2直接空冷系统特点

直接空冷系统主要由排汽装置、主排汽管道（包括大直径膨胀节、大口径蝶阀等）、空冷凝汽器、凝结水系统、抽真空系统（包括水环式真空泵）、风机组（包括轴流风机、电动机、减速机、变频器等）清洗水系统等设备构成。汽轮机排出的乏汽经由排汽联合装置、主排汽管道引出汽轮机房外，垂直上升至一定高度后，水平分管，再从水平分管分出支管，垂直上升，引至空冷凝汽器顶部。蒸汽从空冷凝汽器上部联箱进入，与空气进行表面换热后冷凝。冷凝水由凝结水管汇集，排至汽轮机排汽联合装置，再经凝结水泵升压至凝结水系统。

3火电厂直接空冷系统冻结成因

直接空冷系统在冬季运行过程中,随着环境温度不断降低至冰点以下时空冷器就可能出现局部凝结水过冷冻结现象,而空冷器管束是冻结主要部位。如果凝结水过冷结冰导致空冷器的管束堵塞现象频繁发生,空冷器管束就可能发生变形甚至被破坏。根据理论计算来说,只要进入翅片管的热量大于等于翅片管的散热量,那空冷机组散热翅片管就不会有冻结的现象发生。而实际运行过程中,空冷机组容易受到负荷、真空度、外界温度和风向、运行操作等诸多变量的影响。1）在对空冷系统冻结成因的相关分析中发现，产生此种问题的主要原因是机组启动，停机过程中蒸汽流量较少，空气会通过不严密处进入散热器管束，导致散热器管束内存在大量空气，无法保证蒸汽充满散热器管束空间，从而引起不凝结气体结霜，进而冻结管束。另外泄漏点的周围区域及后部散热区域会使空冷系统的导热管外层温度显著降低，严重情况下甚至会使空冷系统出现过冷或冻冰的现象发生。2）冬季正常运行中环境温度过低，逆流区内的不凝结气体不能及时抽出，进一步导致顺流区内蒸汽不能正常流通，引发冻结。冬季环境温度过低时，散热器管束内的空气和不凝结气体会结霜，如果这种状况持续一段时间，即一天或几天的环境温度一直在霜点以下，就可能导致逆流管束的上部端口逐渐堵塞，妨碍不凝结气体的抽出。3）真空保持较高，冷凝水温度过低，引起凝结水管路冻结，进而造成空冷系统的冻结。冬季，当机组的真空值保持较高时，空冷凝结水可能出现过冷，如果这种情况不能及时改善，持续一段时间就会导致下联箱中的凝结水冻结。

4火电厂直接空冷系统防冻措施

4.1冬季机组启动过程中采取的防冻措施

1）启动前，关闭所有进入排气装置的疏水、空冷各进汽蝶阀关闭并进行复紧；不宜过早投入轴封系统，一般控制在风烟系统启动后，开始投轴封、抽真空。2）主汽见压后，逐渐开启高旁调节门，但开度不宜过大，一般控制高旁后温度缓慢升高，对高、低压旁路进行暖管。旁路系统暖管充分后，逐渐开启高、低压旁路，在最短时间内满足空冷最小防冻流量要求。3）当进汽列风机频率达到20Hz以后方可下一列进汽，进汽同时锅炉加强燃烧，增大进汽量，以尽快达到空冷最小防冻流量。4）根据蒸汽量增加进气列，以满足机组所需的真空环境。

4.2新型空冷散热器型式

新型空冷散热器采用新型单排管管束，散热器基管（椭圆管）尺寸为160mm~171mm×11mm；基管为碳钢外包铝层复合管，翅片为铝翅片钎焊在基管上。空冷散热器管束呈双小“A”形布置，管束有效长度在5m左右（约为大通道大扁管长度一半），宽度在2m~3m之间，由于散热器管束短、重量轻，管束采用自支撑结构形式，无须设置钢制“A”型架。一台风机组、两套管束及双小“A”型架组成一个常规冷却单元。采用新型空冷散热器型式，管束长度缩短约一半，加快蒸汽冷却，减少不凝结气体的堆积，防冻性能更好。

4.3冬季机组停机时的防冻措施

(1)在冬季停机过程中,应尽量避免空冷器小流量、长时间的大面积进气情况的发生。逐渐将两侧百叶窗关闭,防止局部过冷,同时打开空冷系统各低点导淋排液,防止积水结冰。(2)冬季停车期间,空冷器不投用,应关闭百叶窗,对空冷器两侧翅片加盖棉被进行保温,关闭空冷南北两侧门,加挂厚门帘进行防冻。同时,加强巡检,定期给风机电机、传动轴齿轮箱加润滑油脂。将空冷系统各低点导淋打开进行排液,各高点导淋也处于常开状态,避免结冰。(3)出现换热翅片、管束低温或冻凝时,对换热翅片、管束增加临时电伴热和加盖帆布进行解冻恢复正常。

4.4发生冻凝现象的处理

(1)空冷器换热翅片管束大面积温度低,空冷器两侧凝结水温度偏差大,凝结水总管温度过低,压缩机透平负压上涨,说明空冷管束不通畅,出现局部冻堵现象,此时应通过调整风机频率、百叶窗角度、帆布、防冻蒸汽等措施,消除偏流现象,适当提高汽轮机真空度设定值,必要时增加临时电伴热,恢复管束温度>10℃。(2)操作人员巡检时及时反馈现场管束温度给中央控制室并记录。总控人员根据现场实际情况作出调整。当出现管束低温或冻凝时,对管束增加临时电伴热和加盖帆布,使管束温度慢慢恢复正常,确保管束温度>10℃。

结语

综上所述，能够证明提出火电厂直接空冷系统防冻措施的有效性，以此为依据，证明此次优化研究的必要性。能够解决传统火电厂直接空冷系统冻结问题，进一步提高火电厂直接空冷系统防冻措施的可靠性。通过采取上述措施后,在近两年的运行过程中,空冷机组局部冻凝次数明显减少,大面积冻凝现象更是没有出现,极大地提高了整个冷冻系统的运行效率,也为机组安全运行提供了保障。要通过不断的研究，改善目前运转过程中存在的问题，加强系统的在线监测、诊断和优化，将直接空冷系统的效能最大化，促进直接空冷节能技术的进一步发展。

参考文献

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