摘要：大型直接空冷机组在冬季启动以及低负荷运行阶段的防冻问题尤为突出。文章总结了机组空冷凝汽器冬季运行措施及注意事项。
关键词 直接空冷 防冻 安全运行
1.空冷系统概述
华能上安电厂安装2台超临界直流600MW直接空冷机组，空冷岛由空冷凝汽器、空冷风机、凝汽器抽真空系统及空冷散热器清洗系统等组成。汽轮机排汽在空冷凝汽器中的流程为汽轮机排汽--各排空冷凝汽器配汽管--各排顺流段空冷凝汽散热管束( 凝结)--各排空冷凝汽器凝结水汇流集( 部分乏汽和不凝结气体) --各排逆流段空冷凝汽散热管束( 凝结) --各排逆流段凝汽器顶部真空抽口( 极少部分乏汽和不凝结气体)--水环真空泵—排至大气（图1）。汽轮机的排汽有约70%- 80%的乏汽在顺流式凝汽器中被冷却，形成凝结水，剩余的蒸汽随后在逆流式凝汽器中被冷却。在逆流管束的顶部设有抽真空系统，能够比较畅通地将系统中空气和不凝结气体抽出。每组空冷凝汽器下部设置1台轴流变频调速冷却风机，使空气流过散热器管束外表面将排汽凝结成水，流回到排汽装置水箱。
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图（1）
2.空冷岛冬季运行面临的问题与调整
空冷岛冬季运行期间最主要的任务是在夜间低负荷和启动过程中空冷岛散热管束的防冻问题。冬季空冷岛温度低的原因有机组负荷低和空冷散热器负荷分配不均匀以及不凝结气体漏入形成气穴。
2.1.机组负荷低
机组在冬季启动并网过程中，由于蒸汽流量低造成空冷岛热负荷低。根据道尔顿定律，理想气体混合物的总压力为各气体分压力之和。蒸汽在系统内分压力越高，对应的饱和温度越高。在空冷岛进汽前关闭1、2、7、8排对应的蒸汽分配阀，凝结水管道隔离阀。减小空冷岛冷却面积，以增加其他排热负荷
冬季启动过程中，空冷岛进汽后在满足下列条件时方可启动该排风机。进汽列的管束下联箱凝结水温度大于35℃且凝结水的平均温度比环境温度大 5℃时。各排逆流散热器抽空气口温度均≥15℃，且真空抽汽温度无“过冷”报警信号。就地实测所有通汽的散热器管束表面温度全部上升并＞35℃。
正常运行过程中，在夜间低温低负荷期间。空冷凝汽器各冷却单元的风机转速已降到最低，但机组背压仍低于安全值时就要靠停运部分空冷风机来提高机组的背压。进人直接空冷凝汽器的绝大多数( 80%以上) 蒸汽是在顺流散热管束中凝结的，汽轮机的背压主要是依靠顺流散热器中蒸汽凝结来维持。因此，当某排真空抽气温度低于对应排下联箱凝结水温度15 ℃以上或就地检查发现空冷凝汽器管束有结冰现象时，首先应考虑停止逆流散热器对应的冷却风机，用顺流冷却单元风机来维持机组的运行背压。这样可防止逆流段散热器中凝结水过冷而结冰，同时可通过逆流单元冷却风机的反转使空冷岛上部的热空气被逆流风机抽回，加热逆流段的换热管束，以利于逆流散热管束的防冻、解冻。
当机组的负荷和环境温度都很低，所有冷却风机全部停运也不能满足空冷防冻的要求时，应退出部分散热器，减少冷却面积。但是，带有隔离阀的散热器， 有可能因隔离阀泄漏而造成空冷凝汽器受冻，因此建议其退出运行的时间不宜过长，满足当时防冻必需即可。
2.2.热负荷分配不均
北方地区冬季环境温度均低于0℃，如果空冷凝汽器各换热单元管排之间的热负荷分配不均匀，易发生因管内流体凝固而堵塞和冻结的事故，所以在计算直接空冷系统冬季防冻热负时。应充分考虑各排间热量偏差带来的散热管束受冻危险及管束系统散热量。根据直接空冷系统结构的特点和实际运行，散热管束表面温差有3 种现象:(1)空冷岛配汽联箱对应的8 个管排由于热力和流量不均所造成的温差;(2)对应各排冷却三角形两侧管束表面由于热力和流量不均所造成的温差;(3)对应各排东侧或西侧相邻管束间由于热力和流量不均所造成的温差。以上3 种温度偏差产生的原因均与设计、制造和安装质量有关。
下面以单排管的空冷凝汽器为例，分析造成管束冻结的原因。汽轮机排气在单排冷却管中的冷凝过程可以分为凝结阶段和过冷阶段，对应的区域分为凝结区和过冷区。在空冷凝汽器换热过程中，各排管蒸汽冷凝区的分配不同，排管底部和顶部与空气接触的先后次序也不同。底部排管首先与冷空气接触，若上面排管的冷凝在末端结束，则底部排管冷凝会在管子中间结束，剩余管段就形成冷却区，在冷却区凝结水急剧过冷．遇低温就会发生冻结。当所有运行风机的转速均低于20 H z ，可是机组背压仍低于防冻要求，或真空抽气温度低于对应排下联箱凝结水的温度 15℃以上时，这就要根据各排抽气口的温度和凝结水的温度成组启停冷却风机。以真空抽气温度低或有受冻迹象的对应排开始，把与其逆流段相邻的两个单元视为一组，这样每排分成两组，定期轮换运行，可以最大限度地减小由于蒸汽分配不均而引发的空冷受热面结冰现象。要提出的是必须控制运行中的风机转速，不能太高，以防止影响相邻冷却单元。
2.3.真空系统泄漏
空冷系统庞大，在安装初期和以后的长期运行过程中，会出现真空系统泄漏的问题。不凝结气体漏入真空系统会导致，蒸汽在正空系统内分压力降低，从而出现凝结水过冷的现象。不凝结气体漏入真空系统后聚集在散热器中，影响了汽体的流动，造成空冷岛局部过冷。出现此种情况后应提高背压设定值2KPa。若凝结水过冷报警不消失则增加启动一台真空泵，增加不凝结气体流速，抽出空冷岛内的不凝结气体。
结束语
我国做为世界上水资源最为紧缺的国家之一，空冷机组在我国有着广阔的发展前景。但空冷机组在运行过程出现的问题也是各方面的。冬季运行应考虑设备防冻安全前提下，降低机组运行经济性，降低机组厂用电率。空冷机组作为一种新兴项目，应考虑各种因素对其运行影响，运行过程中，多监视，多调整。
参考文献
[1]600MW直接空冷机组冬季运行经验[J].内蒙古电力技术.2006 年第2 4卷第4期.作者李悦
[2]直接空冷系统变工况特性的理论研究[J].热能动力工程2000年11月.作者西安交通大学能动学院严俊杰
论文作者:赵东朝,张华,蔡跃凯
论文发表刊物:《电力设备》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/13
标签：凝汽器论文; 凝结水论文; 机组论文; 逆流论文; 过冷论文; 风机论文; 系统论文; 《电力设备》2019年第22期论文;