摘要：我国的直接空冷技术应用到火电厂起步较晚，在对于空冷机组的防冻工作虽然积累了很多宝贵的经验，但目前仍在经验的积累和探索中。文中结合某发电厂的运行经验针对600MW直接空冷机组启动过程中防冻的一些理念进行了阐述，并结合机组运行中的防冻工作制定了防冻措施以及空冷散热器冻结后的化冻措施。
关键词：直接空冷；冻结原理；启动防冻；低背压启动；化冻措施
1 直接空冷系统概述
某电厂2*600MW机组是东方汽轮机厂采用日本日立技术设计成产的首台NZK600-16.7/538/538型亚临界、一次中间再热、两缸两排汽、直接空冷凝汽式汽轮机。直接空冷系统是由斯必克斯公司生产的三排管直接空冷，主要由以下三部分组成：
1.1 空冷散热器
汽轮机排汽经凝汽器下方设置的排汽装置后，再经一根φ8000的排汽主管道穿过汽机房外。排汽主管道垂直上升到水平管后，从水平管上接出8根上升支管，水平与空冷散热器上联箱连接。
空冷散热器搁置在45m高的散热器平台之上，64组空冷散热器分为八个冷却单元垂直A列布置，每个冷却单元有八组空冷散热器，其中有六组为顺流，两组为逆流。每组空冷散热器以接近60℃角组成等腰三角形A型结构。空冷散热器中顺流散热器管束是冷凝蒸汽的主要部分，可凝结75-80％的蒸汽。逆流散热器管束主要是为了将系统内的空气和不凝结的气体排出。避免运行中在空冷散热器内的某些部位形成死区，冬季发生冻结。
1.2 空气冷却系统
64台变频冷却风机设置在每组空冷散热器的下部，使空气流过散热器外表面将排汽凝结成水，顺管壁流入冷却管束的凝结水箱。
1.3 抽空气系统
抽空气管道接在每一个冷却单元逆流空冷散热器的上部，运行中不断将空冷散热器中的空气和不凝结的气体抽出，以保持系统真空。
2 直接空冷散热器冻结原理
在机组处于空负荷或低负荷运行时，蒸汽流量很小，即进入空冷散热器的蒸汽流量很小，当蒸汽由空冷散热器进汽联箱进入冷却管束后，在由上而下的流动过程中，冷却管束中的蒸汽与外界冷空气进行热交换后不断凝结。由于环境温度很低，远远低于水的冰点温度，其凝结水在自身重力的作用下，沿管壁向下流动的过程中，其过冷度不断增加，当到达冷却管束的下部（即冷却管束与凝结水联箱接口处）时达到结冰点产生冻结现象。在冷却过程中蒸汽不断凝结并不断在冷却管束的下部冻结，出现了北方地区进入冬季的“井口”冻结现象，使冷却管束与凝结水联箱接口处被全部冻结，从而造成冷却管束内的蒸汽发生滞流，最终使冷却管束冻坏。另外，即使空冷散热器内的蒸汽流量在其设计值之内，如果调整不当在冷却空气量过剩的情况下，同样也会出现上述冻结现象。
3 机组启动过程中的防冻
冬季空冷机组的启动方式很重要。在目前机组的启动方式基本分为高压缸启动、中压缸启动和高中压缸联合启动的三种方式。高压缸启动时旁路是关闭的，这样进入汽轮机的蒸汽量较少。此时进入空冷系统的蒸汽只是汽轮机冲转后的乏汽，流量很小，难以满足空冷系统的最小蒸汽防冻流量。而在中压缸启动过程中高、低旁是开启的，进入空冷系统的蒸汽既有汽轮机冲转后的乏汽，也可以由旁路来的蒸汽供给，通过调节旁路的开度，就可以实现调节空冷系统的蒸汽流量，很容易满足空冷系统的防冻流量。高中压缸联合启动基本与中压缸启动相似。因此，空冷机组冬季启动，应选用中压缸启动或高中压缸联合启动方式，禁止采用高压缸启动方式，以保证空冷系统启动初期的最小防冻蒸汽流量，防止空冷系统散热器管束因蒸汽流量小而冻结。
4 直接空冷系统的防冻措施
4.1 机组基建期进行空冷岛风压严密性试验时，一定要保证空冷岛风压合格甚至达到优秀，这是空冷防冻的基本条件。
4.2 空冷岛选型时，选择合适的K/D比。
4.3 空冷岛采用挡风墙。
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4.4 机组启动时，旁路未投入运行时，应杜绝一切蒸汽进入排汽装置。主汽管道可利用锅炉主汽对空排进行排汽。
4.5 对于一些空冷岛进汽管道没有全部安装进汽阀的机组，选择合理的风机顺控逻辑，要保证没有进汽阀空冷散热器的进汽的对称性，以保证空冷岛每列的蒸汽流量满足对应的最小防冻蒸汽流量。
4.6 空冷岛的进汽阀门要保证其严密性，防止因为进汽阀门不严造成蒸汽漏入造成空冷散热器冻结。
4.7 在逆流管束抽空气管道和凝结水管道加装保温。
4.8 机组运行时，逆流风机不能一直“反转”或“长时间”停运，由于在空冷系统运行逆流风机长期“停转”或“反转”，导致逆流区散热器管内趋于微正压，而顺流风机随着环境温度的降低运行频率虽然降低，但由于环境温度低空冷散热器仅靠风机的低频通风量就使顺流区管束内形成微负压。这样就造成了空冷散热器内汽、水循环受阻，破坏了系统的正常汽水循环，从而导致顺流散热器内汽水流动不畅，流速降低产生过冷或结冰现象。
4.9 机组运行时，空冷岛各单元之间的隔离门要关闭，防止窜风。
4.10 机组低负荷运行时，如空冷岛进汽阀不严，禁止关闭某列空冷岛进汽阀运行。
4.11 机组低负荷且空冷进汽阀不严时，可利用苫布将空冷迎风侧的风机入口封堵的方法，减少空冷散热器的冷却介质的方法进行防冻。
5 空冷散热器冻结后的化冻措施
当空冷散热器局部小面积冻结后，可通过给封堵冻结散热器对应风机的入口风筒，再给冻结散热器加盖棉被或者用喷灯烤的方法即可。但对于空冷散热器大面积冻结，以上方法效果就不太明显了。如果空冷散热器大面积冻结后，可维持机组运行，通过将冻结空冷散热器对应下方的空冷风机停运，用苫布将风机入口的风筒封堵起来，减少冷却介质。将空冷散热器冻结风机的相邻排的风机转起来，将A字型两侧用苫布搭起帐篷，利用旁边风机的热风对冻结的空冷散热器进行化冻。
6 单列或单个风机的防冻
如果空冷岛凝结水集管有任意一点温度比其他温度点低，并大于规定值，且环境温度小于2℃，则可以相应的减小该处风机转速，甚至停止该排几台或者全部风机，直到此处凝结水温度升高。如果空冷岛凝结水集管有一排温度降低，且环境温度小于2℃，则可以在降低风机转速或者停止风机的同时再将空冷岛排汽背压设定值升高，以保证较高的蒸汽温度。如果空冷岛凝结水集管有一排或一排以上温度降低，且环境温度小于2℃，在采取以上措施的同时，可以再启动一台真空泵，增加系统抽取不凝结气体的能力。2.2.5空冷风机的反转应用
投入某列中的3、6排风机反转时应确认空冷岛出口热风温度各测点显示均大于35℃且本排抽空气口温度不低于20℃。注意抽真空管道及冷凝水管道温度的过冷度，正常情况下冷凝水比排汽温度低2～3度，抽真空温度比排汽温度低5～10度。若抽汽温度过低，自动控制的防冻保护没起到有效的防冻效果，应手动操作逆流风机反转，并确认空冷岛出口热风温度各测点显示均大于35℃且本排抽空气口温度不低于20℃，以形成局部热风再循环以缓解局部过冷。根据经验，在冬季环境温度低于-20℃时，如果凝结水温度降低，不要将三、六排风机反转，因为此时空气温度远远低于蒸汽凝结后空冷岛的温度，风机反转后抽进空冷岛的空气起不到防冻的作用。
7 结束语
直接空冷机组将是我国火电厂今后发展的一个重要方向，直接空冷机组的冬季防冻经验还有待完善，尤其是空冷机组的冬季启动防冻问题，尤为重要。相信直接空冷机组在我国的西北地区有良好的发展前景。
参考文献：
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[4]田亚钊，陈晓峰.直接空冷系统与海勒式间接空冷系统的比较[J].华北电力技术2006.1.
论文作者:吴学峰
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/21
标签：散热器论文; 蒸汽论文; 机组论文; 风机论文; 凝结水论文; 温度论文; 系统论文; 《电力设备》2019年第1期论文;