摘要：间接空冷塔因为节水、节能并对水环境保护有利，在北方缺水地区应用越来越广泛，但是冬季的防冻问题也很突出，在机组开始调试时，就将防冻问题重点关注，对于间冷塔扇段冻结的原因，运行时存在的危险点，以及冬季运行时需采取的应对措施，本文都进行了一定的探讨，希望不断提升间冷塔冬季运行的安全性。
关键字：间冷塔； 防冻；冬季模式
大容量火电厂需要充足的冷却水源，深圳能源库尔勒发电厂属于严重缺水的地区，年降雨量不足60mm。采用间接空冷的方式, 冷却水在循环过程中完全为密闭循环运行，基本不产生汽水的损耗，理论上该系统耗水为零。本工程2×350MW 机组，两台机组共用1 座自然通风间冷塔,库尔勒电厂属于新疆的南疆地区, 年平均气温11.4℃，最低为–25.3℃，年平均气温较低，机组运行比较经济，但是气温过低或者遇到极寒天气时，也要极大的关注间冷散热器冷却水冻结的问题。当冬季气温降至0℃以下时，扇热器铝管内的水如果发生冻结将使膨胀使铝管破裂。严重时水循环中断、间冷塔及机组停运。另外间冷塔散热器的修复难度高，工作量巨大，在冬季根本无法进行检修，可能造成巨大的经济损失。因此冬季的防冻问题是重中之重。
为了在运行中更好地制定预防散热器的防冻措施，首先要了解散热器冻结机理。散热器的散热大致分为3个过程：⑴ 翘片管内循环热水与管内壁的对流换热；⑵ 管内壁与外壁及翘片的导热；⑶ 管外壁及翘片表面与冷空气的对流换热。散热器冻结有两个条件：一是环境温度低于0℃；二是铝管内的水停止流动。环境温度高低直接影响换热的快慢，时刻影响散热器的运行。在冬季，防冻问题归根结底是要防止散热器铝管内的水流停滞。
危险点分析及应对措施:
1:百叶窗的开度调整：在冬季寒冷天气下，传热温差变大，散热量大幅度增加，散热器翅片管内的循环水产生较大过冷，当调整百叶窗的开度特别是迎风扇段与背风扇段开度时，有相关实验表明〔1〕降低迎风、背风区域的百叶窗开度，会很大程度的改善迎风扇段，背风扇段的冷却性能，但是会加剧其他扇段的进风量，降低其他扇段的出水口区域温度，。在环境温度为－１０℃且无防冻措施时，其余扇段出水温度已经低于２０℃，再降低迎风、背风扇段百叶窗开度，反恶化其他扇段的运行环境，增加冻结危险，应当根据环境气温及回水温度的不同，对所有百叶窗的开度适当调整，随着百叶窗开度的减小，各扇段的进风量减少，其出水温度明显增加，并且所有扇段的进风量更加均匀，更有利于间冷塔内内循环水的换热。并且冷却扇段的出水温度并不代表整个扇段的工作温度，当个别百叶窗关闭不严的情况下也有可能造成局部温度过冷却，冷却扇段的迎风侧、背风侧以及扇段的进水侧、回水侧的温度分布并不一致。因此间接空冷系统进入防冻期前，要完成百叶窗同步性校验工作，，并检查百叶窗关闭的严密性。并且对于施工和检修过程中没有及时封闭的空洞进行及时的封闭。避免人为造成冷却扇段局部过冷却。在冬季运行时，应使用测温仪或者热成像仪检查就地实际冷却扇段各部位实际温度情况。与远方DCS的数据进行交叉比对，掌握各冷却扇段的实际温度情况。并且在扇段充水和泄水过程中，也应该加强对就地扇段实际温度的监视。
2：冷却扇段的投停：根据多个电厂的运行经验，冷却扇段在运行时较少发生冻结的事故，相反扇段如果经常因为负荷以及其他变化经常进行投停操作，在充水和放水过程中，将使扇段冻结的可能性大大增加，在向扇段充水时，散热器铝管、翅片、上下联箱等的部件温度与环境温度一致，吸收交换循环水的热量很多，同时循环水在散热器铝管内的散热表面积很大，管束较长，充水时循环水温下降的速度很快，当自动充水程序因为设备原因不能正常进行时循环水温度极易将至冰点发生冻结。并且因为充水速度过快，热的循环水与较冷的扇热器部件的温差有可能达到60 °C以上的温差，因为充水和防水的速度较快，会产生热应力和应力集中现象。如果在冬季经常进行冷却扇段的投停，散热器可能会发生泄漏。另外，百叶窗的开度也是一个关键，在进行加热器投停时，应提前关闭相应扇段百叶窗，将进风量降至最小，减轻换热的速度。减少被冷空气带走的热量。需要对扇段进行充水时，应保证在规定时间内充水完成，充水过程不能过长，要控制在 60—80s，否则视为充水失败，需要对该扇段进行紧急泄水，原则上冬季运行期间不进行冷却扇段的投退操作，运行尽可能多的冷却扇段，百叶窗开度尽量控制在30%以内 ，在控制回水温度的情况下将百叶窗关闭至最小直至全关。确实需要投、退冷却扇段时应尽量安排在白天大气温度较高时段操作，同时要求投入时先投入背风侧扇段，然后依次投入对侧扇段和两侧扇段。充水过程中要控制好进、回水进入管束的速度。尽量保证进、回水同步到达管束的顶部。保证管束内空气的顺利排出。充水完毕后扇段充水完毕后要等待15-20 分钟后，扇段的循环充分建立好后，再打开扇段百叶窗。
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3：极寒天气：因为库尔勒电厂为供热机组，当遇到极寒天气时，需要供热的热负荷更大，此时如果机组负荷较低，进入凝汽器的蒸汽量减少，凝汽器的背压更低，排气温度也更低，但是空气温度更低的情况下，循环水的进水温度，回水温度将会下降的更快，低于20度，应及时采取关闭百叶窗，增加机组负荷等措施，注意监视回水温度的变化情况。
4：机组启停及运行：启动时，要根据天气情况投入冷却扇段，冬季停运后的启动过程中，当循环水温度大于40°C后，扇段才开始充水。并且每个扇段充水都应保持此温度，充水应安规定进行。机组降低负荷时应及时调整关闭迎风面百叶窗，随后再逐渐关小其它方面百叶窗。保证扇区出水温度不得低于25℃，当百叶窗全部关闭后扇区出水温度仍低至22℃应申请适当提高机组负荷。无论任何原因引起的机组甩负荷，都要立即关闭所有百叶窗。机组跳闸短时间（1小时）内无法恢复、锅炉无法点火、旁路无法投入、环境温度低于-15℃时，要有专人监视扇区回水温度，立即将所有扇区退出运行并就地确保各阀门状态正确。如果发生两台循环水泵同时跳闸的事故，应及时启动紧急泄水程序，并确保3Min内完成泄水。在正常停机过程中，应根据各冷却扇区出水温度逐步退出所有扇区运行，防止扇区出水温度下降过低过快发生冻结。
5：伴热带的设计：为保证冬季间冷塔塔的运行，有必要对间冷塔内水流较小或者较细管路容易发生冻结的部分加装伴热带，对于冷却扇段的进水管路和回水管路上的泄水管路，扇段顶端的排气管，间冷塔内与系统相连的表计：压力表、温度表等都应加装伴热带，在冬季运行时还应及时检查伴热情况。
根据厂家以及库尔勒电厂的实际情况，制定如下冬季防冻程序：
1）扇段一级防冻保护程序
在冬季运行模式下 (环境温度 <2℃)，冷却塔处于自动运行，当扇段回水温度 （三取中）小于 27℃，延时 60S；检查该扇段的百叶窗将抑制开度 （开度增大的方向受抑制）发出一级防冻保护报警。当扇段回水温度 （三取中）大于 30℃，延时 20S，解除百叶窗的开度抑制。
2）扇段二级防冻保护程序
在冬季运行模式下 (环境温度 <2℃)，冷却塔处于自动运行，当扇段回水温度（三取中）小于 25℃或者任一扇段散热器壁温小于 20℃，延时 60S；检查该扇段的百叶窗将关闭，发出二级防冻保护报警。当扇段回水温度（三取中）大于 27℃，延时 20S,或者任一扇段散热器壁温大于 25℃,延时 20S，扇段二级防冻保护解除。
3）扇段三级防冻保护程序
在冬季运行模式下 (环境温度 <2℃)，冷却塔处于自动运行，当扇段回水温度 （三取中）小于 20℃或者任一扇段散热器壁温小于 16℃。检查系统发出三级防冻保护报警，延时 300S，发出扇段自动泄水请求程序，当扇段回水温度 （三取中）大于 25℃延时 20S,或者任一扇段散热器壁温大于 20℃，扇段三级防冻保护解除。
4）紧急泄水程序
通过开启紧急泄水阀对整个间冷塔空冷器放水来实现对间冷塔的防冻。紧急泄水阀在以下情况下自动开启：当冷却扇区发生保护性泄水，并且在泄水过程中发生故障，环境大气温度低于2℃，冷却扇区有水且所有的循环水泵都停止运行。此外也可以通过屏幕上的按钮打开紧急泄水阀，所有冷却扇区的水将在3min内泄至到地下储水箱，确保空冷器内的水不会结冰。该运行控制模式为间冷系统的四级防冻保护。
5）高位水箱防冻保护
如果高位水箱中有水，间冷塔内的空气温度低于2℃，并且高位水箱的水温低于12℃，将启动高位水箱防冻保护程序对高位水箱中的水进行更换，补水泵将地下储水箱中的热水输送到高位水箱，把高位水箱中的冷却水通过溢流阀泄至地下储水箱中。重复此项操作直到水箱温度大于20℃。
结束语：
由于认识到间冷塔冬季运行防冻的紧迫性，在吸取多个电厂的防冻经验的基础上，在冬季来临前制定了完善的防冻措施，在运行时认真和详细的执行防冻措施，并且对新的问题不断分析，积极应对，库尔勒电厂顺利度过了运行的第一个冬季，基本没有发生冻结的事故.
参考文献：
〔1〕顾红芳，王海军，陈 琦，顾玉强。 百叶窗开度对间接空气冷却塔冬季防冻的影响〔J〕。热力发 电 ， 2016,45（4）:71-75
〔2〕神华神东电力新疆准东五彩湾电厂运行实习队培训课件
论文作者:许志东
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/31
标签：百叶窗论文; 温度论文; 回水论文; 冬季论文; 散热器论文; 机组论文; 库尔勒论文; 《电力设备》2018年第2期论文;