摘要：对于直接空冷机组冬季的防冻与经济背压控制，特别是三排管直接空冷凝汽器在高寒地区冬季管束极易发生冰冻，影响机组的安全性和经济性，降低三排管直接空冷凝汽器在高寒地区冬季运行背压，不论是从节约生产成本，还是增发电量所能取得的经济效益都是很可观的。
关键词：直接空冷；防寒防冻；经济运行
引言
近几年由于电能产业的结构调整，煤炭价格日益走高，火力发电企业生产形势日趋严峻，控制机组的经济运行，提高初参数、降低终参数始终是火电机组前行的关键所在。相同容量的直接空冷机组排气压力较高，特别是在冬季环境温度长时间维持在-20℃左右时，空冷换热管束极易发生冻结，使冷却面积减少，从而造成背压持续升高，影响机组安全与经济，针对此问题，通过近几年摸索的一些经验和采取的一些应对措施，浅析一下冬季直接空冷机组的优化运行。
1三排管直接空冷机组概况
我公司两台660MW超临界直接空冷凝汽式发电机组，空冷系统设备由斯必克斯冷却技术（北京）有限公司及相应厂家承制。管束采用三排管，每台机设计8列64台风机。基管（散热管束）形状为椭圆形，由于翅片是缠绕在椭圆基管上，翅片效率较高，翅片间无空气流动干扰，换热效率较高，空气侧阻力小。清洗容易。
2高寒地区直接空冷机组面临的问题
三排管直接空冷凝汽器在高寒地区冬季容易发生冰冻。由于直接空冷凝汽器在室外露天布置, 在寒冷的冬季环境温度较低情况有发生冰冻的危险, 尤其是在设备启动过程中、负荷较低时及系统中聚集不可凝气体的地方。这是空冷系统面临的一个最为严重的问题。直接空冷凝汽器系统结冰，会使管束和凝结水管变形，严重时会将管子冻裂，造成相关的设备停运，空冷系统冷却面积减少，机组背压升高，影响机组的安全性和经济性，经过计算，直接空冷机组排汽压力（背压）提高1kpa，煤耗增加3g/kW.h。
3影响直接空冷机组冬季安全运行因素
3．1真空严密性不合格
空冷岛漏入空气进入逆流管束后，温度较低时，在管束内侧结霜，减少了抽空气管道的直径，导致抽真空的效率降低，背压升高；漏入空气进入顺流管束后，温度较低时，空气和蒸汽在此相遇，并阻挡蒸汽向下流通而凝结水在重力的作用下，流入联箱。凝结水在流动过程中,产生过冷甚至在管束内侧结冰，导致管束破裂，影响机组安全。
3．2蒸汽流量分配不均
当空冷风机逆流速度低于顺流，风机速度出现差异时，蒸汽重新分配。蒸汽流量小，而风机速度高时就会出现过冷，甚至在管束内结冰。而此时，由于有些管束仍可形成通路，造成冷却水收集管内的温度不会出现过冷，从而不会出现保护动作。
3．3风机转速过快
空冷风机最低转速26r/min时，环境温度气温在-20℃时，风机末端出口风温最低可到-30℃，而此时如果机组负荷较低，乏汽流量不足以满足各列的最小防冻流量，就会造成局部管束过冷却甚至冻结情况。
4直接空冷机组的防冻逻辑
4．1防冻保护Ⅰ
a)防冻保护Ⅰ触发条件：该段任一凝结水温度或抽气温度＜25℃且环境温度＜3℃
b)防冻保护Ⅰ触发动作程序：DCS画面上发“防冻保护Ⅰ”报警 ，将背压设定值提高2Kpa；30分钟后如果报警还未复归，再提高2Kpa（背压设定值最多只允许提高2次），将该段风机的各子控制器与主控制器分离后该段顺流风机以每分钟10%的速度降速直至降至最低转速（26.2转）后维持运行，该段逆流风机速度锁定保持不变。
c)防冻保护Ⅰ复位条件：该段所有凝结水温度＞35℃且所有抽气温度＞30℃或环境温度≥5℃。
d)防冻保护Ⅰ复位程序：DCS画面上“防冻保护Ⅰ”报警消失时，将背压设定值降低2Kpa，30分钟后再降低2Kpa（如果背压已增加过2次），该段顺流风机以每分钟10%的速度升速，直至达到当前主控制器的速度后将该段风机的各子控制器与主控制器连接。
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4．2防冻保护Ⅱ
a）防冻保护Ⅱ触发条件：该段任一抽气温度＜20℃且环境温度＜3℃。
b)防冻保护Ⅱ触发动作程序：由于防冻保护Ⅰ已经触发，DCS画面上“防冻保护Ⅱ”报警时，该段逆流风机以每分钟10%的速度降速至最低转速（26.2转）运行。
c)防冻保护Ⅱ复归条件：该段任一抽气温度＞30℃或环境温度≥5℃。
d)防冻保护Ⅱ复位程序：DCS画面上“防冻保护Ⅱ”报警消失后，如果防冻保护Ⅰ未复位，则逆流风机速度将锁定在当前值，不连接主控制器，如果防冻保护Ⅰ已复位，则逆流风机速度以每分钟10%的速度升速，直至达到当前主控制器的速度。
4．3冬季回暖加热：当环境温度低于-2℃时开始回暖加热，在环境温度高于0℃时停止。
回暖加热的顺序：从第1列开始，列1的逆流风机停机，1分钟后，列1逆流风机以26.2转（30%额定转速）的速度反转3分钟，然后再停机1分钟后跟踪PID指令正转运行。2.5分钟后列2逆流风机进行同样的过程，这样一直进行到第8列。然后再从第1列开始，反复循环。如果某列立管阀关闭或列回暖顺控故障，则回暖加热循环将跳过这一列
5防寒防冻应对措施
5．1正常运行时的运行调整
5．1．1远方监视和就地测温相结合，通过DCS各温度点判断对应风机单元的运行情况，并且针对管束冻裂情况加装了空冷岛温度场监视系统，可实时监视各风机单元管束温度并与就地测温进行比较，综合判断调整风机运行情况。
5．1．2为保证逆流区风机正常出力，调整逆流风机转速高于顺流风机转速5r/min运行，将风机最低转速下限更改为8r/min，平时调整时各风机转速指令偏置为0，当发生各别风机单元管束温度异常时通过风机偏置调整风机转速来降低风机出口温度。
5．1．3取消顺流风机逆止器，实现所有风机都能够正、反转运行，当管束温度较低无法通过转速调整时，可将对应单元风机进行反转回暖。
5．1．4为消除过冷空气对流，可在列与列之间搭设暖棚，消除了直接空冷散热管束内、外侧冷空气对流现象，有效的防止了直接空冷系统散热管束出现冷区或冻结现象。
5．1．5为保证逆流管束不发生冻结阻塞，回暖程控应投入良好，将1-8列风机分为上下半区同时进行回暖，缩短了一个回暖周期的时间。
5．1．6因冬季机组负荷率低，防冻流量存在不满足的情况，可将1、8列风机单元进行彻底隔离。
5．1．7根据空冷风机各单元运行参数情况，如果发生背压持续升高，风机转速上涨较多，局部过冷时，应立即启动备用真空泵运行，并就地检查是否存在冻裂漏空气的情况。
5．2启动时的运行调整
5．2．1机组冷态启动时，空冷岛各列立管阀关闭，凝结水和抽真空门开启，检查抽真空管道、疏水管道、立管阀保温完好；伴热投入，检查伴热效果。
锅炉点火后，主蒸汽压力升压至2MPa以前，不得向排汽装置排入热疏水。低旁暖管和空冷岛送汽过程应可能缩短，在较短时间内使进入空冷的蒸汽流量提升到最小流量要求。
主汽门前升压至2MPa时，开启低旁30%左右，调整高旁开度25%左右，保持低旁前压力0.5-1MPa，开启空冷岛4列立管阀向空冷岛进汽。空冷送汽后，就地检查确认4列散热器各部温度逐渐达到正常，当空冷送汽后，锅炉应加强燃烧，汽机逐渐开大高、低旁，保证空冷凝汽器最小防冻进汽量的供给，维持背压在25-30Kpa.a。发电机并网后，可逐渐关小旁路，在确保汽轮机乏汽流量大于最小防冻流量且4列散热器各部温度正常的前提下，逐步切除旁路系统。随着机组负荷的增加，依次投入其他列散热器运行。
结束语
通过在运行中不断的积累经验，高寒地区三排管直接空冷机组冬季背压在环境温度-10℃—-20℃时，背压可在10Kpa.a-12Kpa.a范围内安全稳定运行。
参考文献:
[1]邱丽霞.直接空冷汽轮机及其热力系统[J].中国电力,2017(20):120.
[2]周振起.660MW空冷汽轮机设备与系统[D].吉林大学,2017.
论文作者:李红彬
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/10
标签：风机论文; 机组论文; 逆流论文; 转速论文; 温度论文; 凝汽器论文; 速度论文; 《电力设备》2019年第3期论文;