摘要：在直接空冷机组运行历史上，冬季-30℃以下的机组启动没有任何成功经验，内蒙古国华呼伦贝尔电厂由于地处极寒地区，冬季启动不可避免。为此，电厂技术人员根据机组实际运行经验，在原有冬季安全启动的基础上，采取了机组启动前进行空冷风机入口封堵、合理控制旁路投运方式和合理选择启动参数等一系列运行措施，成功完成了冬季-34.3℃环境温度下的机组启动工作，整理并提出了超临界直接空冷机组极寒环境温度下安全启动的运行控制措施，为极寒地区直接空冷机组冬季安全启动工作提供了宝贵的运行经验。
关键词：极寒地区；直接空冷机组；极寒环境温度；安全启动；入口封堵；旁路
引言
随着国家经济的变革与水电、风电、核电等新能源项目的不断发展，东北电网区域电力供大于求的现象已经发生，且近几年来逐步趋于严重，机组利用小时数及负荷率逐年下滑，机组实际运行负荷受到电网需求的制约，机组的发电能力不能充分发挥，经常处于半负荷或压负荷的运行状态，机组启停调峰频繁，冬季极寒环境温度下的机组冷态启动工作不可避免。而直接空冷机组在冬季-30℃以下环境温度的启动，迄今为止尚未有成功的运行经验，是直接空冷机组冬季极寒环境温度下启动工作中的禁区。
1 气候条件
国华宝电厂址位于内蒙古自治区呼伦贝尔市海拉尔区陈巴尔虎旗境内，自然标高在650～680米之间，属于温带大陆性季风气候。形成寒冷、半干旱草原气候，冬季寒冷漫长；夏季温凉短促；春季干燥风大；秋季气温骤降、霜冻早。根据有关气象资料，电厂年平均温度为-1.0℃，最冷月平均温度为-26.2℃，极端最低温度为-48℃，典型年零度以下出现的小时数为3912小时、约占全年的45%，属于极寒地区[1]。
2 机组基本状况
内蒙古国华呼伦贝尔发电有限公司一期工程为2×600MW超临界直接空冷机组。
汽轮机采用上海电气集团股份有限公司生产的超临界、一次中间再热、两缸两排汽、单轴、单背压、NZK600-24.2/566/566型直接空冷式汽轮机；
空冷采用江苏双良生产的国产化自主设计的直接空冷系统，为单排管强制通风空冷凝汽器，空冷散热器管型采用单面覆铝钢基管、铝翅片单排管散热器；共8列7排56个冷却单元，配有56台轴流风机，配套电机额定功率为110KW。每列第2、6排有逆流冷却段，该段风机可反转。第1、2、3、6、7、8列设6个防冻蝶阀[2]。
3 冻结机理及极寒环境温度下机组启动面临的主要问题
在机组处于启动初期运行时，蒸汽流量很小，经试验发现加上旁路系统蒸汽流量也不能达到空冷凝汽器全部投入是的设计流量。蒸汽进入冷却管束后，在由上而下的的流动过程中，冷却管束中的蒸汽与外界冷空气进行热交换后不断凝结，由于环境温度远远低于水的冰点，其凝结水在自管束向下流动过程中，过冷度不断增加，在管束下部时达到结冰点产生冻结现象。出现北方地区冬季的“井口”冻结现象，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[3]。
直接空冷机组在冬季极寒环境温度下的启动过程中，空冷凝汽器管束、凝结水管路、抽真空管路及阀门等极易发生冻结、损坏事故，直接威胁机组的安全运行。总结直接空冷机组在冬季极寒环境温度下启动过程中所面临的主要问题有：
（1）如何控制冬季极寒环境温度下启动时空冷凝汽器的进汽量；
（2）如何选择机组冬季极寒环境温度下启动时的进汽参数；
（3）机组冬季极寒环境温度下启动时各疏水、排汽的配合操作；
（4）机组高、低压旁路系统在机组冬季极寒环境温度下启动时的配合。
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4 极寒环境温度下直接空冷机组冬季安全启动方案
直接空冷机组冬季极寒环境温度下的安全启动，关键是要控制进入空冷凝汽器的蒸汽热负荷尽快达到机组的最小防冻流量以上，并尽可能的降低空冷冷却单元的冷却风量，才能使空冷系统冻结得到有效控制。
4.1 由于呼伦贝尔地区昼夜温差在10℃左右，且中午时段日照条件较好，故直接空冷机组冬季启动要安排在白天10:00～16:00日照条件较好、环境温度相对比较稳定且温度较高的时段内进行。
4.2 机组冬季启动空冷系统进汽前12小时，检查各列空冷蝶阀、抽真空管路、阀门伴热正常，凝结水管路保温完整、无破损。
4.3机组启动前，检查各列蒸汽隔离阀严密，塞尺测量阀门内部密封间隙小于0.05mm，对于不严的蒸汽隔离阀应提前采取措施进行调整，使之满足密封间隙要求。
4.4由于空冷散热器在热交接过程中，各并列管道的进口和出口端之间的压差相等，管内蒸汽量也大致相等，然而各个管排所经受的温差不同，热交换量不同。管道中由于密封不严会有一定量的不凝气体且集中于热交换量大的管束下部冷却区，流动性差，从而形成气滞区通常称为“死区”，在该区中凝结水是过冷的，处在低温下极易结冰发生冻害[4]。故此，在空冷进汽前，启动二或三台真空泵运行增大系统抽吸能力，建立相对良好的真空和相对较大的抽气量，以确保空冷系统内部蒸汽流通顺畅，不产生“死区”。
4.5冬季运行中，空冷风机入口风向、和风速的变化对空冷凝汽器散热的影响十分明显[5]。为此，机组启动过程中，空冷进汽前，空冷岛安排专人负责将未设置隔离阀的4、5列空冷顺流冷却单元风机入口进行封堵，以确保空冷风机入口冷风流量和流速降至最低。在空冷进汽后，安排巡检就地对空冷管束温度进行实时巡测，确保空冷进汽后各冷却单元管束温度正常。
4.6空冷进汽前要将所有至排汽装置的疏水、蒸汽隔离，主汽管路疏水排至锅炉启动疏水扩容器，轴封供汽疏水排大气，防止部分蒸汽通过排气装置扩散至空冷系统后，凝结成冰造成管束或凝结水管路冻结。
4.7机组冬季启动时，为防止小流量蒸汽进入空冷岛造成空冷系统冻结，在机组蒸发量未达到最小防冻流量时，禁止开启高低压旁路，当高低压旁路关闭时，近似采用锅炉厂提供的煤量与主汽流量的对应关系，判断机组蒸发量是否达到最小防冻流量，经总结运行经验，煤量一般控制在80～100吨（50吨左右的煤与4～6只大油枪）左右为宜。
4.8选择过热度较高、压力较低的低压过热蒸汽参数作为空冷岛进汽参数，以确保进入空冷岛的蒸汽有尽可能高的过热度。
4.9机组投入旁路空冷进汽前，首先开启高、低压旁路前疏水，充分暖管后稍开高、低压旁路5min暖管，注意管路无振动和水击现象，然后开大高压旁路观察再热器压力到0.7MPa左右时，迅速开大低压旁路向向空冷岛供汽，并同步调整高、低压旁路开度，使进入空冷凝汽器的蒸汽量尽快达到当时环境温度对应的最小防冻蒸汽流量以上，控制排汽温度在100℃～120℃之间，且具有一定的过热度，并尽快将疏水回收[6]。
4.10旁路开启空冷系统进汽后，要跟踪监视进汽列凝结水温度、抽空气管路温度变化情况，同时注意加强对就地管束温度的监测，一般进汽15～20min左右对应各列的凝结水温度及应大幅上升，就地管束上的积雪及结霜应开始化冻并伴有明显的化冻声音，否则则存在冻结风险。
5 结束语
国华宝电2×600MW超临界直接空冷机组，是我国运行在最寒冷地区的直接空冷机组，正式投入商业运营已经3年时间，宝电公司专业技术人员通过对机组在冬季极寒天气下启动工作的不断总结、实现，在国内首次实现了-34.3℃环境温度下的机组安全启动，提出了直接空冷机组冬季极寒环境温度下安全启动方案，为极寒地区直接空冷机组冬季安全启动提供了可靠的依据与保障。
参考文献
[1]李新江.直接空冷系统优化专题报告[z].西北电力设计院设计报告,2005：3-4.
[2]杨迎哲.直接空冷系统自主化专题报告[z].西北电力设计院设计报告,2005：4.
[3]冯润富.直接空冷系统防冻探讨[J].中国电机工程学会火电分会空冷专委会第四届学术年会论文集，2009：199-207.
论文作者:耿群
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/10
标签：机组论文; 冬季论文; 旁路论文; 蒸汽论文; 环境温度论文; 疏水论文; 凝汽器论文; 《电力设备》2017年第34期论文;