600MW機組間接空冷系統的防凍與優化

劉海軍

(陽城國際發電有限責任公司，山西晉城048102)

1 系統概述

某電廠2×600MW間接空冷機組采取表面式凝汽器(哈蒙式)與海勒式空冷散熱器相結合的方式，創造性地采用了自然通風冷卻塔和表面式凝汽器的間接空冷系統，是國內首例600MW間接空冷機組。

該系統的冷卻塔采用旋轉雙曲線形鋼筋混凝土結構，底部半徑為60m，總高150m?？绽渖崞鞑捎萌X制六排管冷卻三角，冷卻三角被垂直布置在塔外一個半徑為144m的圓圈內，共安裝有176個冷卻三角，分為8個扇區，每個冷卻扇區設獨立的進、出水管和排水管。

該系統流程為:由水質為除鹽水的循環水進入表面式凝汽器的水側，通過表面換熱，冷卻凝汽器汽側的汽輪機排汽，受熱后的循環水由循環水泵送至空冷塔，通過空冷散熱器與空氣進行表面換熱，循環水被空氣冷卻后再返回凝汽器去冷卻汽輪機的排汽，構成了閉式循環。該系統具有節水、省電、系統簡單、分段控制、防凍能力強等優點。投產以來，電廠在冬季運行和防凍方面采取了各種有效手段，積累了豐富的經驗，保證了機組和設備的安全運行。

2 間接空冷系統防凍的必要性

間接空冷系統的閉式冷卻水主要是通過空冷塔底部的散熱器來冷卻的，該散熱器由匈牙利EGI公司供貨，具有冷卻效果好、精度高的特點。但由于散熱片薄，抗凍能力差，一旦發生局部漏點，就會迅速擴大事故，導致成片的散熱器受凍，不僅降低了系統的冷卻效果，還會造成散熱器損壞;同時，散熱器的修復工藝復雜，時間長，冬季無法進行修復，一旦發生事故，造成的直接和間接經濟損失都非常大。

間接空冷系統散熱器的凍裂事故多數是由于運行中采取的防凍措施不當、控制不完善造成的，本文從這2個方面對防凍進行研究和說明。

3 間接空冷系統防凍措施

3.1 運行中的操作注意事項

(1)進入冬季后，要嚴格執行空冷系統巡回檢查制度，保證設備運行正常，各個必需監視的參數都在允許的范圍內，包括風速、環境溫度、扇區進/出水溫度、直立管液位、膨脹水箱水位等關鍵參數。

(2)在正常情況下，各扇區百葉窗應投自動，加強監視自動動作情況，在自動調節緩慢或有異常情況時，應及時解除自動并進行手動調節。在自動或手動情況下都必須保證百葉窗各扇區出水溫度滿足以下要求:環境溫度在0℃以上時，保持扇區出水溫度不低于25℃;環境溫度在0～10℃時，保持扇區出水溫度不低于28℃;環境溫度低于－10℃時，保持扇區出水溫度不低于30℃。在百葉窗投自動時，如果扇區出水溫度低于以上要求，要將百葉窗解除自動，手動關小百葉窗開度，直到出水溫度達到要求。

(3)每班至少對空冷塔百葉窗開度校對1次，發現百葉窗就地開度和畫面開度不一致或各個三角百葉窗開度不一致時，應及時將百葉窗溫度控制解除自動，先手動關閉百葉窗，然后再打開百葉窗，畫面開度與實際開度一致后投入溫度控制自動。

(4)扇區泄水后，必須就地檢查確認該扇區進、回水門全部關閉，泄水門開啟，冷卻水管手動放水門余水放盡。扇區泄水后，應保持該扇區所有百葉窗全部關閉，與該扇區相鄰的2個扇區的百葉窗也應全部關閉。發現百葉窗有結冰、積雪時，要及時聯系維護人員進行清理。

(5)無論何種原因引起機組甩負荷時，都要立即關閉所有百葉窗。在機組跳閘后，應根據機組恢復啟動時間、循環水溫度的情況及時安排部分或全部扇區泄水。除特殊情況外，投、退扇區的操作應該盡量安排在白天溫度較高的時候進行，并盡量減少扇區的投、退操作。機組在遇有啟動和停機操作時，必須提前了解并監視環境氣象條件的變化。

(6)當扇區發生泄漏時，立即關閉該區域及相鄰區域百葉窗并匯報。泄漏量較大時，應立即退出該扇區運行，防止結冰凍壞冷卻三角。

(7)在機組負荷降低后，應及時關閉迎風面的百葉窗，隨后再逐漸關小其他方向的百葉窗。百葉窗全部關閉后，若扇區出水溫度仍低于28℃，應申請適當提高機組負荷，必要時應退出部分扇區運行，冷水溫度上升到28℃以上后再恢復。夜間機組調峰時，盡量避免快速增、減負荷，在寒冷季節應減小調峰深度。

(8)當環境溫度低于0℃時，#4，#5扇區中選擇一個扇區泄水列備，用以提高循環水流速和溫度。當環境溫度低于－5℃時，再將另一個扇區泄水列備，保持2個扇區泄水列備，再次提高流速。保持2臺循環泵運行，在大雪、冰凍、降溫等惡劣天氣，風力大于5級或環境溫度低于零下10℃時及時啟動第3臺循環泵，進一步提高流速。

(9)當環境溫度低于－5℃或風速較大時全關迎風面扇區百葉窗。當有泄水扇區時，全關與泄水扇區相臨運行扇區的2個冷卻三角的百葉窗(1～2個百葉窗執行機構)。當冷卻三角泄漏隔離時，全關該冷卻三角百葉窗。監視精處理混床溫度(不能超過60℃)，在保證安全的前提下適當開大處于背風面且風速不大區域的百葉窗。

3.2 間接空冷塔的自動控制及保護措施

(1)當環境溫度＞6℃時，如果凝汽器背壓＞7 kPa，循環水熱水溫度＞38℃或8min內溫升達4℃(為響應溫度的快速變化)，則扇區的百葉窗開始開啟調節;如果熱水管溫度＜35℃，則扇區的百葉窗開始關閉調節。如果背壓＜7kPa，背壓升到了最高限(用主汽流量函數計算的背壓低限加上2kPa的回滯區)或8min內背壓壓升達1kPa(為響應背壓的快速變化)，則扇區的百葉窗開始開啟調節;如果背壓達低限(用主汽流量的函數計算的背壓低限)或8min內背壓降低了1kPa(為響應背壓的快速變化)，則扇區的百葉窗開始關閉調節。

(2)當環境溫度＜6℃時，如果背壓＞7kPa，循環水熱水溫度＞(28－環境溫度×0.091)℃且熱水管溫度＞38℃，則扇區的百葉窗開始開啟調節;或者每8min檢測1次，當扇區回水和循環水熱水溫度溫升達4℃時，則扇區的百葉窗開始開啟調節。如果背壓＜7kPa，扇區回水溫度＞(28－環境溫度×0.091)℃且背壓達高限(用主汽流量的函數計算值加上2kPa的回滯區)，則扇區的百葉窗開始開啟調節;或者每8min檢測1次，扇區回水溫度溫升達4℃且背壓壓升達1kPa，則扇區的百葉窗開始開啟調節;如果背壓達低限(用主汽流量的函數計算的背壓低限)，或者8min內其溫降達4℃且扇區回水溫度＜34℃，則扇區的百葉窗開始關閉調節。

(3)環境溫度＜2℃時，如果扇區回水溫度低于(16－環境溫度×0.091)℃，則認為過冷，開始關閥。延時150s后扇區將切除放水。

(4)為盡可能優先保護設備，不論環境溫度高低，如果背壓＞7kPa，8min內循環水熱水溫降達4℃，則扇區開始關閉調節;如果背壓＜7kPa，8min內背壓壓降達1kPa，則扇區開始關閉調節。如果扇區回水溫度低于(30－環境溫度×0.091)℃，扇區開始關閉調節;如果扇區回水溫度低于(21－環境溫度×0.091)℃，則禁止開啟扇區，延時10s，將扇區的百葉窗全關。

(5)在空冷塔控制系統失靈、廠用電失電等緊急情況下，為防止空冷散熱器發生凍結事故，空冷塔內設有冷熱水緊急泄水閥。循環水泵停運后，為防止扇區內循環水停止流動而發生凍結事故，會自動開啟急泄水閥，對整個扇區進行泄水。緊急泄水閥開啟后，所有扇區的水將在3min內泄至地下儲水箱，確保散熱器內的水不會結冰。

3.3 極端惡劣天氣時空冷塔百葉窗的自動控制和優化

機組投產后2年多來，每年冬天都出現過少量散熱片受凍的情況，經過仔細研究，發現空冷塔每2個冷卻三角之間的連接上不可避免地存在一些微小縫隙，大風降溫時，通過這些微小縫隙漏過的風帶走了散熱片的部分熱量;另外，由于每個扇區的循環水都是從11組散熱片的底部、中間進入，就形成了中間流量大、兩邊流量小的水分配形式。所以，每個扇區的兩邊就會由于循環水流量低、熱量少、漏風大而導致冷卻三角的溫度降到零點以下，使散熱片受凍。

根據實際運行情況，在空冷塔每個扇區的第6冷卻柱、第17冷卻柱上各安裝2個溫度計，位置在散熱器的表面，同一個冷卻三角兩面各1個，用于測量散熱片進口的最低風溫。通過控制每個扇區兩側各3個百葉窗的開度，提高通過這些扇區冷卻三角的水溫，最終提高每個扇區兩側最容易受凍處的防凍能力。

自動控制思想如下:

(1)當第6冷卻柱上的溫度降到冰凍臨界點溫度以下(大約為8℃)時，該扇區冷卻三角左側的3個百葉窗轉入新的控制方式，將關閉5%(約3s);系統每隔1min檢測1次，如果溫度還低，繼續關閉，溫度上升到危險臨界溫度以上(大約為12℃)時，停止關閉。

(2)當第6冷卻柱上的溫度穩定上升到15℃時，3個百葉窗轉換到標準溫度控制模式，即原來的控制方式。

(3)第17冷卻柱上的溫度用于控制該扇區冷卻三角右側的3個百葉窗，原理同上。

(4)除左、右各3個百葉窗的控制邏輯需要改變外，其余百葉窗的控制邏輯不變。

4 結束語

隨著國內間接空冷機組的不斷增多，加之氣候日益多變，間接空冷塔的防凍顯得越來越重要。如果不采取有效措施保證防凍的可靠性，輕則影響機組的安全運行，造成非計劃停運或限負荷出力，重則造成幾千萬元的設備損壞。因此，在工作中不斷進行總結并采取有效的優化措施，可保證空冷塔運行更加可靠。

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