海勒式空冷系統的應用及其注意事項

喬崗杰

(山西昱光發電有限責任公司，山西 山陰 036900)

0 引言

空冷系統以其優異的節水效果在我國北方缺水地區得到了廣泛應用。空冷系統一般分為直接空冷系統和間接空冷系統2種類型。間接空冷系統又可分為帶表面式凝汽器和帶噴射式混合凝汽器2種形式，后者又稱為海勒(Heller)式空冷系統。海勒空冷系統采用了直接接觸噴射式冷卻方式，在3種空冷系統中運行背壓最低，因此，它具有較高的效率，便于采用汽動給水泵供水方案。海勒式空冷系統節能效果較好，但由于投資較大、系統復雜等原因，目前在國內應用相對較少。

1 海勒式空冷系統概況

海勒式空冷系統主要由噴射式凝汽器、循環泵、能量回收水輪機和裝有福哥型散熱器的空冷塔構成。2臺機組共用1座空冷塔，每臺機組設5個冷卻扇段，采用交錯布置方式，2臺機組共10個扇段196個冷卻三角，冷卻三角外部安裝有電動驅動的百葉窗。每臺機組設1個925 m3的地下儲水箱，用來存放扇區的泄水或向系統補水。系統工作原理:在凝汽器中，溫度較高的冷凝水由循環泵升壓后送至空冷散熱器，通過空冷塔自拔力形成的氣流進行換熱將其冷卻，冷卻后的循環水經過調壓水輪機后進入凝汽器，通過相對布置的噴嘴直接與汽輪機排汽混合并將其冷凝，循環泵出口小部分水通過凝結水泵進入除氧器作為鍋爐補水，水輪機和循環泵同軸布置，回收循環水回水的部分能量和電動機同時驅動循環泵，系統流程如圖1所示。

2 海勒式空冷系統對給水處理方式的特殊要求

圖1 海勒式空冷系統示意圖

海勒式空冷系統采用噴射式凝汽器，循環水和凝結水為同一水質，由于空冷散熱器采用99.5%純鋁熱交換器，而鋁是兩性化合物，pH值過低和過高都會產生腐蝕。資料顯示，鋁的pH值為4.6～8.3時，表面鈍化生成致密的Al2O3保護膜，pH值為5.7時鋁的腐蝕最小。對于鍋爐中的鋼材而言，pH值≥9.0才能維持較小的腐蝕，因此，海勒式空冷系統水質控制必須兼顧鋼材和鋁材的腐蝕特性，具有一定的特殊性。

通常情況下，給水處理采用加氨－聯氨的全揮發處理方式，給水pH值控制在8.8～9.3，此時鋼材處于鈍化狀態，表面生成Fe3O4保護膜，可最大限度地減少腐蝕。但是，采用這種方式循環水的pH值會達到8.5或更高，對空冷系統的鋁材腐蝕較大，因此不宜采用。一般情況下，國內外海勒空式冷系統應用較多的是中性水加氧的處理方式。

中性水加氧需要3個條件:一是給水純度必須達到要求(氫電導率小于0.15 μS/cm，近年來國外已趨于小于0.10 μS/cm);二是給水的pH值控制在6.7～7.5的中性范圍，低于此范圍鋼材會受到強烈的腐蝕;三是水中必須保證足夠的氧化劑濃度(溶氧質量濃度為50～200 g/L)。滿足以上條件時，氧不但會失去原有的侵蝕性，還會在鋼鐵表面原有的Fe3O4保護膜以及膜的孔隙中生成更加致密的Fe2O3保護膜，并存的2種保護膜能更加有效地抑制腐蝕。同時pH值在6.7～7.5的中性范圍內，鋁材處于鈍化區，也不會造成鋁材的腐蝕。

在啟動初期，由于循環水電導率達不到要求，因此，無法采用中性水加氧方式。此時鍋爐可采用加NaOH調節pH值的方式，循環水采用微堿性水，即保持pH值為7.5～8.0，溶氧不作人為控制。該方式在國內某些電廠也有應用，當水質達到標準時，最好還是采用中性水加氧方式。

3 海勒式空冷系統的清洗

海勒式空冷系統清洗的主要方法是人工清理和水沖洗。在每次注水前，必須認真、徹底地清理凝汽器內部及所有管道設備。山西昱光發電有限責任公司(以下簡稱昱光發電公司)一臺機組循環水容積為5264m3，另一臺機組循環水容積為6119m3，循環水系統管道長，水容積大，清理工作量很大，清理質量的好壞直接影響后期的水質，對減少沖洗時間作用很大。首次沖洗采用生水，啟動循環泵沖洗6～8 h后排放，然后人工再次清理，以后的注水均采用除鹽水。可根據水質情況決定沖洗次數，一般除鹽水沖洗二三遍后就可以啟動凝結水泵并投運粉末樹脂過濾器打循環，以此來過濾水質。清理和水沖洗環節必須要重視人工清理工作的每個環節，要認真仔細，不留死角，將焊渣、鐵銹和塵土等雜質清理徹底，另外，在放水、清理和注水工作時應盡量縮短時間，防止管道再次氧化腐蝕。

海勒式空冷系統對精處理的要求較高，因此，精處理的選擇非常重要。由于循環水容積大，水質較差，最好采用2×100%粉末樹脂覆蓋過濾器加3×50%高速混床的方式。機組啟動初期，凝結水中鐵的質量濃度超過1 000 μg/L時，僅投入前置粉末覆蓋過濾器，迅速降低系統中懸浮物鐵的質量濃度，以后再投入高速混床，逐漸改善凝結水水質。需要注意的是前期粉末覆蓋過濾器，鋪膜、爆膜非常頻繁，需準備大量的啟動用纖維粉。另外，在夏季氣溫較高時，凝結水溫可達63℃甚至更高，因此，凝結水處理所用的離子交換樹脂必須能夠耐高溫。

啟動初期，由于系統中含有較多的雜質和膠泥，極易堵塞粉末覆蓋過濾器濾元，影響鋪膜效果，造成頻繁鋪膜、爆膜，所以，初期最好使用調試濾元，待后期水質穩定后再投運正式濾元。若發現濾元污染時應及時采用高壓水槍沖洗的方式清洗濾元。

4 海勒式空冷系統的防凍措施

海勒式空冷系統散熱器采用帶孔翅片板純鋁散熱器，換熱面積大，散熱效率高，管壁厚度只有1 mm，冬季運行防凍是電廠的重要工作。散熱器凍結的成因主要是環境溫度低于0℃且散熱器內水流減慢或停止所致。昱光發電公司現場高程為1083m，冬季嚴寒且風速較大，最低設計環境溫度為－31.6℃，通過冬季調試和運行經驗的總結，山西昱光發電有限責任公司主要采取了5項防凍措施。

(1)試驗證明及時關閉百葉窗是防凍的最有效手段。百葉窗是調節循環水溫度的主要手段，也是緊急情況下防凍的主要手段。在百葉窗嚴密關閉的情況下，即使水流停滯，散熱器維持十幾分鐘甚至幾十分鐘也不會凍壞。如果百葉窗打開，則可能在幾分鐘內迅速凍裂散熱器。因此，應加強百葉窗的調節和維護，確保能夠靈活動作且能關閉嚴密是空冷系統的重要維護工作。

(2)扇區充水泄水時冷卻三角最易凍裂，因此，充、泄水操作前必須確保百葉窗關閉。在冬季充水時，要選擇較高的充水溫度，一般不要低于40℃;另外，應保證較快的充水速度。充水時回水管應較供水管提前一定時間開啟，確保兩側能同時充滿，這樣，能更好地排出冷卻三角內的空氣，防止水循環不暢。泄水前應先確保供回水門關嚴，泄水完畢后，應就地檢查閥門狀態及泄水情況，防止因閥門故障或泄水管凍結造成散熱器沒有完全泄水。

(3)冬季必須認真做好防凍措施。為保證充、泄水的安全，必須做好泄水閥及前后管道、扇區頂部排空軟管、排空環形管及立管的防凍措施。扇區頂部排空軟管、環形管安裝在扇區頂部密封腔室內，應確保密封板的嚴密性，其余部位應纏伴熱電纜并外加保溫裝置。

(4)緊急泄水閥是防凍的最后防線。泄水閥前、后管道應加保溫層，2個卸油電磁閥應采用直流電源供電串聯布置方式，并取自不同功能模塊，以確保在任何時候都能可靠動作。

(5)另外，要不斷完善防凍邏輯，合理安排運行方式，根據負荷和風向合理投退冷卻扇區。

5 海勒式空冷系統的過夏措施

昱光發電公司空冷系統最高設計環境溫度為38℃，對應背壓為26 kPa。當地夏季極端氣溫短時往往會超過38℃，為不影響帶高負荷，采取以下2項措施:

(1)由于昱光發電公司所處地理位置多風少雨且周邊環境較差，長期運行會造成散熱器內大量積塵或積雜物，影響散熱效果。因此，每年夏季高溫來臨前應對散熱器進行水沖洗，沖洗可采取自帶沖洗裝置或移動高壓沖洗車2種方式，沖洗水最好采用除鹽水。

(2)采用向散熱器表面噴霧降溫的方法。根據運行經驗，增加散熱器表面噴霧措施后，背壓可降低2～4kPa，由于噴霧耗水量較大，全部采用除鹽水成本較高，因此，可采用反滲透裝置之后的水作為噴霧水。

6 結束語

海勒式空冷系統投資高、效益好，但在國內應用相對還較少，缺乏調試和運行經驗。如果使用維護不當，不僅會造成重大經濟損失，而且會延誤調試工期，影響電廠的安全性和經濟性。昱光發電公司從海勒式空冷系統設計初期的選型計算到后期的安裝、調試、運行和維護進行了嚴格把關，確保了設備的安全運行，為企業創造了良好的效益。

［1］楊振海，徐寧，邱竹賢.鋁的電位－pH圖及鋁腐蝕曲線的測定［J］.東北大學學報，2000(4):401－403.

［2］王小平，韓萍，張增.海勒系統中性水加氧化學工況的研究［J］.中國電力，1992(1):30－33.