高寒地區空冷機組防寒防凍技術

引言：針對霍林河坑口發電有限責任公司2×600MW直接空冷機組冬季運行經驗，淺析直接空冷機組在低溫環境下運行中存在的問題，提出直接空冷機組在低溫環境中安全運行采取的安全措施，重點檢查部位及調整方法，結合理論與實際分析，提出建議。

一、概述

直接空冷是指汽輪機的排汽直接由空氣來冷凝，所需的冷卻空氣由機械通風方式供應。直接空冷的凝汽設備稱為空冷凝汽器，在直接空冷系統中，空冷凝汽器的布置與風向、風速及電廠主廠房朝向都有密切關系。大型機組的空冷凝汽器通常在緊靠機房A列柱外側，與主廠房平行的縱向平臺上布置若干單元組，每個單元組由多個主凝汽器與一個分凝汽器組成“人”字形排列結構，并在每個單元機組下部設置一臺冷卻風機。

二、空冷系統凍結機理

機組處于空負荷或低負荷運行時，蒸汽流量很小，當蒸汽進入冷卻管束后，與外界冷空氣進行熱交換后不斷凝結。由于環境溫度很低，凝結水產生過冷度不斷增加，當到達冷卻管束的下部時達到結冰點凍結現象。在冷卻過程中蒸汽不斷凝結并不斷在冷卻管束的下部凍結，從而造成冷卻管束內的蒸汽發生滯流，最終使冷卻管束凍壞。另外，如果負壓系統泄漏量過大時，漏入的過量空氣在冷卻管束內對熱蒸汽形成阻滯，降低了冷卻管束內熱蒸汽的流動速度，嚴重時將會形成滯流，從而導致散熱器局部橢圓冷卻管內凝結水過冷結冰，在這種情況下同樣也會出現凍結現象。

三、直接空冷系統空冷凝汽器凍結的原因

1.在環境溫度低于0℃時，空冷凝汽器內的蒸汽流量小于其設計值。

2.在環境溫度低于0℃時，冷卻介質空氣流量過剩。

3.空冷機組負壓系統泄漏量超標。

4.空冷凝汽器風機投停順序不當，導致凝結水自然流動不暢，形成死區。

5.空冷凝汽器蒸汽入口蝶閥嚴密性不好，在停運空冷凝汽器時，有少量蒸汽漏入蒸汽分配管中，造成空冷凝汽器管束大面積結凍，凍壞管束。

6.在逆流區管束抽氣口處易形成過冷而發生凍結。

四、直接空冷系統的防凍措施

1.啟動過程防凍

（1）冬季啟動前，管道保溫完好，伴熱投入。鍋爐點火前，禁止排汽裝置進熱水熱汽。

（2）當主蒸汽流量達到空冷凝汽器的最小防凍流量時投入低旁。

（3）冬季啟動后，還應注意保護程序、回暖程序的自動情況，發現異常，手動進行控制。

（4）當機組啟動抽真空前，應杜絕一切蒸汽進入排汽裝置。

（5）當空冷凝汽器準備進汽時，鍋爐應加強燃燒，汽機逐漸開大高、低旁，保證空冷凝汽器最小防凍進汽量。

（6）機組啟、停盡量選擇白天氣溫高時進行。

（7）啟動過程中，隨著蒸汽量的增加，按由內到外的順序投入散熱器運行。

2.機組正常運行防凍

（1）嚴密監視各列凝結水溫度在35℃以上，過冷度在3～5℃之間，抽氣溫度在20℃以上。

（2）冬季運行時，過冷度應控制在正常范圍內，可采用增加負荷、啟動備用真空泵、提高機組運行背壓、減小風機出力或直接停運相應列的風機進行調整。

（3）空冷凝汽器投入運行后，各列散熱器間的隔離門必須關閉，巡檢人員應定期測量管束溫度，發現異常，及時調整。

（4）冬季運行期間，加強對排汽裝置的補水量及排汽裝置水位的監視，通過水位升降及補水情況分析空冷系統是否有凍結現象。

（5）機組運行過程中，無特殊情況不允許關空閉進汽隔離閥，如關閉則必須就地實測進汽隔離閥前后的溫度，確定閥門嚴密。

（6）冬季空冷島運行后，散熱器管束溫度、凝結水集水箱溫度不低于0℃，否則應通過回暖將溫度提至5℃以上。

（7）機組正常運行中冬季負荷盡量控制在350MW以上。負荷小于50%時，應根據排汽背壓與凝結水溫度適當投入旁路系統增加空冷系統的進汽量，以確保其最小防凍流量。

（8）若采取以上措施還有部分散熱器過冷，應將產生過冷的散熱器用棉被蓋好保溫，并將其對應風機的風筒用帆布封堵。

3.機組停運防凍

（1）正常停機過程中，要按照由外到內的順序退出各列。機組打閘停機后，立即關閉所有進入排汽裝置的疏水，關閉所有空冷散熱器進汽閥。

（2）停機前將進入排汽裝置的疏水關閉，停機打閘后，控制真空下降速度，將空冷島不凝結汽體盡量抽出。

（3）停機過程中，當每列空冷散熱器解列后，應確認閥門關閉嚴密，在機組解列后1小時內將蒸汽隔離閥重新開啟。

（4）冬季機組停機后，嚴禁開啟旁路進行鍋爐降壓。

（5）機組的負荷必須保證空冷最小防凍流量，否則可開啟旁路以提高蒸汽流量或者立即打閘停機。

（6）冬季滑參數停機時，可逐漸提高機組的運行背壓，以增加進入空冷島的蒸汽流量。

4.空冷機組異常工況下的防凍要求

（1）機組負荷大于40%額定負荷時，當凝結水過冷度超過6℃時，按機組正常運行中防寒防凍措施執行。

（2）機組負荷小于40%額定負荷時，應根據排汽背壓與凝結水溫度適當投入旁路系統增加進汽量，以確保其最小防凍流量。

（3）機組在低負荷下長時間運行時，應將產生過冷的散熱器用棉被蓋好保溫，并將其對應風機的風筒用棉被封堵，減小通風量。

5.機組運行中跳閘空冷系統的防凍措施

（1）在機組跳閘后，各列進汽閥自動關閉，所有管道疏水關閉，維持凝結泵正常運行。

（2）若鍋爐滅火，停止所有空冷風機運行，視背壓情況，關閉各列空冷島進汽隔離閥，旁路系統只投入高旁，為保證空冷島不進汽，將所有導排汽裝置的疏水關閉。

五、結束語

根據坑口電廠空冷系統多年來冬季運行情況的分析和研究。對直接空冷系統的防凍提出了一些見解，由于空冷系統在各種溫度條件下運行工況變化較大，我們也還沒有完全掌握其運行特性，對于直接空冷系統的安全及防寒防凍問題還有待于進一步深入探討。

參考文獻

[1] 火電廠直接空冷專輯[J].華北電力技術，2004.

[2] 段剛.直接空冷機組冷卻系統防寒防凍措施.吉林電力，2006.

[3] 霍林河坑口電廠汽輪機設備運行維護運行手冊，哈爾濱汽輪機設備廠.

（作者單位：通遼霍林河坑口發電有限責任公司）