600 MW超臨界機(jī)組空冷系統(tǒng)冬季運(yùn)行防寒防凍研究

王 凱

（神華國(guó)華壽光發(fā)電有限責(zé)任公司，山東 壽光 262700）

1 概述

由于呼倫貝爾市地處嚴(yán)寒，冬季最低氣溫達(dá)-46℃，若采用濕冷機(jī)組，無(wú)法滿足實(shí)際運(yùn)行需求。且濕冷機(jī)組存在占地面積大、凍結(jié)凍裂等不利因素，故電廠采用直接空冷機(jī)組，利用空氣使汽輪機(jī)排汽直接在翅片管式空冷凝汽器中凝結(jié)成水，不但減少水資源浪費(fèi)，也起到節(jié)能環(huán)保作用［1-2］。

空冷機(jī)組依托國(guó)內(nèi)先進(jìn)設(shè)計(jì)方案，采取大管徑排汽管道、空冷凝汽器、軸流冷卻風(fēng)機(jī)和凝結(jié)水泵等組成方式，如圖1所示。空冷島設(shè)計(jì)為8列7排，共56個(gè)風(fēng)機(jī)；在排氣裝置與真空泵入口設(shè)有抽真空旁路，在啟動(dòng)初期可以加快啟動(dòng)速度。空冷凝汽器采用雙排管鋼翅片凝汽器，每個(gè)冷卻單元管束以接近60°組成的等腰三角“A”型結(jié)構(gòu)構(gòu)成，冷空氣由變頻軸流風(fēng)機(jī)抽取并吹到散熱管片上冷卻［3］。汽輪機(jī)排汽在空冷凝汽器中被空氣冷卻而凝結(jié)成水，排汽與空氣之間的熱交換是在表面式空冷凝汽器內(nèi)完成［4］。在直接空冷換熱過程中，利用散熱器翅片管外側(cè)流過的冷空氣，將凝汽器中從處于真空狀態(tài)下的汽輪機(jī)排出的熱介質(zhì)飽和蒸汽冷凝，最后冷凝后的凝結(jié)水經(jīng)處理后送回鍋爐［5-6］。

由于空冷機(jī)組在啟動(dòng)初期和低負(fù)荷運(yùn)行期間，蒸汽流量較少，存在不同程度的凍結(jié)，給運(yùn)行調(diào)整帶來(lái)較大安全隱患。根據(jù)理論研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過采取增大進(jìn)汽水量、提高機(jī)組出力、定期回暖等方式，有效避免空冷島凍結(jié)，最大程度提升機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和安全性，為機(jī)組長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有效保障。

圖1 直接空冷機(jī)組原則性汽水系統(tǒng)

2 冬季運(yùn)行存在問題

2.1 機(jī)組背壓突變

由于空冷機(jī)組的冷卻介質(zhì)是空氣，翅片管內(nèi)的蒸汽受環(huán)境的影響比較明顯，真空穩(wěn)定性較差。時(shí)常刮西南風(fēng)對(duì)于機(jī)組真空極為不利，受大風(fēng)影響最大的就是背壓，而背壓一旦降低直接影響投運(yùn)列空冷的穩(wěn)定運(yùn)行，易出現(xiàn)過冷現(xiàn)象，如發(fā)現(xiàn)遲緩加之冬季環(huán)境溫度較低則導(dǎo)致管束凍結(jié)。反之，背壓一旦突升直接導(dǎo)致凝汽器水位迅速上漲，難以控制。另外凝結(jié)水溫度上升達(dá)61℃時(shí)精處理混床旁路打開，對(duì)機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)隱患，背壓突升較高時(shí)嚴(yán)重會(huì)引起排氣裝置震動(dòng)加劇，低壓缸振動(dòng)上漲，真空泵電流突升等一系列因素。

2.2 凝結(jié)水溶氧量高

運(yùn)行中曾多次發(fā)現(xiàn)凝結(jié)水溶氧超標(biāo)（質(zhì)量濃度大于 100 μg/L），經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)異常，懷疑真空系統(tǒng)漏空氣、閥門、膨脹節(jié)不嚴(yán)、凝泵密封不嚴(yán)等。另一因素則是排氣裝置補(bǔ)水量大導(dǎo)致溶氧過大，但對(duì)于空冷機(jī)組一個(gè)重要的原因就是凝結(jié)水過冷度大，尤其在冬季由于環(huán)境溫度較低，換熱端差大，二次加熱效果欠佳。負(fù)荷越高凝結(jié)水溶氧越小，這說(shuō)明高負(fù)荷期間低壓缸排氣量增加從而進(jìn)入空冷到蒸汽量增加，空冷回水溫度高，從而給排氣裝置的水二次加熱使得溶氧降低。

2.3 疏水溫度回升慢

在開啟進(jìn)汽蝶閥后較長(zhǎng)時(shí)間凝結(jié)水溫度回升較慢，規(guī)定凝結(jié)水疏水溫度回升至35℃時(shí)可啟動(dòng)逆流單元風(fēng)機(jī)。發(fā)現(xiàn)冬季新投入列進(jìn)汽蝶閥開啟后就地翅片管溫度偏低，就地伴有化冰聲音，說(shuō)明翅片管內(nèi)部已經(jīng)凍結(jié)，隨著進(jìn)氣量越來(lái)越大翅片管內(nèi)結(jié)冰逐漸化開，化冰時(shí)間較長(zhǎng)，僅此可以判定內(nèi)部不結(jié)冰嚴(yán)重，此時(shí)若機(jī)組急需升負(fù)荷則很容易因?yàn)橥度肓袝r(shí)間較長(zhǎng)，影響機(jī)組升負(fù)荷速度。

2.4 翅片管凍結(jié)變形

受負(fù)荷限制，蒸汽量減少，環(huán)境溫度在－20～－35℃時(shí)，各管束間的溫度偏差較大，且這種溫差將隨著環(huán)境的下降而更大，也就是管束內(nèi)蒸汽流量有偏差。經(jīng)觀察，空冷管束存在著不同程度的變形，集中在兩列管束的聯(lián)接處、蒸汽蝶閥處每列第一根管束、每列最后一根管束，如圖2、圖3所示，其原因?yàn)楣苁軣岵痪蛎浭茏杌蚺蛎浟窟^大引起變形。最末端蒸汽分配管存在盲腸段，退出運(yùn)行時(shí)可能會(huì)積存蒸汽，凍結(jié)變形。

圖2 末端管束變形

圖3 逆、順流管束聯(lián)接處變形

3 實(shí)踐調(diào)整及應(yīng)用

3.1 機(jī)組啟動(dòng)控制

機(jī)組冬季啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，打開旁路使蒸汽直接進(jìn)入空冷凝汽器，旁路容量經(jīng)防凍流量計(jì)算后合理確定。考慮冬季工況最小防凍流量的要求，在蒸汽參數(shù)未達(dá)到要求前，不向空冷凝汽器排汽，禁止長(zhǎng)時(shí)間向空冷排小流量蒸汽易造成管束凍結(jié)。冬季機(jī)組啟動(dòng)過程中設(shè)專人對(duì)空冷島各排散熱器下聯(lián)箱及散熱器管束進(jìn)行就地溫度實(shí)測(cè)，異常時(shí)增加檢查和測(cè)量次數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常，消除安全隱患。

3.2 正常運(yùn)行控制

空冷冬季運(yùn)行時(shí)，應(yīng)優(yōu)先降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、停止風(fēng)機(jī)運(yùn)行，盡量避免頻繁投、退空冷列，防止蒸汽隔離閥不嚴(yán)，造成空冷管束凍結(jié)。盡量保持同排各風(fēng)機(jī)頻率相同，防止由于冷卻不均造成局部管束過冷。調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使各排散熱器下聯(lián)箱凝結(jié)水溫度均高于35℃，且各排散熱器凝結(jié)水過冷度均小于6℃。空冷散熱器凝結(jié)水的任一溫度降至35℃以下，應(yīng)及時(shí)查找原因，溫度繼續(xù)降低至25℃以下時(shí)，降低該排風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使背壓升高3 kPa，若30 min內(nèi)溫度不上升，則再啟動(dòng)1臺(tái)真空泵運(yùn)行，當(dāng)空冷散熱器凝結(jié)水溫度上升至30℃，且空冷島進(jìn)汽溫度與空冷散熱器凝結(jié)水溫度之差小于6℃時(shí)停運(yùn)1臺(tái)真空泵。若抽氣口溫度繼續(xù)下降，啟動(dòng)逆流風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)，溫度有明顯回升時(shí)停止反轉(zhuǎn)。

3.3 低負(fù)荷運(yùn)行調(diào)整

每2 h實(shí)測(cè)各排散熱器及聯(lián)箱表面溫度，將背壓設(shè)定值提高，以保證較高的蒸汽溫度，不易于凍結(jié)，注意抽真空管道及冷凝水管道溫度的過冷度。冬季在低負(fù)荷運(yùn)行工況下，會(huì)出現(xiàn)空冷凝結(jié)水溫度過低現(xiàn)象，導(dǎo)致所有風(fēng)機(jī)全部停止或在最低轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，使直接空冷系統(tǒng)變得更加脆弱，受大風(fēng)、氣候影響的程度也要加重，因而運(yùn)行中應(yīng)避免出現(xiàn)風(fēng)機(jī)全停工況的發(fā)生，同時(shí)為防止空冷島翅片管凍結(jié)，申請(qǐng)?zhí)岣邫C(jī)組負(fù)荷，增加進(jìn)汽量，保障空冷系統(tǒng)安全運(yùn)行。低負(fù)荷期間如需退出空冷列，要按先兩邊后中間的原則，禁止退出蒸汽隔離閥不嚴(yán)的空冷列，確保空冷蒸汽隔離閥后蒸汽溫度、壓力測(cè)點(diǎn)顯示準(zhǔn)確，空冷列退出運(yùn)行再次投運(yùn)時(shí)，抽真空閥開啟后，要加強(qiáng)對(duì)蒸汽隔離閥后壓力的監(jiān)視，該測(cè)點(diǎn)無(wú)明顯變化時(shí)，禁止投入該列運(yùn)行，冬季空冷列退出運(yùn)行后，要及時(shí)投入抽真空管路伴熱。

3.4 氣候突變調(diào)整

機(jī)組冬季啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，打開旁路使蒸汽直接進(jìn)入空冷凝汽器，旁路容量經(jīng)防凍流量計(jì)算后合理確定。考慮冬季工況最小防凍流量的要求，在蒸汽參數(shù)未達(dá)到要求前，不向空冷凝汽器排汽，禁止長(zhǎng)時(shí)間向空冷排小流量蒸汽易造成管束凍結(jié)。冬季機(jī)組啟動(dòng)過程中設(shè)專人對(duì)空冷島各排散熱器下聯(lián)箱及散熱器管束進(jìn)行就地溫度實(shí)測(cè)，異常時(shí)增加檢查和測(cè)量次數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常，消除安全隱患。冬季運(yùn)行期間每值應(yīng)增加就地實(shí)測(cè)各列散熱器上、中、下部管束溫度及凝結(jié)水聯(lián)箱溫度次數(shù)，且各列散熱器上、中、下部的溫度差不得超過5℃，順流散熱器下部溫度不得低于35℃，尤其應(yīng)注意各列凝結(jié)水溫度測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)側(cè)的聯(lián)箱溫度不得低于35℃，防止造成局部過冷。當(dāng)空冷管束局部過冷，調(diào)整無(wú)效時(shí)，應(yīng)及時(shí)加裝苫布封堵相應(yīng)風(fēng)機(jī)的風(fēng)筒。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)空冷系統(tǒng)需求，及時(shí)分析系統(tǒng)狀態(tài)，合理安排運(yùn)行方式，有效降低空冷機(jī)組凍結(jié)的隱患，為日常運(yùn)行調(diào)整和系統(tǒng)維護(hù)提供有效依據(jù)。實(shí)踐中保證空冷島翅片管不發(fā)生大面積凍結(jié)，必須充分了解機(jī)組每一負(fù)荷段的特性，從設(shè)備安裝、運(yùn)行調(diào)整、系統(tǒng)隱患等方面認(rèn)真研究，精細(xì)調(diào)整，通過冬季調(diào)整逐漸掌握空冷系統(tǒng)的運(yùn)行特性，為空冷島冬季運(yùn)行防凍積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。