直接空冷凝汽器冬季防凍措施分析

畢海濤

（哈爾濱空調股份有限公司，黑龍江哈爾濱 150000）

1.直接空冷凝汽器凍結原因及危害

1.1 凍結原因

以我國西北地區為例，冬季氣象條件較為惡劣，存在氣溫偏低的特點，空冷器管束在這一地區易發生凍結現象。尤其在低流量工況下，凝汽器內部的熱負荷相對偏低，同時各個蒸汽分配管的凝汽量不足，部分凝汽器還會出現單元熱負荷突然變小等情況。此時，外界低溫條件下便會出現凝結水過冷現象。如果空冷器密封效果一般，對應冷凝汽將會漏入系統內部出現較為嚴重的管束凍結現象。

1.2 凍結危害

對直接空冷凝汽器而言，凍結現象主要是指凝結水在管內出現過度冷卻的情況。管束內部發生局部結冰后，系統便會出現堵塞情況，如果不能及時對其進行疏通處理，極易降低凝汽器冷卻效果；凝結水結冰后易發生膨脹現象，嚴重時便會導致管束變形、破裂，甚至會發生非計劃停車現象，屬于重大事故問題。

2.直接空冷的防凍措施

2.1 逆流風機反轉及停運

直接空冷凝汽器中，大部分蒸汽是在順流管束中完成凝結，對應汽輪機背壓需經由順流段的蒸汽凝結完成。運行過程中，一旦出現凍結事故，必須及時進行逆流冷卻單元風機的停運處理，必要時還可反轉。這一操作方法可避免逆流段中下聯箱的凝結水出現凍結問題，還可降低自然通風對逆流段的冷卻作用，此外，逆流風機反轉還可使得整個空冷島上部區域的熱空氣反向流通，實現逆流管束的加熱，從而起到防凍效果。

2.2 冷卻風機的間隔啟停處理

對汽輪機機組而言，小流量、啟停機期間，空冷器內部熱負荷較小，且每片管束的熱負荷分布不均勻。如果氣象條件過于復雜，不均勻程度將會增長。此時，可結合各部分凝結水溫度進行風機的啟動、停止控制。一般情況下，可將逆流管束相鄰的單元規劃為一組，單排成兩組，按一定周期進行輪換操作，可降低熱負荷分布不均引發的凍結問題。

2.3 維持高負荷、高背壓的運行條件

在外界空氣溫度較低的情況下，對應空冷島為了滿足防凍要求，其最小熱量相對越高。在機組一定負荷的條件下，運行背壓高、排氣溫度高，此時排汽量相對較大，相應的換熱負荷較高，這一情況下有利于實現防凍處理。但是需引起重視的是這一操作會導致機組經濟性能下降。為了確保整個設備的安全運行效果，相關人員要及時進行背壓這一關鍵參數的提升控制。一般空冷島凍結的原因都可歸結為熱負荷偏低，因此，空冷凝汽器防凍的最為直接的方法便包括提高熱負荷，加大機組換熱量。在特殊天氣條件下，遇到異常狀況時，必須及時提高機組的運行負荷。

2.4 防凍自動控制

新時期，控制水平越來越高，空冷系統的防凍保護控制已經成為必要手段。如針對凝結水進行溫度監控，當外界環境溫度不同時，冷卻情況會存在較大差異，一旦空冷凝汽器的凝結水溫度下降到某一設置限值時，對應管束的風機便會停止或減速，當凝結水溫度回升后，風機逐步恢復正常運轉。空冷器逆流管束位置可能會出現薄冰層，此時需進行周期性的風機調速處理，也可進行反轉處理。務必保證整個風機的轉速大于順流風機轉速。冬季運行期間，如果順流風機正常運轉，逆流風機不可進行降速或停運處理。一般，大型空冷島都會進行冬季保護模式的設置，即結合凝結水溫度、抽真空溫度、外界環境溫度等進行對應模式的調整。在冬季異常條件下，對應控制體系便會發出警報，操作工人便可結合警報情況進行分析，及時進行處理，有效避免了空冷器凍結等狀況的發生[1]。

2.5 擋風墻

直接空冷凝汽器可在鋼平臺四周進行擋風墻的設置。擋風墻作用較多，夏季可降低熱風循環發生幾率，避免環境大風帶來的負面作用。冬季，擋風墻可以降低外界自然風對管束的作用效果，避免凝汽器的上下風向上出現凝結水溫差等狀況。可快速降低凝汽器凍結等事故幾率。空冷器設計期間，擋風墻高度相對固定，一般與蒸汽分配管齊平即可，有時略高于管中心線。

2.6 蒸汽隔離閥

對抽汽供熱機組而言，冬季可能需要供熱，系統必然存在低負荷運行工況。此時可從設備結構方面出發進行防凍處理，蒸汽隔離閥便是其中一種，該閥門一般安裝在蒸汽分配管處，屬于開關控制，可進行實際管束散熱面積的調整，確保汽輪機排汽量和實際換熱面積盡量匹配，可明顯降低空冷器凍結事故的發生幾率。

3.新型防凍方法

當前，各大發電企業的防凍措施有所不同，但是都離不開運行方面的調整和控制。在當地極端低溫的情況下，有時無法依靠運行調整、結構優化的措施達到防凍效果。因此，積極進行合理有效防凍方法的分析具有重大意義。空冷凝汽器的防凍方法較多，歸納起來包括兩種：一方面可借助增加熱負荷來實現；另一方面降低外界冷空氣的流量。考慮到熱負荷和電網分配能力相關，無法隨時進行調整，因此，積極進行冷空氣流量的降低處理屬于當下主要研究方向。在空氣溫度極低的情況下，有時風機全停也無法滿足防凍要求，部分發電企業可能采用氈布遮蓋進行處理，避免進風量的作用，但實施起來難度較大。一般情況下，大型直接空冷凝汽器的高度一般都在35m ～40m 左右，借助氈布遮蓋進行處理，實施難度大、危險等級高，當氣象條件不穩定、晝夜溫差大的情況下，還要隨時進行收取和再次鋪蓋處理，人力成本耗費巨大[2]。

結合氈布遮蓋法實施的難度和弊端，業內相關人員研究出了一種自動控制的電動卷閘門裝置，對應閘門裝置一般放于空冷器進風道的下部區域，從而實現防凍目標。借助電機控制卷閘門可完成風道關閉。這一裝置具有操作控制方便、運行安全可靠的優勢，還可避免氈布覆蓋環節中出現費時費力等情況。該裝置包括閘門軌道、電動機構、驅動裝置等幾大部分，可以保證風筒下部區域完成全覆蓋。極端低溫的條件下，可借助多種手段進行調整與控制，如果凝結水溫度仍然很低，對應設備仍然存在凍結風險，此時可關閉閘門，避免管束表面發生冷空氣流動等狀況，從而實現降低汽輪機排汽與外界機組的熱量交換。

電動卷閘門可以是就地控制，也可將控制信號接入集控室完成遠傳控制。在外界條件允許的情況下，空冷凝汽器的防凍保護邏輯便可融入閘門自動開關的控制，保證閘門隨外界環境溫度、排汽量等進行自動控制。借助卷閘門進行空冷器的防凍保護處理得到了良好的應用效果。但是背壓過大、凝結水溫度過高的情況下，為避免卷閘門的關閉，這一要求必須引起重視。

4.效果分析

（1）電動卷閘門裝置在進行防凍保護器件，其防凍原理是借助隔離空冷島的進風通道，避免冷卻風的流入，使得管束外表面空氣流動效果下降，實現換熱量的減小處理，有效避免了凝結器發生凍結的幾率。北方低溫條件下，借助電動卷閘門，可合理減弱凝汽器管束的汽水與外界空氣的換熱，有效避免了管內結冰等事故的發生幾率。（2）電動卷閘門與傳統防凍方法相比，具有方便可靠、不影響機組經濟性的效果。傳統防凍措施中，風機啟停僅可達到局部防凍的目標；隔離閥存在漏汽風險；提高背壓會降低機組的經濟性，而防凍卷閘門可合理規避上述弊端。（3）從理論上講，電動卷閘門與氈布遮蓋是相同的防凍機理，都是從進風道位置出發進行了防控處理。但是后者具有工作量大、安全效果差，惡劣天氣下需要耗費大量的人力、物力，且存在明顯的滯后性，弊端較多。借助電動卷閘門進行防凍處理，明顯提高了整個空冷凝汽器的防凍效果，且操作便捷、運行安全可靠，借助遠程控制便可完成開關控制管理，更滿足自動化控制要求。（4）電動卷閘門的控制邏輯可與空冷島的防凍保護邏輯相互連接，能明顯提升自動控制效果，確保整個空冷島的防凍功能更加完善。

5.結語

直接從空冷凝汽器的特點出發，冬季低溫條件下，及時使用防凍性能優良的單排管，尤其是在國內西北、北方等地區，必須考慮當地冬季氣象條件，采取合理有效的防凍措施，必要時要作出對應的專題報告。