探討直接空冷島啟動階段冬季防凍措施優化

武志學

摘 要：某工程2×660MW發電機組位于西北地區，冬季氣候條件十分惡劣，晝夜溫差較大。由于該機組空冷島系統冷卻機組排汽時采用的是空氣，因此機組排汽壓力控制受環境溫度影響很大，同時冬季低溫環境下，空冷島易發生結凍現象。本文總結了冬季660MW直接空冷機組啟機過程中的防凍技術，針對啟動過程中出現的問題，完善相關的控制邏輯，對直接空冷機組冬季啟動運行具借鑒意義。

關鍵詞：空冷島;直接空冷;啟動;防凍

一、工程概況

該工程機組設計容量為2×660MW超臨界、中間再熱、空冷凝汽式汽輪機，配2臺2050t/h超臨界、中間再熱、強制循環汽直流鍋爐和兩臺660MW自并勵靜止勵磁系統、水-氫-氫冷卻汽輪發電機，汽機旁路系統采用高、低壓串聯氣動旁路，其容量按鍋爐最大連續出力的40%設置。

二、空冷系統及凍結機理簡介

該機組空冷島采用的直接空冷系統包含下列主要部分：

主排汽管道系統：包括2個主排汽管道、8個蒸汽分配管道;冷凝器系統：包括8個冷凝器列，每個冷凝器列包括7個冷凝單元（其中4個順流單元、3個逆流單元）;7套通風系統（包括風機、減速機、電機、變頻器等裝置）;凝結水收集系統;抽真空系統（包括3臺100%水環真空泵）;擋風墻系統等。

空冷凝汽器管束最容易發生凍結，當進入空冷島的蒸汽流量小于最小防凍流量時，空冷島最易發生凍結，出于防凍考慮，逆流單元冷卻風機有正轉和反轉兩種運行方式。

當環境溫度下降至2℃以下時，尤其是啟動階段，蒸汽流量較小，隨著氣溫的降低，逆流管束上半部有抽氣口的部位由于管徑較小容易形成細小的冰粒，隨著時間的積累，抽氣口部位的冰粒就會越積越多，以至于影響不凝結氣體的正常抽出;順流管束過冷時管束內的凝結水將結凍，一般先發生于管束的中下部，隨著時間的累積結凍部分將在冷卻風機持續冷卻下逐漸擴大直至充滿管束。西北地區的冬季，氣溫長時間處于-20℃以下，空冷島若不采取合適的防凍措施將面臨巨大的結凍風險。

三、防凍關鍵點及啟動運行過程中的問題

1.防凍關鍵點

（1）空冷島管束本體保溫防寒。

（2）空冷島本體氣體嚴密性滿足設計要求。

（3）增大啟動初期的蒸汽流量，滿足防凍最小流量要求。

（4）風機序列啟動停止的控制，熱量的均勻分配。

（5）采取適當措施提高空冷島背壓，以提高進入空冷島蒸汽溫度。

2.啟動運行過程中的問題

（1）部分逆流散熱器的真空抽氣溫度最低至20℃，存在凍結風險。

（2）凝結水右側疏水溫度溫度最低至19℃，偏離控制參數，存在風險。

（3）切除列運行時，由于電動隔離閥關閉不嚴泄漏蒸汽，可能造成蒸汽在冷凝管排結冰和空氣抽出管結冰堵塞。

經過對防凍關鍵點的分析，和采取的防凍措施，啟動階段進行了一系列的驗證，未發生凍結事件，總體效果尚可，但是空冷島仍然存在著凍結的風險，因此，需要將以上幾項參數控制在安全區間，必須對控制系統作進一步的優化。

四、機組啟動防凍優化措施

1.優化抽真空防凍保護模式

在冬季運行模式下（環境溫度<2℃），該列風機處于運行狀態，當該列的抽真空溫度監測值達到下列條件時，抽真空防凍模式被激活：

（1）抽氣支管溫度<30℃，激活抽氣防凍保護模式1，執行下列操作：

①發出抽氣防凍保護警報。

②抽氣溫度監測點，對應的逆流風機的轉速將被降至0Hz，并按照預先設定的頻率執行反轉。延時10min，抽氣溫度仍然沒有達到抽氣防凍保護模式1所設定的復位條件，系統將控制該列的順流風機溫度比例-積分-微分控制器來代替主PID來控制順流風機的轉速，對利用更多量得蒸汽該列的逆流部分進行加熱。直到達到抽氣防凍保護模式1復位條件抽氣保護信號消失，該列的順逆流風機將恢復主PID的控制模式。

（2）抽氣支管溫度<25℃，激活抽氣防凍保護模式2，執行下列操作：

①同時監視相應列的凝結水防凍保護模式2是否激活，判斷兩種防凍保護模式都已激活，程序自動延時10min，如果是運行列，聯鎖關閉此列蒸汽隔離閥，并發出報警，該列被切除。

②如果是啟動列，只發報警信號。

2.凝結水防凍保護模式優化

對每列的凝汽器左右側凝結水疏水溫度進行檢測，如果其中任一溫度達到下列情況時，激活凝結水防凍保護模式：

（1）任何一列任一凝結水溫度<30℃，激活凝結水防凍保護模式1，執行下列操作：

①發出報警。

②相應列的順流風機降速，直到停為止。

（2）任何一列任一凝結水溫度<25℃，激活凝結水防凍保護模式2，執行下列操作：

①發出報警。

②停止相應列順流風機運行。

③同時監視相應列的抽氣防凍保護模式2是否激活，判斷兩種防凍保護模式都已激活，程序自動延時10min，如果是運行列，聯鎖關閉此列蒸汽隔離閥，并發出報警;該列切除運行。

④如果是啟動列，只發報警信號。

3.回暖保護模式邏輯優化

自動回暖保護模式可以利用管束內的熱蒸汽對管束進行回暖，所以要定期激活回暖保護模式，該模式是一列一列連續執行的，只要符合條件（環境溫度<-2℃），回暖運行模式就被激活，同時，其他任何一種防凍保護模式與此互不沖突。

只要回暖保護模式被激活，將會執行下列動作：

（1）發出該列回暖動作信號。

（2）該列的逆流風機（混流單元）按照提前設定的時間將自動減速并停止;然后按照設定好頻率進行反轉。

（3）該列順流風機仍按照控制器輸出速度運行。

（4）待回暖設定的時間一過，該列的逆流風機將恢復到原來的狀態，同時下一列將按照這個程序進行回暖，依次類推，按照順序周期執行下去。

（5）復位條件：環境溫度>2℃。

結語

通過對空冷島凍結機理的分析，分析總結出啟動階段空冷島防凍的有效措施。同時對啟動階段3中控制模式控制策略的優化，空冷機組在冬季效率及安全性明顯提升，有效地防止空冷島凍結。對寒冷地區直接空冷機組冬季防凍具有一定的參考借鑒意義。

參考文獻

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