超臨界直接空冷機組低負荷運行期間溶氧濃度升高的異常分析

1 異?，F(xiàn)象概述

某電廠350 MW超臨界直接空冷機組的空冷系統(tǒng)由6列空冷排氣裝置組成，每列空冷排氣裝置有6個空冷排氣裝置單元，其中4個為順流單元，2個為順、逆流混合單元。機組抽真空系統(tǒng)采用2臺100%容量的水環(huán)式機械真空泵，機組正常啟動后，保持其中1臺運行，1臺備用。從汽輪機排出的大量蒸汽在空冷島各管束中被冷凝，剩余的不凝結(jié)氣體被機組真空泵抽走。

該機組在最近一次檢修啟動后發(fā)現(xiàn)，在低負荷運行期間，凝結(jié)水溶氧濃度異常升高，高于《火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》規(guī)定的“直接空冷機組凝結(jié)水溶氧濃度應(yīng)小于100 μg/L”的標(biāo)準(zhǔn);機組在高負荷運行期間，凝結(jié)水溶氧濃度正常波動，均在規(guī)定值以下，如圖1所示。凝結(jié)水溶氧濃度超標(biāo)不僅會嚴重縮短設(shè)備的使用壽命，影響機組的安全運行，而且會使機組的運行經(jīng)濟性變差。

2 原因分析及解決措施

機組在空冷系統(tǒng)檢修期間，新增1組蒸汽隔離門和抽氣隔離門，確保機組在冬季運行時起到防凍保護作用。我們在檢查空冷系統(tǒng)DCS畫面數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn)，機組在低負荷運行期間，空冷系統(tǒng)凝結(jié)水回水溫度部分測點異常，過冷度增大，部分測點溫度比排氣溫度低10 ℃，而機組在高負荷運行期間，凝結(jié)水回水溫度與排氣溫度相近，符合機組正常運行期間的參數(shù)變化要求。我們選取其中一個測點的凝結(jié)水對回水溫度與排氣溫度進行比較，凝結(jié)水回水溫度、排氣溫度與溶氧濃度的關(guān)系如圖2所示。

從圖2可以看出，空冷島凝結(jié)水回水溫度變化與溶氧濃度趨勢密切相關(guān)。凝結(jié)水回水溫度較排氣溫度明顯下降時，溶氧濃度立即異常升高;反之，凝結(jié)水回水溫度升高，溶氧濃度也隨之下降。在直接空冷系統(tǒng)中，飽和蒸汽被管外空氣冷凝變成凝結(jié)水，管束內(nèi)同時存在蒸汽和水的兩相流動。凝結(jié)水在管束表面或以膜狀流動，或形成液滴落下，滴狀凝結(jié)只在特殊情況下產(chǎn)生，因此，管內(nèi)主要以膜狀凝結(jié)為主[1]。若凝結(jié)水無法正?；厮僚艢庋b置，就會滯留在空冷島而使凝結(jié)水回水溫度降低，過冷度增大，溶氧濃度升高。

下面進一步分析凝結(jié)水回水滯留在空冷島的原因。

（1）凝結(jié)水回水管道堵塞或凝結(jié)水回水管道閥門開度不到位，導(dǎo)致回水不暢。機組高負荷運行期間會產(chǎn)生大量的冷凝水，但此時凝結(jié)水溶氧濃度下降，系統(tǒng)背壓正常，說明凝結(jié)水回水管道暢通。

（2）機組低負荷運行期間排氣裝置內(nèi)壓力升高，導(dǎo)致凝結(jié)水回水不暢。考慮是否為機組在低負荷運行期間存在漏空現(xiàn)象，經(jīng)分析可能是機組汽封效果不好。機組汽封主要是向主汽輪機和2臺給水泵汽輪機的軸封提供密封蒸汽，保證汽輪機形成真空，機組汽封來源主要有兩路，輔助蒸汽或冷再蒸汽用于低負荷期間的機組密封，高負荷期間機組形成自密封。

機組啟動前對2臺給水泵汽輪機進行了軸封改造。改造前機組給水泵汽輪機軸封為手動門控制，位置高且不易控制，改造后為電動調(diào)整門自動跟蹤。為判斷是否為機組低負荷運行時小機軸封漏空，選取機組低負荷穩(wěn)定工況時段，將2臺給水泵汽輪機軸封進汽電動調(diào)整門自動切至手動控制，開大調(diào)整門，保證給水泵汽輪機軸封密封嚴密，經(jīng)數(shù)小時運行后發(fā)現(xiàn)，凝結(jié)水溶氧濃度及背壓無明顯變化，說明機組給水泵汽輪機軸封系統(tǒng)正常，機組在低負荷運行期間不存在漏空現(xiàn)象。

（3）低負荷運行期間，空冷島內(nèi)部管道有不凝結(jié)氣體存在，根據(jù)道爾頓定律，混合氣體的全壓力等于各組成氣體的分壓力之和?？绽鋶u的總壓力（即背壓）等于不凝結(jié)氣體的分壓力與蒸汽的分壓力之和。不凝結(jié)氣體的積聚使蒸汽的分壓力減小，其對應(yīng)的飽和溫度降低，造成空冷島凝結(jié)水溫度降低[2]。

啟動備用真空泵，2臺真空泵同時出力抽走不凝結(jié)氣體，2 h后效果明顯，空冷系統(tǒng)凝結(jié)水回水溫度上升，溶氧濃度恢復(fù)正常，但停用備用真空泵后，部分凝結(jié)水回水溫度又開始下降，溶氧濃度又持續(xù)升高，這說明機組空冷系統(tǒng)不凝結(jié)氣體回氣不暢。

基于此，打開空冷系統(tǒng)抽真空管道的真空冷卻器旁路門觀察機組運行，機組溶氧濃度下降明顯，從而判斷是機組真空冷卻器內(nèi)部積水嚴重導(dǎo)致不凝結(jié)氣體回氣不暢。關(guān)閉真空冷卻器旁路門，敲打真空冷卻器底部回水管道進行疏通，發(fā)現(xiàn)機組溶氧濃度降至正常值。這充分證明機組在低負荷運行期間的溶氧濃度異常是真空冷卻器底部回水管道回水不暢所致。

3 結(jié)語

不凝結(jié)氣體需在真空冷卻器冷卻后才會進入真空泵，真空冷卻器底部放水管道不暢，使得不凝結(jié)氣體中的水蒸氣冷卻凝結(jié)后積聚在真空冷卻器內(nèi)，阻滯了不凝結(jié)氣體的流動，導(dǎo)致回氣不暢，不凝結(jié)氣體在空冷島內(nèi)部大量積聚，又會造成水蒸氣的分壓力減小，其對應(yīng)的飽和溫度降低，從而使空冷島凝結(jié)水回水溫度降低，溶氧濃度升高。而機組在高負荷運行期間，因蒸汽量多，不凝結(jié)氣體溫度高、熱量多，能夠帶走真空冷卻器內(nèi)的水分，使得不凝結(jié)氣體回氣暢通，不會在空冷島內(nèi)部管道積存，影響凝結(jié)水過冷度，從而在真空冷卻器底部放水管道堵塞的情況下，不會影響機組溶氧濃度。

空冷機組凝結(jié)水的溶氧濃度與機組的安全、經(jīng)濟運行密切相關(guān)，機組在低負荷運行時溶氧濃度異常升高，當(dāng)出現(xiàn)此類問題時，運行人員應(yīng)將空冷系統(tǒng)的真空冷卻器作為重點檢查對象，或者在真空冷卻器前后增設(shè)溫度測點，以便直接觀察真空冷卻器的運行情況，從而節(jié)省查找問題所需的時間。

[參考文獻]

[1] 丁爾謀.發(fā)電廠空冷技術(shù)[M].北京：水利電力出版社，1992.

[2] 馬云輝.空冷島抽真空過冷原因分析及處理措施——某電廠100 MW直接空冷機組[J].科技傳播，2016（9）：142-143.

收稿日期：2020-06-22

作者簡介：孟文雄（1990—），男，山西永濟人，助理工程師，從事電廠運行工作。