火力發電廠自然通風直接空冷（NDC）防凍措施研究

楊 照

（陜西榆林能源集團楊伙盤煤電有限公司 生產準備部 陜西神木 719316）

陜西榆林能源集團楊伙盤煤電有限公司2×660MW超超臨界機組配套的冷端系統為上海電氣斯必克工程技術有限公司提供的全球首例自然通風直接空冷（NDC）系統。系統直接采用冷空氣作為介質完成與汽輪機排汽的熱交換：汽輪機排汽通過排汽管道被送至空冷散熱器，而空冷散熱器被布置在自然通風空冷塔內，利用塔筒的抽力使冷空氣流過散熱器表面，從而使散熱器內的蒸汽被凝結。空冷散熱器以垂直環形布置在自然冷卻塔底部的進風口，暴露在大氣環境中。由于冷卻塔的進風為自然進風狀態，當熱負荷確定的條件下，其冷卻能力直接取決于環境空氣干球溫度。在冬季低溫狀態下，散熱器翅片管內的凝結水過冷度增大。若氣溫繼續下降，散熱器翅片管內的凝結水產生較大過冷，由于自然冷卻塔進口的龐大面積冷卻器暴露在大氣中，即使采用了進風口百葉窗控制進風量，在自然冷卻塔自身熱動力抬升作用下，也難以抵御極端氣候條件下犀利的寒風侵入，最終可能會使翅片管管束內部被冰塊堵塞，使散熱器翅片管變形或凍裂，造成永久性損害。

北方空冷機組多次發生管束凍裂事故，嚴重時無法維持真空致使機組停運。空冷系統換熱面管束凍壞后的維修技術難度高、工作量大、時間也長，將造成巨大的經濟損失，也為機組的安全運行埋下了隱患。因此空冷系統冬季防凍措施是非常重要的，本文根據直接空冷和間冷防凍分析，總結出了自然通風直接空冷系統防凍的一套措施，為北方地區自然通風直接空冷機組冬季的安全運行提供了保障。

采用介紹機組不同狀態下的防凍措施進行分析：機組啟動、機組運行、機組停運防凍措施。

1 機組啟動空冷防凍措施

1）當進入冬季模式，遇有啟機操作時，盡量安排在11：00以后，17：00前。機組負荷盡量帶至冷卻塔最小防凍流量對應的負荷以上。

2）鍋爐點火前，檢查關閉主汽、再熱蒸汽門前管道疏水門，輔汽管道至排汽裝置疏水門，軸封母管疏水至排汽裝置氣動門、手動門以及高、低壓旁路蒸汽電動門、氣動門。

3）檢查關閉蒸汽隔離閥，電伴熱裝置要提前 4h投入。

4）軸封暖管結束后，對水封注水，啟動軸加風機，投入軸封系統，盡量縮短軸封投入抽真空時間。

5）提前檢查關閉真空破壞門并進行注水，啟動規定數量真空泵運行，進行抽真空工作。

6）根據鍋爐升壓速度，低旁暖管充分后迅速投入低旁向冷卻塔供汽，并使蒸汽量盡快達到規定的最小進汽量以上。若背壓無法維持在25kPa以下時，可提前投入相應的百葉窗運行，調節百葉窗開度維持背壓 20～25kPa，就地檢查散熱器管表面溫度均應上升且無較大偏差，否則關閉百葉窗。

7）旁路系統投入后，盡量使蒸汽進入空冷后有一定過熱度，確保凝結水溫度大于 35℃以上。

8）在機組沖轉前，要保證低旁開度，確保冷卻塔的進汽量應在任何時候均大于20%的額定進汽量，如果不能滿足此要求應聯系鍋爐進一步提高主汽參數。

釀酒生產涉及加熱、液化、糖化、蒸餾、干燥、滅菌等工藝，均需消耗大量蒸汽，釀酒生產汽耗占其綜合能耗的80%以上。在混蒸白酒生產工藝中，共有三個生產過程：“裝甑”、“蒸酒”和“蒸煮”。白酒發酵過程會產酸，白酒蒸餾到最后，酒精沒有了，酸味物質就會凸顯出來，一些沸點比較高的酸會隨著酒醅溫度的提高，也被帶出來。通過蒸汽排酸，下次發酵才能正常進行。因此在蒸煮生產過程中的工藝需要設置一道排酸工序，此階段需敞開式蒸煮。這樣大量的蒸汽將直接排放到空氣中，造成能源的浪費和環境的污染。

9）從低旁開啟至汽輪機開始沖轉，時間應盡量縮短，以防止空冷系統因進汽量小凍結堵塞。機組未并網前，維持鍋爐盡量大蒸發量，并網后根據汽缸金屬溫度應盡快增加負荷至 20%以上。機組在短時間內不具備并網加負荷條件時，必須維持鍋爐蒸發量，并保持高、低壓旁路開啟。

10）機組啟動后，冷卻三角換熱管束溫度、凝結水溫度、抽空氣管道溫度均應上升至 35℃以上。各冷卻三角按規定順序投入，對已投入的冷卻三角凝結水溫度均大于 35℃時方可投入下一列，并投入相應列的百葉窗。百葉窗按規定順序投入，投完一列后再投下一列。

11）百葉窗在啟動初期不允許投入，待空冷進汽量較大、冷卻塔內溫度較高時，可按序投入。應注意監視已投運列的抽空氣管溫度，如該溫度較低，應及時調整，包括：增加進汽流量，降低百葉窗開度，增加真空泵運行數量等。

12）有冷卻三角未投運時，用測溫槍對關閉的蒸汽隔離閥前后溫度進行測量，確保蒸汽隔離閥嚴密不漏。

13）機組在啟機過程中，逐個投入扇區運行時，應在就地配備人員配合進行操作，檢查閥門到位情況，預防閥門卡澀情況發生，可以及時有效處理。冷卻三角投運后，就地檢查已開啟蒸汽隔離閥開啟是否正常，確保蒸汽隔離閥已全開，無節流現象。

14）冬季模式下列情況下禁止投運空冷系統：

（1）防凍保護無法投運或試驗不正常。

（2）系統閥門開關試驗或聯鎖保護試驗不合格。

（3）各冷卻三角抽空氣溫度、凝結水溫度、蒸汽環管溫度、抽真空環管溫度、凝結水箱溫度等重要測點無法監視。

（5）系統管道保溫破壞或伴熱異常。

（6）任一蒸汽隔離閥關閉不嚴漏流嚴重。

15）待機組負荷穩定，全面檢查機組相關設備運行正常，背壓相對穩定后，可投入NDC自動控制。

2 機組運行空冷防凍措施

1）環境溫度＜-2℃，檢查確認空冷處于冬季模式，維持背壓 10～20kPa 之間，盡量關小百葉窗，任何情況下不得低于 8kPa 運行。

2）保證凝結水過冷度在 3-5℃，當各環管凝結水溫度高于設定溫度時，可開啟百葉窗運行。如果冷卻塔冷卻三角凝結水有任意一點溫度比其他溫度點低，且小于 25℃，則可以關小百葉窗開度，甚至關閉該冷卻三角百葉窗，直到此處凝結水溫度升高，再將冷卻塔排汽背壓設定值降低，必要時可以再啟動一臺真空泵。

3）空冷系統投入運行后，必須保證各冷卻三角百葉窗開關正常，防止百葉窗卡澀。若各冷卻三角百葉窗存在卡澀或指令偏差，需及時提高機組負荷以增加抽汽量并聯系維修人員進行處理。

4）運行中注意監視各冷卻三角凝結水出水溫度、抽空氣管道溫度，派專人就地檢測凝結水環管、各閥門、各測點溫度及電伴熱運行情況，重點檢查各散熱器管束有無變形，否則關閉該冷卻三角百葉窗，并聯系維修人員將該冷卻三角百葉窗遮蓋棉門簾或苫布簾。每小時檢測一次，夜間或有凍結現象時增加檢測次數。特別是當風向變化、負荷變化、百葉窗開度變化時要隨時實測散熱器的溫度。

5）盡量保持同區域各冷卻三角凝結水的溫度相同，不同區域的冷卻三角凝結水溫度不能相差太大，防止相鄰冷卻三角臨近管束進風量不均導致局部管束凍結。有個別三角凝結水溫度突降，懷疑溫度過低時，在關小對應百葉窗時，應同步關小相鄰百葉窗，直至查明原因恢復正常。

6）空冷任何一個區域冷卻三角抽汽口溫度低于 35℃時，關閉該冷卻三角的百葉窗，直至溫度回升至正常范圍，恢復正常調整。

7）加強對排汽裝置補水量及水位的監視，發現水位下降，補水量異常增大時，應分析空冷散熱器以及凝結水管道是否凍結，發現異常及時調整百葉窗運行方式。

8）關注天氣變化，有大幅降溫或者大風天氣，加強就地監視和風向監視，遇降雪及大風天氣應檢查塔內百葉窗操作機構處無積雪，否則及時清除。發現扇區百葉窗有掛霜現象，應通過活動百葉窗予以消除，但百葉窗活動幅度不能超過 30%。

9）機組冬季模式運行時，執行定期百葉窗活動試驗，確保百葉窗動作正常可以正常關閉。同時核對百葉窗遠方就地開度是否一致，防止百葉窗遠方就地反饋和指令不一致導致冷卻三角凍裂。

3 機組停運空冷防凍措施

1）冬季停機時盡量安排在白天氣溫高時進行。

2）機組在停機前，將空冷退出自動調整，手動對各冷卻三角百葉窗進行活動試驗，確保冷卻三角百葉窗可以正常關閉。

3）機組在停機過程中，將空冷退出自動調整，手動均勻降低各冷卻三角百葉窗開度，維持冷卻三角凝結水溫度在 35℃以上，無法維持時，結合當前背壓情況按照規定的順序依次退出各區域空冷運行。如果各區域冷卻三角溫度偏差大，先退出溫度低的區域冷卻三角。

4）機組在停機過程中，逐個退出扇區運行時，應就地配備人員配合進行操作，檢查閥門到位情況，預防閥門卡澀情況發生，可以及時關閉有效處理。

5）機組在停機過程中，在退出冷卻三角關閉蒸汽隔離閥過程中，若蒸汽隔離閥發生卡澀無法關閉時，立即打開該閥門投入該冷卻三角運行；待就地人員到位后進行退出冷卻三角關閉蒸汽隔離閥操作。禁止在蒸汽隔離閥不嚴的情況下退出對應冷卻三角。

6）機組負荷到零后，立即關閉所有至排汽裝置的疏水（包括主汽、再熱汽疏水，輔汽系統疏水，軸封系統疏水等）。疏水擴容器減溫水、水幕保護噴水、低壓缸噴水及低旁三級減溫水均應適當投入。

7）汽輪機打閘后立即退出高、低壓旁路系統，檢查關閉運行區域蒸汽隔離閥，投入電伴熱，用測溫儀就地測量門后溫度，確認閥門關閉嚴密。

8）檢查冷卻塔冷卻三角百葉窗均已關閉，停運真空泵，待機組轉速低于1 000r/min時，就地點動開啟真空破壞門，真空到 0，轉速到 0，投入連續盤車，立即停止軸封供汽，校嚴軸封供汽門。

9）停機后為防止疏水閥不嚴，排汽裝置進汽造成低壓缸溫度升高，凝結水泵應連續運行，直至排汽溫度降到 50℃以下方允許停運凝結水泵。

10）停機后全面排查，確認各隔離閥關閉嚴密無內漏，各冷卻三角百葉窗全部關閉嚴密，無漏風位置，否則及時處理。

11）停機后及時進行防寒防凍專項行動，及時投入各區域電伴熱及防凍設施。

4 結束語

針對陜西榆林能源集團楊伙盤煤電有限公司自然通風直接空冷（NDC）系統，通過在機組啟動、機組運行、機組停運這三個機組不同狀態下空冷系統防凍措施的研究，可以為同類型機組提供投產后的參考借鑒依據。只有經過不斷地總結提煉，自然通風直接空冷（NDC）系統的防凍措施才會越來越可靠，自然通風直接空冷（NDC）火電機組才能夠越安全、穩定地運行。