直接空冷機組凝汽器散熱翅片積灰的運行分析及處理

王磊 白成友

摘要：某PVC循環產業鏈配套化工廠、水泥廠、自備電廠，自備電廠為4×125MW 直接空冷機組，自備電廠空冷島位于水泥廠下風口，直接空冷機組運行一段時間后，水泥廠產生的粉塵結垢至空冷島散熱器翅片外，污垢熱阻會對機組的熱經濟性產生一定的影響。以125 MW直接空冷機組為例，通過對直接空冷機組冷卻單元出口溫度分析，對管束積灰的影響進行分析。結合機組運行工況，預測積灰的程度，為直接空冷凝汽器清洗提供沖洗時間段及理論依據。

關鍵詞：直接空冷凝汽器 ?積灰 ?清潔度 ?沖洗

前言

某PVC循環產業鏈配套自備電廠為直接空冷機組，空冷島位于配套水泥廠下風口處，環境條件相對比較惡劣，粉塵大，揚塵多，由于空冷凝汽器軸流風機進風口處于微負壓，導致水泥廠等處的粉塵聚集在空冷島處。空冷凝汽器管束呈“A”形布置，導致凝汽器空氣側迎風面的流場分布不均勻，致使風力較集中部位翅片管臟物聚集處猶為嚴重，導致空冷凝汽器傳熱系數降低，傳熱性能惡化，機組運行經濟性變差。因此需要經常進行空冷凝汽器清洗，盲目進行大面積沖洗，導致除鹽水大量浪費。因此需合理進行冷卻管束表面清潔，分析散熱器管外污垢熱阻對排汽壓力的影響規律，對選擇空冷凝汽器的清洗設備及確定其清洗周期均具有一定參考意義。

1 空冷設備簡介

某自備電廠4×125MW機組采用直接空冷系統，負責對水泥廠、化工廠供電、供暖、供汽。機組直接空冷凝汽器采用單排式橢圓形鋼管套矩形鋼翅片，散熱器表面極易積灰。每臺空冷島共有4列，每列有4單元，共有16冷卻單元，其中順流12個，逆流4個，逆流單元放置在每個列中部，每個冷卻單元配置 1 臺軸流風機設置，位于單元的下部。直接空冷機組凝汽器的散熱面積401140m2，四臺空冷島合計散熱面積1604560m2。空冷散熱翅片管束尺寸 8850×2378 mm ，數量 152 個、基管橫截面尺寸220×20mm 、基管壁厚1.5mm、翅片管外形尺寸220×58mm、管束翅片厚度0.3 mm、翅片間距2.3 mm、翅化比（散熱面積/迎）125.4。

2 空冷凝汽器清潔度的計算

空冷凝汽器翅片的清潔程度嚴重影響散熱器熱交換能力，是影響機組運行經濟性的重要因素。如何定量評價它的清潔度對于有效評價空冷凝汽器沖洗工作具有重要的意義[2]。空冷凝汽器的基本工作原理與濕冷凝汽器相似，不同之處是冷卻介質的不同，因此可以依據濕冷凝汽器清潔度的推導方法來獲得空冷凝汽器清潔度的計算式：

空冷單元總散熱面積F為401140m2，其中迎風面面積Ay約為300855m2，空氣密度ρa=1.036kg/m3，比熱容 ca=1.005kJ/（kg·K），ma=ρaAyvy，因此清潔度可表示為

FCF=（ρa×Ay×νy×ca/K0F）ln（1+Δta /（ts-t1）[1]

公式中，Δta 為空氣溫升，vy 為風機的迎面風速。

夏季工況：空氣溫度 ta=20℃，背壓Pc=15kPa，蒸汽凝結溫度ts=55℃，空冷統散熱量Q=125MW，風機額定轉速為86r/min，風機風量 L=470m3/s、L=376m3/s。

可得出125MW直接空冷機組清潔度：

FCF={（0.00076exp（125- W）/（125×0.093 ）}+0.996×{W（55- 15）125（tpq- t0 ）}

公式中：FCF—散熱器潔凈度系數，一般為0.95～0.98;W—125MW機組實際負荷，

t0—空冷凝汽器入口風溫度℃;tpq—空冷凝汽器出口風溫度℃。

空冷凝汽器FCF值越接近0.95，說明空冷管束翅片越接近設計工況。空冷島凝汽器翅片清潔度正常運行一般在0.93～0.95之間。

3 空冷凝汽器運行工況

2019年5月通過計算得出空冷凝汽器各單元清潔度見下表：

通過對比四臺機組空冷凝汽器清潔度№4機空冷島清潔度最差，與2019年5月13日～5月24日，對№4機組空冷島進行熱態高壓水沖洗，采用美國JKT公司生產的柴油驅動超高壓清洗設備、沖洗噴頭為直噴、前沖式。沖洗參數為壓力為20～50MPa、流量為120L/min，原理利用水壓力把垢清洗掉，利用水的流量把清洗下的灰垢沖洗下來。空冷島散熱片采取由內部向外沖洗，清洗時槍頭調好角度，槍頭垂直對散熱片進行沖洗，從對面沖出的水線至少達到500mm以上，采取人工沖洗方法，空冷風機、齒輪箱油泵電機及空冷島下方封閉母線母線等電器設備做好防潮措施，沖洗時風機兩側門不得打開，以免影響風機效率。

4 空冷凝汽器翅片高壓沖洗前后對比

#4空冷島經過11天的高壓除鹽水沖洗后，通過數據分析清潔度如下：

內部沖洗出的雜物：

根據數據得出：沖洗前平均真空67.22KPa，沖洗后平均真空68.92KPa;沖洗后平均真空提高了1.7KPa。

5 結束語

直接空冷機組的空冷凝汽設備的維護顯得越來越重要，空冷凝汽器散熱翅片表面灰垢的清理直接影響機組經濟運行，灰垢清理采用高壓除鹽水清理，但是每次對空冷島進行高壓水沖洗影響空冷島設備的壽命，應盡量減少空冷沖洗次數。

通過計算空冷島清潔度建立沖洗數據分析，合理安排空冷島沖洗頻率，提高了汽輪機機組運行的經濟性，也有利于機組的長期、安全經濟運行。

參考文獻：

[1]趙靜，趙斌.空冷凝汽器數值計算方法與傳熱模型.河北理工大學學報，2009

[2]邵罡北，劉剛，李東.600 MW空冷島高壓水沖洗及經濟分析.制冷空調與電力機械，2011

作者簡介：王磊 1987年 本科 助理工程師 主要研究方向直接空冷機組運行與維護