海勒式空冷系统的应用及其注意事项

乔岗杰

(山西昱光发电有限责任公司，山西 山阴 036900)

0 引言

空冷系统以其优异的节水效果在我国北方缺水地区得到了广泛应用。空冷系统一般分为直接空冷系统和间接空冷系统2种类型。间接空冷系统又可分为带表面式凝汽器和带喷射式混合凝汽器2种形式，后者又称为海勒(Heller)式空冷系统。海勒空冷系统采用了直接接触喷射式冷却方式，在3种空冷系统中运行背压最低，因此，它具有较高的效率，便于采用汽动给水泵供水方案。海勒式空冷系统节能效果较好，但由于投资较大、系统复杂等原因，目前在国内应用相对较少。

1 海勒式空冷系统概况

海勒式空冷系统主要由喷射式凝汽器、循环泵、能量回收水轮机和装有福哥型散热器的空冷塔构成。2台机组共用1座空冷塔，每台机组设5个冷却扇段，采用交错布置方式，2台机组共10个扇段196个冷却三角，冷却三角外部安装有电动驱动的百叶窗。每台机组设1个925 m3的地下储水箱，用来存放扇区的泄水或向系统补水。系统工作原理:在凝汽器中，温度较高的冷凝水由循环泵升压后送至空冷散热器，通过空冷塔自拔力形成的气流进行换热将其冷却，冷却后的循环水经过调压水轮机后进入凝汽器，通过相对布置的喷嘴直接与汽轮机排汽混合并将其冷凝，循环泵出口小部分水通过凝结水泵进入除氧器作为锅炉补水，水轮机和循环泵同轴布置，回收循环水回水的部分能量和电动机同时驱动循环泵，系统流程如图1所示。

2 海勒式空冷系统对给水处理方式的特殊要求

图1 海勒式空冷系统示意图

海勒式空冷系统采用喷射式凝汽器，循环水和凝结水为同一水质，由于空冷散热器采用99.5%纯铝热交换器，而铝是两性化合物，pH值过低和过高都会产生腐蚀。资料显示，铝的pH值为4.6～8.3时，表面钝化生成致密的Al2O3保护膜，pH值为5.7时铝的腐蚀最小。对于锅炉中的钢材而言，pH值≥9.0才能维持较小的腐蚀，因此，海勒式空冷系统水质控制必须兼顾钢材和铝材的腐蚀特性，具有一定的特殊性。

通常情况下，给水处理采用加氨－联氨的全挥发处理方式，给水pH值控制在8.8～9.3，此时钢材处于钝化状态，表面生成Fe3O4保护膜，可最大限度地减少腐蚀。但是，采用这种方式循环水的pH值会达到8.5或更高，对空冷系统的铝材腐蚀较大，因此不宜采用。一般情况下，国内外海勒空式冷系统应用较多的是中性水加氧的处理方式。

中性水加氧需要3个条件:一是给水纯度必须达到要求(氢电导率小于0.15 μS/cm，近年来国外已趋于小于0.10 μS/cm);二是给水的pH值控制在6.7～7.5的中性范围，低于此范围钢材会受到强烈的腐蚀;三是水中必须保证足够的氧化剂浓度(溶氧质量浓度为50～200 g/L)。满足以上条件时，氧不但会失去原有的侵蚀性，还会在钢铁表面原有的Fe3O4保护膜以及膜的孔隙中生成更加致密的Fe2O3保护膜，并存的2种保护膜能更加有效地抑制腐蚀。同时pH值在6.7～7.5的中性范围内，铝材处于钝化区，也不会造成铝材的腐蚀。

在启动初期，由于循环水电导率达不到要求，因此，无法采用中性水加氧方式。此时锅炉可采用加NaOH调节pH值的方式，循环水采用微碱性水，即保持pH值为7.5～8.0，溶氧不作人为控制。该方式在国内某些电厂也有应用，当水质达到标准时，最好还是采用中性水加氧方式。

3 海勒式空冷系统的清洗

海勒式空冷系统清洗的主要方法是人工清理和水冲洗。在每次注水前，必须认真、彻底地清理凝汽器内部及所有管道设备。山西昱光发电有限责任公司(以下简称昱光发电公司)一台机组循环水容积为5264m3，另一台机组循环水容积为6119m3，循环水系统管道长，水容积大，清理工作量很大，清理质量的好坏直接影响后期的水质，对减少冲洗时间作用很大。首次冲洗采用生水，启动循环泵冲洗6～8 h后排放，然后人工再次清理，以后的注水均采用除盐水。可根据水质情况决定冲洗次数，一般除盐水冲洗二三遍后就可以启动凝结水泵并投运粉末树脂过滤器打循环，以此来过滤水质。清理和水冲洗环节必须要重视人工清理工作的每个环节，要认真仔细，不留死角，将焊渣、铁锈和尘土等杂质清理彻底，另外，在放水、清理和注水工作时应尽量缩短时间，防止管道再次氧化腐蚀。

海勒式空冷系统对精处理的要求较高，因此，精处理的选择非常重要。由于循环水容积大，水质较差，最好采用2×100%粉末树脂覆盖过滤器加3×50%高速混床的方式。机组启动初期，凝结水中铁的质量浓度超过1 000 μg/L时，仅投入前置粉末覆盖过滤器，迅速降低系统中悬浮物铁的质量浓度，以后再投入高速混床，逐渐改善凝结水水质。需要注意的是前期粉末覆盖过滤器，铺膜、爆膜非常频繁，需准备大量的启动用纤维粉。另外，在夏季气温较高时，凝结水温可达63℃甚至更高，因此，凝结水处理所用的离子交换树脂必须能够耐高温。

启动初期，由于系统中含有较多的杂质和胶泥，极易堵塞粉末覆盖过滤器滤元，影响铺膜效果，造成频繁铺膜、爆膜，所以，初期最好使用调试滤元，待后期水质稳定后再投运正式滤元。若发现滤元污染时应及时采用高压水枪冲洗的方式清洗滤元。

4 海勒式空冷系统的防冻措施

海勒式空冷系统散热器采用带孔翅片板纯铝散热器，换热面积大，散热效率高，管壁厚度只有1 mm，冬季运行防冻是电厂的重要工作。散热器冻结的成因主要是环境温度低于0℃且散热器内水流减慢或停止所致。昱光发电公司现场高程为1083m，冬季严寒且风速较大，最低设计环境温度为－31.6℃，通过冬季调试和运行经验的总结，山西昱光发电有限责任公司主要采取了5项防冻措施。

(1)试验证明及时关闭百叶窗是防冻的最有效手段。百叶窗是调节循环水温度的主要手段，也是紧急情况下防冻的主要手段。在百叶窗严密关闭的情况下，即使水流停滞，散热器维持十几分钟甚至几十分钟也不会冻坏。如果百叶窗打开，则可能在几分钟内迅速冻裂散热器。因此，应加强百叶窗的调节和维护，确保能够灵活动作且能关闭严密是空冷系统的重要维护工作。

(2)扇区充水泄水时冷却三角最易冻裂，因此，充、泄水操作前必须确保百叶窗关闭。在冬季充水时，要选择较高的充水温度，一般不要低于40℃;另外，应保证较快的充水速度。充水时回水管应较供水管提前一定时间开启，确保两侧能同时充满，这样，能更好地排出冷却三角内的空气，防止水循环不畅。泄水前应先确保供回水门关严，泄水完毕后，应就地检查阀门状态及泄水情况，防止因阀门故障或泄水管冻结造成散热器没有完全泄水。

(3)冬季必须认真做好防冻措施。为保证充、泄水的安全，必须做好泄水阀及前后管道、扇区顶部排空软管、排空环形管及立管的防冻措施。扇区顶部排空软管、环形管安装在扇区顶部密封腔室内，应确保密封板的严密性，其余部位应缠伴热电缆并外加保温装置。

(4)紧急泄水阀是防冻的最后防线。泄水阀前、后管道应加保温层，2个卸油电磁阀应采用直流电源供电串联布置方式，并取自不同功能模块，以确保在任何时候都能可靠动作。

(5)另外，要不断完善防冻逻辑，合理安排运行方式，根据负荷和风向合理投退冷却扇区。

5 海勒式空冷系统的过夏措施

昱光发电公司空冷系统最高设计环境温度为38℃，对应背压为26 kPa。当地夏季极端气温短时往往会超过38℃，为不影响带高负荷，采取以下2项措施:

(1)由于昱光发电公司所处地理位置多风少雨且周边环境较差，长期运行会造成散热器内大量积尘或积杂物，影响散热效果。因此，每年夏季高温来临前应对散热器进行水冲洗，冲洗可采取自带冲洗装置或移动高压冲洗车2种方式，冲洗水最好采用除盐水。

(2)采用向散热器表面喷雾降温的方法。根据运行经验，增加散热器表面喷雾措施后，背压可降低2～4kPa，由于喷雾耗水量较大，全部采用除盐水成本较高，因此，可采用反渗透装置之后的水作为喷雾水。

6 结束语

海勒式空冷系统投资高、效益好，但在国内应用相对还较少，缺乏调试和运行经验。如果使用维护不当，不仅会造成重大经济损失，而且会延误调试工期，影响电厂的安全性和经济性。昱光发电公司从海勒式空冷系统设计初期的选型计算到后期的安装、调试、运行和维护进行了严格把关，确保了设备的安全运行，为企业创造了良好的效益。

［1］杨振海，徐宁，邱竹贤.铝的电位－pH图及铝腐蚀曲线的测定［J］.东北大学学报，2000(4):401－403.

［2］王小平，韩萍，张增.海勒系统中性水加氧化学工况的研究［J］.中国电力，1992(1):30－33.