直接空冷机组运行列逆流翅片覆雪的分析

（新疆石河子天富南热电有限公司，石河子市，832000） 刘 静

1 空冷简介

采用上海汽轮机厂制造的亚临界、一次中间再热、单轴、双缸双排汽、直接空冷抽汽凝汽式汽轮机。随着时间的推移，以防冻为核心问题，多样的结冻现象层出不穷，正常运行的逆流单元发生覆雪的问题是多年运行少见的，常常伴有翅片变凉、变形的现象。图1反映了翅片覆雪的现象。图2、图3和图4 反映出空冷风室内部观察翅片变形、变凉的特征。

图1 空冷翅片覆雪的图片

图2 直接空冷的双排翅片管束

空冷逆流单元翅片的内部结构是空冷进汽管与抽空气管组成的单元，在顶部翅片管束入口布置有凹槽，抽空气的管束顶部与进汽管隔断，连接到了抽空气的真空泵系统，以抽去空气和不凝结的气体。

图3 空冷风室内部一侧图片

图4 空冷风室内部对侧图片

2 设计应与实际相结合，考虑设计余量，保证机组参数在规定范围。

由于大气污染防治工作的不断推进，2010年所设计的直接空冷系统未充分考虑节能、节水、环保要求，不足以满足企业安全、环保发展的核心利益，而今提出了新要求，不仅存在锅炉因技改造成容量严重不足的重大设计缺陷，锅炉容量由于脱硫脱硝等新增设备的影响，运行过程中常常出现引风机全压高造成失速风险，由于煤质变差造成结焦的影响，机组出力受到了极大的限制，原来1 180t/h的蒸汽，在冬季机组出力严重不足，产汽量也只有800t/h。因此，不仅需要对电、热负荷进行合理分配，还应对配煤及时进行调整。

表1 冬季启动时最小防冻热负荷和周围环境温度的关系

表2 真空变化对凝结水温度影响对比

汽轮机设备系统由于生产需要、市场需要，也进行了余热利用系统和零出力系统的技改，原设计低压缸排汽只去空冷，经过技改，原来的排汽量分流至新增的余热利用的高背压系统和深度调峰的零出力排汽凝汽器，余热利用常常需要15℃温差的低压缸的排汽量，而零出力设备也需要20℃温差低压缸的排汽量，综合起来有35℃温差，这些低压缸排汽未进入空冷系统，由于环境温度降低，电负荷不变而热网供水温度提高，EGV 不断关小，不仅容易出现低压缸鼓风摩擦，还使空冷进汽量更少。因此，投入了高背压和零出力的同时，相应的通过减少空冷列数来实现，保证了空冷满足防冻要求的最小进汽量，对低压缸排汽量进行合理的分配，然而空冷翅片变凉变形情况仍然常常出现，以至于出现翅片覆雪的现象。（见表1）

3 翅片覆雪的原因分析

3.1 理论分析

由于环境温度低，空冷逆流单元的结构特点和工质的热力学特点，决定了翅片管束变凉、变形是常常发生的，应定期进行现场检查，及时调整相应的运行参数。通过对翅片管束进行测温，观察变凉变形的范围，判断出对应空冷各列的进汽量是否适当。

带有抽空气管的逆流翅片容易结冻，主要原因就是与进汽管道是否隔断，空气空是否含有水分有关，随着环境温度的降低，其状态也会不同。抽空气温度和凝结水温度在35℃至70℃范围，会出现水蒸汽，水的蒸发会在管内会形成珠状凝结和膜状凝结，在管壁受到凝结的水受到自然冷却和风机冷却后，温度过低时就会出现变凉及结冰现象。

表3 真空的变化对煤耗的影响

空冷翅片变形原因之一是因为空冷进汽量不均匀，由于顺流、逆流单元结构不同，39个20m长的翅片管束构成一个翅片组，同样一个风室，有的翅片组进汽多，有的翅片组进汽少，进汽量少到一定程度时，发生了变凉变形。

空冷翅片变形原因之一是因为空冷风机风压分布不均衡，风向单一，致使部分翅片受风压大和风向单一的影响而发生变形，比如说某列空冷风室单元两侧，一侧发生变形的少，另一侧发生变形的多，就说明了风进入风室后，风向直吹对翅片的影响较大，风机的频率确定了风压的大小，受空冷风机机械特性的影响，偏向某处的频率较高，而偏向某处翅片频率较少的地方，翅片变形情况不同，受风压高、风向直吹的翅片就会发生变凉变形。试想，仿照引风机、一次风机入口和出口，是否安装在空冷风机入口，对各个风室结冻情况进行对比分析。

翅片变形规律符合热胀冷缩规律，对现场管束观察发现，热管束往往发生变形，凉管束常常是直的。

3.2 现场实测

翅片覆雪下方管束肯定是凉的，管束已发生变凉和变形，经过对比翅片覆雪管束和不覆雪管束的敲击声音，从声音进行判断翅片管束是不是空的，经过现场检查，发现管束内部并未结冰。一旦管束发生变凉、变形、结冰现象，及时进行回暖处理。

做一个实验，将运行列抽空门后放空气接至停运列翅片回水集箱底部，对停运列进行烘烤，融化的水流过这段管道时，整个管道截面发生的结冰现象，堵塞了整个管道。

表2对某个风室各个参数结合现场实际情况进行对比分析，观察环境温度、真空、某风室凝结水温度及其偏差、抽空气温度及其偏差。

从表2 中，可以看出，真空受风速、风向变化一般不稳定，而凝结水温度和抽空气温度随真空变化而变化，影响较大。

当发现该风室翅片覆雪后，边检查边回暖。从最初的翅片管束下每根管束上部和中部管束零下25℃，下部与集箱连接处一直25℃。顶部接抽空气管束的翅片凉的较多，而未接抽空气管束的接口处的凉的少、变形的也少，这是由于逆流翅片特有的结构所致。即使都接抽空气管的管束，有变凉和是否覆雪的区别，这是风机频率和真空值的调整所致。之所以能回暖成功，是因为翅片与集箱连接的下部并没有变凉，以及回暖方式的多样，提供了回暖成功的可能性。

翅片管束每组39 根管束，其中，在覆雪的两组翅片管束中，回暖的程度也是了反复，一组翅片覆雪较少的，有6根变凉变形，也可能会增加或减少一根，而另一组翅片覆雪较多的，变凉变形的根数也发生变化，最初的18 根变形变凉，到6 根凉的+5 根热的+15根热的，凉的温度都很低，热的管束已然是正常状态。

空冷回暖是否成功需考虑的因素：空冷风机运行的时间、环境温度变化的时间段、真空变化的幅度、空冷进汽量的多少。以上几个因素是需要及时进行调整、观察监测的。比如说：空冷风机运行时间为10:29-12:03，12:30-13:30环境温度最低时间段为5:40-7:40，这时真空仍然保持较高，空冷风机频率没有调低，那么覆雪并没有融化。在覆雪融化的过程中，真空会突然快速变化，注意监视真空和背压，及时调整变频、控制风机的运行台数。

凝结水温度偏差大可能会造成翅片变形，可能有两种情况，一种情况是因为真空高、风机变频未减小，使翅片变凉变形，另一种情况是因为覆雪发生融化，管束里已通流，造成一侧凝结水温度高、另一侧凝结水温度低。当然还要考虑其中有一个原因是温度测点有故障，与实际不符。凝结水温度没有偏差，说明真空不高，存在余量，可以适当提高真空，或者真空本身不高，因各个管束的进汽量均匀使的两侧凝结水温度一致。

环境温度-19℃，真空维持-89.08KPa，真空与负荷、空冷运行列数的规定不一致，由于技改的原因，仍需要找出其对应的规律，真空高、煤耗少，空冷耗电率高，按经济指标的规定进行甄别、调整。下图是化冻过程中真空变化的情况：

图5 第一天覆雪时的真空趋势

图6 第二天回暖时的真空趋势

图7 第三天回暖时的真空趋势

图8 回暖成功后的真空趋势图

通过图5 至图8、表3 可以看出，煤耗的变化受供热量的影响较大，低位发热量高，使得煤耗的变化更加明显。化冻前真空常常较低，在-80KPa 到-85KPa 之间，而且真空变化较大，化冻后，真空较为稳定。

4 结论

通过对翅片覆雪情况的观察，发现真空、环境温度是自变量，而凝结水温度和抽空气温度是因变量，在维持真空不变的情况下，凝结水温度和抽空气温度的变化趋势是一致的，当这种变化趋势不一致时，说明真空过高或者是正在化冻，凝结水温度可能会偏差较大，或一侧凝结水温度低，另一侧凝结水温度高，某一列的抽空气温度低、另一列的抽空气温度高，出现偏差。因此需要对空冷的特性进行分析，使得空冷能维持在合理的运行区间或者是压红线运行，或者偏向红线正常运行的一侧运行。