350MW超临界间接空冷机组冬季防冻策略分析

雷振

【摘 要】间接空冷机组的散热装置长期处于外部环境当中，在冬季严寒地带工作的时候，散热装置的换热元件很容易出现冻结情况，导致机组产生损坏情况，还可能导致出现停止运行的事故。散热装置换热元件被冻裂之后的修复时间较长，同时工艺也相对复杂。导致机组冻结情况发生，将会为电厂带来很大的经济损失。本文将以350MW超临界间接空冷机组为例，分析了表面式间接空冷机组散热装置冻结的原因，同时提出对应的防冻策略，增强了间接空冷机组在冬季严寒地带的运行性能。

【关键词】350WM超临界；空冷机组；防冻措施

本文以某电厂机组间接空冷塔为研究对象，采用数值模拟对该间接空冷系统的散热性能进行建模分析。针对散热器翅片管束，研究和探讨影响其冻结的原因，给出百叶窗的开度指令，提出间接空冷系统的防冻策略。在此基础上，利用神经网络对数值模拟结果进行建模，并结合凝汽器模型，提出了防冻策略的优化方案并给出算例。

350MW超临界间接空冷机组的散热装置，是环形垂直分布在自然冷却塔下面的进风口的地方。在冬季严寒地带，散热装置换热元件里面的循环冷却水过冷度提高，因此，散热装置的换热元件特别容易出现冻裂的情况。除此之外，因为调试过程当中空冷机组不带热负荷，在冬天实施系统注水、冲洗工作的时候，还需要考虑系统的防冻问题。所以，在严寒地带，对间接空冷机组进行防冻策略具有一定的必要性。

1表面式间接空冷系统

随着间接空冷技术的不断发展，我国西部缺水地区电厂越来越多采用间接空冷技术，钢筋混凝土间接空气冷却塔是间接空冷的主要冷却构筑物，间接空冷塔内一般为干燥的自然环境，能减轻混凝土的腐蚀和冻融破坏程度，但由于钢筋混凝土间接空气冷却塔的面积一般都比较大，施工周期较长，在寒冷地区甚至需要跨冬季施工，如何缩短冷却塔的施工周期，已成为设计中的一个重要课题。

表面式间接空冷系统的工作原理，空冷机组的工作流程，是汽轮机排汽进入表面式凝汽器后，由循环冷却水进行冷却凝结。受热后的循环水，经循环水泵升压进入自然通风冷却塔，然后由自然通风空冷塔吸入的空气进行冷却，冷却后的循环水再流回表面式凝汽器，进行下一个闭路循环。

2空冷散热装置冻结的原因

依照长期以来空冷机组的运行情况来看，散热装置换热元件里面冷却介质被冻结的因素，重点有以下两个问题。

2.1散热装置换热元件里面流动速度太低

由相关研究成可以发现，假设循环冷却水在换热元件中的流体在管内低速流动状态，同时大气的环境气温不超过0℃的时候，也就会产生结冰的情况。由于换热元件里面的水流速度越低，管径越小，管内流体的雷诺数越小。假设不超过临界雷诺数，也就是管内水流为流体在管内低速流动的状态。这个时候，流体的放热由原来的对流放热为主，改变成传导放热为主，因为传导放热的速率不超过对流放热的速度，和金属直接接触的表层流体温度快速减少，进而会出现冻结情况。冻结问题使得管道阻力提高，流量不斷降低，在一定程度上加快了流体的冻结速度。

2.2环境温度过低

当环境温度太低的时候，百叶窗的调节角度不当，可能会造成散热装置的出水过冷度的提高。空冷散热装置分布在自然冷却塔下面的进风口的地方，冷却塔的进风是自然进风。在热负荷一定的时候，其冷却水平是由环境空气的干球温度所决定的。在冬季气温较低的时候，散热装置换热元件里面的循环冷却水过冷度提高。假设气温持续降低，散热装置换热元件里面的循环水出现较大过冷度，因为自然冷却塔进口的散热装置都处于大气之中，就算运用了进风口百叶窗控制进风量，同时也无法预防寒风入侵，使得换热元件管束里面产生冻结问题，导致换热元件出现变形或冻裂的情况，导致装置出现损坏的问题。运行过程中各扇形段百叶窗开度不均匀或和环境条件不相符，将导致扇形段的出水温度不均衡，温度差距在3～5℃。所以，在对散热装置进行设计的时候，不适合取太低的冷却水出水温度。

3防冻策略分析

3.1运行中的防冻策略和注意事项

3.1.1循环水泵运行方式调节策略

（1）循环水泵的启动和停用与变频调整需要结合扇区的投退实施，调节策略是为保障空冷管束不冻结的情况下实现最佳真空度运行。

（2）机组在运行的过程当中，循环水泵启动和停运的相关规范是：在循环水泵工频启动，联锁开启循环泵出口的液控蝶阀。当循环水泵停运，应在分布式控制系统控制屏画面中关闭循环水泵出口的液控蝶阀。当分布式控制系统控制屏画面提示循环水泵出口压力提高的时候，停止循环水泵的运行。循环水泵为变频启动的时候，在分布式控制系统控制屏上，把循环水泵出口的液控蝶阀挂上“禁止操作”标志。变频启动循环水泵后，待循环水泵的频率升至25Hz以上，解除控制屏上循环水泵出口液控蝶阀“禁止操作”标志，开启循环水泵出口的液控蝶阀。停运变频的循环水泵时，需待循环水泵频率降至25Hz，再关闭循环水泵出口的液控蝶阀。随着分布式控制系统控制屏画面显示循环水泵的出口压力已开始上升，再关闭变频循环水泵的运行。

（3）在冬季运行的过程当中，维持#1、#2循环水泵的正常运行。

（4）碰到严寒天气的时候，闭合所有扇区百叶窗。

假设扇区的出水温度还是不能超过22℃，需要马上开启第3台循环水泵与提高机组负荷。

3.1.2空冷扇区的投运和退出

在冬季工作的情况下，空冷扇区的投入，需要在锅炉点火旁路投入之后缓步实施。停止运行的时候，依照各冷却扇区的出水温度，慢慢退出整个扇区的工作，预防扇区出水温度降低速度太快而产生管束的冻结的情况。在运行的过程中，假设其中一个扇区退出运行，对其两侧扇区的百叶窗，需要实施偏置设立，适当关小百叶窗，预防寒风产生扇区的局部过冷。

3.2机组停机后防冻措施

机组停运后，每天应定时启动2台补水泵，并列运行10min左右，将地下储水箱的水，泵至膨胀水箱，让膨胀水箱中的水溢流至地下储水箱，以确保膨胀水箱内的水不会被冻结。启动补水泵时，必须就地派人检查。换水过程中，如有异常应立即停止操作。检查空冷塔内的排水槽是否积水，防止排水槽冻裂。冬季停机后，应尽快停运所有的循环泵，并开启冷热水管道的紧急泄水阀，并将系统内地面上的水排入地下储水箱。

3.3事故情况下的防冻措施

假设碰到机组跳闸，机组不能在短时间内恢复运行时，需要有专人监测扇区的出水温度，并立即将所有扇区退出运行。如果发生循环泵跳闸，仅有1台循环泵运行，应立即启动备用循环泵。必要时，程控退出部分扇区运行。防止单台循环泵过负荷跳闸或扇区冷却管束内的水流速过缓，导致管束冻损。

4结束语

在分析间接空冷散热装置冻结机理的基础上，提出了间接空冷机组在冬季运行时的防冻措施。事实说明，这些策略对空冷散热装置在冬季的正常运行，提供了有力的保障，对同类机组提供理论及借鉴价值，通过优化策略，明显给冬季防冻工作带来了好处，直接减少了电厂的经济损失。

参考文献：

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[2]350MW国产超临界燃煤供热机组间接空冷系统防冻分析与探讨[J].武亭玉.内蒙古科技与经济.2015（09）

[3]600MW火电机组间接空冷塔流动换热特性数值研究[J].王为术，张雨飞，常娜娜.郑州大学学报（工学版）.2014（01）

（作者单位：陕西清水川能源股份有限公司）