火电厂直接空冷系统优化应用

折子平

摘要：空冷技术是解决富煤缺水地区火力发电的重要选择。目前，国内采用直接空冷技术的机组越来越多。但在运行过程中也存在着冬季防冻、热风再循环、散热器脏污等诸多影响机组安全稳定的问题，这些问题制约了直接空冷机组安全性能和节能水平的进一步提升。因此，对不同季节运行方面的问题进行探索性研究和改进，必将提高机组的安全稳定运行水平。

关键词：火电厂;直接空冷;防冻;优化措施

一、火电厂空冷系统的型式及特点

1.1直接空冷系统

直接空冷系统主要由钢制空冷凝汽器、汽轮机排汽装置、大直径钢制排气管道、凝结水系统、抽真空系统、清洗设备等几部分组成。一般情况下，空冷凝器安装在汽机房的高架空冷台上面。直接空冷系统的工艺流程为：汽轮机将乏汽排出后，会通过汽轮机排汽装置和大直径排汽管道从汽机房排出来，并垂直上升到一定高度，然后通过排汽支管进入空冷凝汽器的蒸汽联箱中，最后蒸汽会通过空冷凝汽器蒸汽联箱进入空冷凝汽器中，和空气进行表面换热，从而达到冷凝的目的。在冷凝过程中，冷凝水会通过凝结水管流至汽轮机排汽装置中，然后利用凝结水泵将冷凝水提升到凝结水系统中，实现冷凝水的循环利用。用水量可以降低80%左右。

1.2混合式凝汽器间接空冷系统

混合式凝汽器间接空冷系统主要由混合式凝汽器、自然通风冷却塔、全铝制福哥型冷却三角散热器、充水泵组、循环水泵组、储水箱、稳压泵组、预热/尖峰冷却器、水轮发电机组、散热器清洗系统等几部分组成。混合式凝汽器间接空冷系统的工艺流程为：混合式凝汽器将冷却水喷射成水膜，汽轮机的排汽接触到冷却水膜后，直接凝结，凝结水和高温冷却水混合后，汇集在凝汽器底部的热井中，其中有98%的混合水经过循环水泵提升到自然空冷冷却塔中，通过散热器和空气进行对流换热冷却，冷却后的水经过水轮发电机组回到混合水凝汽器中，从而形成一个闭合循环系统}剩余的2%混合水会通过凝结水泵进入精处理装置进行处理，然后送回汽轮机回热系统中。

1.3两种空冷系统的比较

直接空冷系统的主要优点有：冷却效率高、占地面积小、初期投资少、系统简单、调节灵活、空冷凝汽器建设周期短等，在直接空冷系统中，汽轮机排汽能直接利用空气进行冷却，不需要利用循环冷却水进行冷却，极大的提高了冷却效率，同时直接空冷系统的凝汽器和散热器能合二为一，布置在汽机房外高架的空冷凝汽器平台上，空冷凝汽器下面可以设置出线架构、变压器等设施，有效地减少了占地面积。直接空冷系统的不足之处有：环境影响比较大，风向对空冷机组的设置方位有很大的影响，同时直接空冷系统的运行费用比较高，检修维护工作量大，并且在运行过程中产生的噪声比较大，容易引起噪声污染嘲。

表面式凝汽器间接空冷系统的主要优点有：运行背压比较低，煤耗量比较少，同时循环冷却水和凝结水是两个独立的系统，水质可以按照相应的水质标准进行处理，从而提高了水质处理的灵活性，表面式凝汽器间接空冷系统是一个封闭的系统，在运行过程中，循环水泵扬程比较低，能降低能耗，并且自然风对系统的影响比较小，在设置机组主厂房时，不需要考虑风向因素。表面式凝汽器空冷系統的不足之处有：冬季运行过程中防冻性能比较差，空冷塔占地面积比较大，建设周期比较长，并且塔内阀门比较多，操作比较复杂。

二、空冷系统冬季运行采取的措施

2.1冬季机组启动采取的措施

（1） 启动前，关闭所有进入排汽装置的疏水、空冷各进汽蝶阀关闭并进行复紧;不宜过早投入轴封系统，一般控制在风烟系统启动后，开始投轴封、抽真空。

（2） 主汽见压后，逐渐开启高旁调节门，但开度不宜过大，一般控制在2～5%（以高旁后温度缓慢升高为准），对高、低压旁路进行暖管。旁路系统暖管充分后，逐渐开启高、低压旁路，在最短时间内满足空冷最小防冻流量要求，同时开启主、再热系统所有疏水，关闭对外启动排汽。

（3） 当进汽列风机频率达到20Hz以后方可下一列进汽，进汽同时锅炉加强燃烧，增大进汽量，以尽快达到空冷最小防冻流量。

（4） 发现进汽蝶阀不严，要尽快将该列投入运行，防止进汽造成翅片被冻结，影响该列的投入。

（5） 根据蒸汽量增加进汽列，以满足机组所需。

2.2冬季机组停机采取的措施

（1） 停机阶段，随着负荷的下降，空冷单元可以逐渐退出运行，逐渐退出空冷，关闭进汽蝶阀，并进行手动复紧

（2） 机组打闸后，磨煤机吹扫阶段，若高、低旁在开启位置，立即将其关闭。严密监视本体各参数，尤其防止因高旁减温水门不严，造成减温水进入汽缸。

（3） 汽轮机转速达到规定转速以下，破坏真空，真空到零停轴封供汽。

（4） 停机后，关闭空冷抽真空电动门，凝结水电动门不得关闭，防止空冷凝结水电动门关闭后，内部凝水无法疏出而发生冻结。

2.3冬季机组正常运行采取的措施

（1）随着环境温度的降低，空冷风机可以部分停运，采用单元加封堵形式防止部分翅片过冷。

（2）当封堵无法满足空冷最小封堵流量时，采取列隔离方式满足最小防冻流量，同时拆除单元封堵。但是要加强监测测温，防止可能存在进汽蝶阀不严，造成列冻结。

（3）在冬季保证两台真空泵运行，能够有效的将逆流区的不凝结气体、乏汽抽出，保证逆流区不发生堵塞而影响顺流区的正常蒸汽流通，这在防冻阶段显得尤为重要。

（4）冬季保证空冷采用多风机、低频运行，避免出现风机高频率运行;保证空冷各单元之间隔离严密，单元门做到随手关闭，单元之间封堵严密无串风。

（5）定期进行真空严密性试验，试验不合格及时对空冷进行查漏、堵漏。确保空冷严密性合格，目前国内基本控制<100pa/min为合格值。

（6）参数控制要求：

监视凝结水过冷度<6℃，各列凝结水温度>30℃，各列的抽真空温度>20℃。

空冷各列两侧凝结水温差<4℃，若发现温差有变大趋势，说明该列一侧底部有冻结现场，应通过调整单元风机频率等方式缩小偏差。

2.4冬季机组运行采取的防冻措施

（1） 当环境温度低于某一结霜点时，在逆流管束上会发生结霜现象，这是由于该处有不凝结气体的过冷现象发生。如果这种状况持续一段时间，比如24小时内温度始终低于冰点，就有可能逐渐堵塞逆流管束下端，妨碍不凝结气体的抽出，进而造成更大面积的冻结。所以作为一种保护措施，逆流管束的风机要在一定的运行时间内间隔停运一段时间，以便逆流区管束回暖。当达不到要求时采用逆流风机反转措施对冻结单元进行回暖加热。并且监测空冷系统凝结水温度和抽气温度。这也是火电厂空冷系统最常用而且最有效的防冻措施。

（2）提高机组负荷增加空冷凝汽器进汽量并采取多风机低频率运行，尽量每排的转速相同，保证各排进气量均匀。这样整个空气场周围的压力区域可以保证稳定状态。

（3）根据机组运行情况适当提高运行机组背压，保持合适的真空值，保证抽气温度正常。

（4）对冻结单元风筒入口进行封堵、散热器外表面进行覆盖。

（5）冬季保持两台真空泵运行，提高抽真空能力防止。

（5）当系统回暖等措施达不到要求时可采用外部热源对冻结管束进行加热。

三、空冷系统夏季运行采取的措施

夏季环境温度高，不涉及冻结问题。但是由于空冷系统的工作效果主要取决于环境温度。因此过高的环境温度也会导致机组真空过低，影响机组接带负荷，降低机组效率，严重的会影响机组的安全运行。所以夏季也要采用想要的措施来维持空冷系统的正常运行。

3.1避免热风再循环采取的措施

（1）为防止自然横向风对空冷装置换热效果的影响，在直接空冷平台周围会设置挡风墙，以减少环境条件对风机工作效果的影响。挡风墙高度从直接空冷平台起，根据空冷平台高度设计挡风墙高度。高度过度则起不到防干扰作用，过高则会造成散热和对流效果恶化。

（2）在不同的直接空冷散热单元之间设置了分隔墻。

（3）控制风机转速时尽量小幅调整（<2Hz/次），全部风机统一控制，均匀调整，尽量避免引起直接空冷平台下方空气动力场扰动。

3.2针对空冷散热器脏污采取的措施

（1）每年春末夏初采用除盐水彻底冲洗一次散热器，冲洗时将喷头与散热器距离适当减小，或者采用高压水枪喷头，有利于冲洗干净效果非常明显，但要注意压力不宜过高，否则会损坏散热器表面。在运行中经常检查散热器脏污情况，必要时就进行冲洗，保证表面清洁。根据季节变换，多风、多絮状物的月份时，加大冲洗频率，及时将附着物冲洗掉，防止附着物板结或深入翅片缝隙。

（2）经常清理空冷岛下部及周边絮状物，防止被空冷风机抽吸到空冷岛散热面，减少脏污物吸附。根据凝汽器真空和积灰情况，不定期冲洗空冷凝汽器外表面，保持空冷凝汽器良好的散热性能。

（3）采取喷淋的方法。白天高负荷时段采取喷淋方式，晚高峰过后进行散热器不间断冲洗。

（4）背压高于25kPa时可以选择超频运行，严密监视直接空冷风机电流、电机线圈温度、变频器温度不超过额定值。

四、结语

空冷系统在火电厂中的应用非常广泛，尤其是缺水地区，能有效的节约用水量。我们要努力提高空冷系统的理论水平，同行业多交流，多借鉴同类机组的运行经验。在运行实践中不断优化空冷系统的运行方式。提高启其使用效率，降低企业生产成本，节约用水，保护社会生态环境。

参考文献：

[1]杨海生.直接空冷机组空冷岛运行优化的研究[D].华北电力大学，2010：4.

[2]冯丽丽.火电机组直接空冷凝汽器空气侧强化传热研究[D].华北电力大学，2012：8.

[3]李慧君，刘学敏.基于环境风影响的空冷机组排汽压力优化研究[J].汽轮机技术，2014（1）：39-42.

（作者单位：国家能源集团店塔发电公司）