直接空冷凝汽器冬季防冻措施分析

2020-04-16毕海涛

中国科技纵横 2020年19期

毕海涛

（哈尔滨空调股份有限公司，黑龙江哈尔滨 150000）

1.直接空冷凝汽器冻结原因及危害

1.1 冻结原因

以我国西北地区为例，冬季气象条件较为恶劣，存在气温偏低的特点，空冷器管束在这一地区易发生冻结现象。尤其在低流量工况下，凝汽器内部的热负荷相对偏低，同时各个蒸汽分配管的凝汽量不足，部分凝汽器还会出现单元热负荷突然变小等情况。此时，外界低温条件下便会出现凝结水过冷现象。如果空冷器密封效果一般，对应冷凝汽将会漏入系统内部出现较为严重的管束冻结现象。

1.2 冻结危害

对直接空冷凝汽器而言，冻结现象主要是指凝结水在管内出现过度冷却的情况。管束内部发生局部结冰后，系统便会出现堵塞情况，如果不能及时对其进行疏通处理，极易降低凝汽器冷却效果；凝结水结冰后易发生膨胀现象，严重时便会导致管束变形、破裂，甚至会发生非计划停车现象，属于重大事故问题。

2.直接空冷的防冻措施

2.1 逆流风机反转及停运

直接空冷凝汽器中，大部分蒸汽是在顺流管束中完成凝结，对应汽轮机背压需经由顺流段的蒸汽凝结完成。运行过程中，一旦出现冻结事故，必须及时进行逆流冷却单元风机的停运处理，必要时还可反转。这一操作方法可避免逆流段中下联箱的凝结水出现冻结问题，还可降低自然通风对逆流段的冷却作用，此外，逆流风机反转还可使得整个空冷岛上部区域的热空气反向流通，实现逆流管束的加热，从而起到防冻效果。

2.2 冷却风机的间隔启停处理

对汽轮机机组而言，小流量、启停机期间，空冷器内部热负荷较小，且每片管束的热负荷分布不均匀。如果气象条件过于复杂，不均匀程度将会增长。此时，可结合各部分凝结水温度进行风机的启动、停止控制。一般情况下，可将逆流管束相邻的单元规划为一组，单排成两组，按一定周期进行轮换操作，可降低热负荷分布不均引发的冻结问题。

2.3 维持高负荷、高背压的运行条件

在外界空气温度较低的情况下，对应空冷岛为了满足防冻要求，其最小热量相对越高。在机组一定负荷的条件下，运行背压高、排气温度高，此时排汽量相对较大，相应的换热负荷较高，这一情况下有利于实现防冻处理。但是需引起重视的是这一操作会导致机组经济性能下降。为了确保整个设备的安全运行效果，相关人员要及时进行背压这一关键参数的提升控制。一般空冷岛冻结的原因都可归结为热负荷偏低，因此，空冷凝汽器防冻的最为直接的方法便包括提高热负荷，加大机组换热量。在特殊天气条件下，遇到异常状况时，必须及时提高机组的运行负荷。

2.4 防冻自动控制

新时期，控制水平越来越高，空冷系统的防冻保护控制已经成为必要手段。如针对凝结水进行温度监控，当外界环境温度不同时，冷却情况会存在较大差异，一旦空冷凝汽器的凝结水温度下降到某一设置限值时，对应管束的风机便会停止或减速，当凝结水温度回升后，风机逐步恢复正常运转。空冷器逆流管束位置可能会出现薄冰层，此时需进行周期性的风机调速处理，也可进行反转处理。务必保证整个风机的转速大于顺流风机转速。冬季运行期间，如果顺流风机正常运转，逆流风机不可进行降速或停运处理。一般，大型空冷岛都会进行冬季保护模式的设置，即结合凝结水温度、抽真空温度、外界环境温度等进行对应模式的调整。在冬季异常条件下，对应控制体系便会发出警报，操作工人便可结合警报情况进行分析，及时进行处理，有效避免了空冷器冻结等状况的发生[1]。

2.5 挡风墙

直接空冷凝汽器可在钢平台四周进行挡风墙的设置。挡风墙作用较多，夏季可降低热风循环发生几率，避免环境大风带来的负面作用。冬季，挡风墙可以降低外界自然风对管束的作用效果，避免凝汽器的上下风向上出现凝结水温差等状况。可快速降低凝汽器冻结等事故几率。空冷器设计期间，挡风墙高度相对固定，一般与蒸汽分配管齐平即可，有时略高于管中心线。

2.6 蒸汽隔离阀

对抽汽供热机组而言，冬季可能需要供热，系统必然存在低负荷运行工况。此时可从设备结构方面出发进行防冻处理，蒸汽隔离阀便是其中一种，该阀门一般安装在蒸汽分配管处，属于开关控制，可进行实际管束散热面积的调整，确保汽轮机排汽量和实际换热面积尽量匹配，可明显降低空冷器冻结事故的发生几率。

3.新型防冻方法

当前，各大发电企业的防冻措施有所不同，但是都离不开运行方面的调整和控制。在当地极端低温的情况下，有时无法依靠运行调整、结构优化的措施达到防冻效果。因此，积极进行合理有效防冻方法的分析具有重大意义。空冷凝汽器的防冻方法较多，归纳起来包括两种：一方面可借助增加热负荷来实现；另一方面降低外界冷空气的流量。考虑到热负荷和电网分配能力相关，无法随时进行调整，因此，积极进行冷空气流量的降低处理属于当下主要研究方向。在空气温度极低的情况下，有时风机全停也无法满足防冻要求，部分发电企业可能采用毡布遮盖进行处理，避免进风量的作用，但实施起来难度较大。一般情况下，大型直接空冷凝汽器的高度一般都在35m ～40m 左右，借助毡布遮盖进行处理，实施难度大、危险等级高，当气象条件不稳定、昼夜温差大的情况下，还要随时进行收取和再次铺盖处理，人力成本耗费巨大[2]。

结合毡布遮盖法实施的难度和弊端，业内相关人员研究出了一种自动控制的电动卷闸门装置，对应闸门装置一般放于空冷器进风道的下部区域，从而实现防冻目标。借助电机控制卷闸门可完成风道关闭。这一装置具有操作控制方便、运行安全可靠的优势，还可避免毡布覆盖环节中出现费时费力等情况。该装置包括闸门轨道、电动机构、驱动装置等几大部分，可以保证风筒下部区域完成全覆盖。极端低温的条件下，可借助多种手段进行调整与控制，如果凝结水温度仍然很低，对应设备仍然存在冻结风险，此时可关闭闸门，避免管束表面发生冷空气流动等状况，从而实现降低汽轮机排汽与外界机组的热量交换。

电动卷闸门可以是就地控制，也可将控制信号接入集控室完成远传控制。在外界条件允许的情况下，空冷凝汽器的防冻保护逻辑便可融入闸门自动开关的控制，保证闸门随外界环境温度、排汽量等进行自动控制。借助卷闸门进行空冷器的防冻保护处理得到了良好的应用效果。但是背压过大、凝结水温度过高的情况下，为避免卷闸门的关闭，这一要求必须引起重视。

4.效果分析

（1）电动卷闸门装置在进行防冻保护器件，其防冻原理是借助隔离空冷岛的进风通道，避免冷却风的流入，使得管束外表面空气流动效果下降，实现换热量的减小处理，有效避免了凝结器发生冻结的几率。北方低温条件下，借助电动卷闸门，可合理减弱凝汽器管束的汽水与外界空气的换热，有效避免了管内结冰等事故的发生几率。（2）电动卷闸门与传统防冻方法相比，具有方便可靠、不影响机组经济性的效果。传统防冻措施中，风机启停仅可达到局部防冻的目标；隔离阀存在漏汽风险；提高背压会降低机组的经济性，而防冻卷闸门可合理规避上述弊端。（3）从理论上讲，电动卷闸门与毡布遮盖是相同的防冻机理，都是从进风道位置出发进行了防控处理。但是后者具有工作量大、安全效果差，恶劣天气下需要耗费大量的人力、物力，且存在明显的滞后性，弊端较多。借助电动卷闸门进行防冻处理，明显提高了整个空冷凝汽器的防冻效果，且操作便捷、运行安全可靠，借助远程控制便可完成开关控制管理，更满足自动化控制要求。（4）电动卷闸门的控制逻辑可与空冷岛的防冻保护逻辑相互连接，能明显提升自动控制效果，确保整个空冷岛的防冻功能更加完善。