某厂某机组引风机闭式冷却水系统分析与优化

摘要：鉴于引风机闭式冷却水系统的重要性，并且该系统在改造后还存在很多问题和不足，就其对系统安全运行的影响及生产的技术问题进行了分析，提出解决及优化方案。

关键词：闭式水系统 板式换热器 出力 补水

中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1003-9082 （2013）11-0175-02

一、前言

根据国家十二五环保要求，现役和新建的火力发电厂的NOx排放不能超过200mg/Nm，某厂全部机组需要进行脱硝改造，为了满足增加脱硝装置后的系统阻力要求，同时达到节能降耗的目的，提高机组的可靠性，使改造达到最优化，引风机作为脱硝改造的配套设施，需要进行增容改造，在改造时，取消原系统增压风机，拆除脱硫旁路挡板，将引风机改为三合一引风机。闭式水系统作为引风机及其油站的冷却水源，在机组的安全稳定运行中起到相当重要的作用。某机组引风机系统经改造后，对其冷却水系统发生了变动，现就其闭式水系统存在的问题进行分析。下图为引风机闭式冷却水系统图。

二、闭式水系统夏天水温高

机组大修后启动，环境温度逐渐降低，但是引风机油温度仍然偏高，导致油循环泵频繁启停，如果环境温度逐渐升高，到夏天达到30℃以上，现有的闭式冷却水系统可能无法满足引风机的正常运行，导致机组不能满出力运行。对其进行分析，有如下几个原因：

1.设计冷却面积不足

引风机闭式冷却水系统选用了板式换热器，它具有传热系数大，占地面积小，成本低等优点，但同时也存在易结垢、堵塞、阻力大、拆卸不便等缺点，现在设计的为两组水水板式换热器，但是在环境温度高时，闭式冷却水温度可能无法满足设计要求，也就是说此两组板式换热器的设计面积比实际需要的冷却面积小。

热负荷计算公式：Q=cm（t2-t1）

Q-热负荷（kcal/h）、c-介质比热（kcal/Kg.℃）（水为1）、

m-介质质量流量（Kg/h），t2-t1为介质进出口温差。

换热面积计算公式：A=Q/K.T

A-换热面积（㎡）、

B- K-传热系数（Kcal/㎡.℃）水水换热K值2500-4500、

T-对数平均温差。

夏季时板式换热器的系统参数：

一次水进水温度：（闭55） 一次水出水温度：（闭45）

二次水进水温度：（开18） 二次水出水温度：（开30）

一次水流量：160m3/h

经计算Q=1*160*1000*（55-43）=1920000 kcal/h

T=[（45-18）-（55-30）]/ln[（45-18）/（50-30）]=26℃

传热系数取K=3000

A=Q/3000*T=1920000/3000*26=24.61㎡

板式换热器的设计余量一般取10-30%，现在取余量为20%。

则板式换热器的换热面积A=24.61+24.61*20%=37㎡

板式换热器上铭牌上的换热面积为25㎡，未能满足系统的换热要求，所以当一个板式换热器故障时，引风机系统不能满出力运行，在夏季大负荷期间影响了机组的负荷。由于此原因，可考虑增加交换器的换热片，或增加一组换热器，或更换成换热面积大的板式换热器。

2.板式换热器的脏堵问题

由于板式换热器的通流间隙比较小，且流道复杂，压降大，且某机组引风机闭式冷却水系统在改造时，闭式水侧和开式水侧均没有加滤网，故运行一段时间后，由于板片间的泥沙沉积以及结垢，使冷却水量减少，直接影响到冷却水的冷却效果。未解决此问题，可以在闭式水侧和开式水侧各加一组滤网，同时考虑到引风机是比较重要的辅机设备，同时也为了减少运行和检修人员的工作量，所以建议加装的滤网处加一路冲洗管或采用可进行自动反冲洗的滤网，这样可以在运行时定期进行冲洗，以保证有足够的冷却水量。也可以改造成管壳式换热器，这样水阻变小，也不容易堵塞。

三、板式换热器的泄露问题

2012年10月5日，在该系统投运过程中，在系统放水门全部关闭，冷却水泵运行正常的情况下，引风机无法正常运行，电机线圈温度升高过快，且闭式水箱水位下降较快，无法维持，导致引风机被迫停运，处理时关闭闭式水板式换热器开式水侧出入口门后，启动冷却水泵，闭式水箱水位不在下降，开式水侧压力最高0.27MPa，闭式水侧压力0.8MPa左右，所以当板式换热器发生泄漏时，闭式水侧的水串入开式水侧中，由此判断为板式换热器泄露。

板式换热器最薄弱的环节就是密封垫片，密封垫片不仅要密封介质不向环境泄露，而且要防止冷却介质之间的泄露。板式换热器易在密封垫片处发生泄漏，主要是由于热涨冷缩和压力波动。由于闭式冷却水侧的压力高于开式水侧的压力，所以闭式冷却水侧的水会沿着漏点进入开式水系统，使闭式冷却水箱的水位下降，从而使换热器出口的冷却水压力下降，最终导致引风机电机和油站的冷却水量不够，影响换热效果。所以作为运行人员，在操作上应该注意，再投运时应先开启冷热介质的出口门，然后缓慢开启冷介质的进口门，再开启热介质的进口门，使介质缓慢流入换热器，停运时先关闭冷介质进口门，再关闭热介质进口门，最后关闭两介质的出口阀门。

四、冷却水泵出力异常的问题

冷却水系统改造后试运时，频繁出现出力异常现象，若冷却水泵出力不足，则导致引风机和引风机油站不能正常工作，所以要确保冷却水泵可以正常运行，从而保证引风机系统可以正常运行。

其主要原因有：

1.闭式冷却水泵易进入杂物

2012年10月6日，启动引风机冷却水泵时，电机电流93A（正常运行7 4 A），并且就地检查时，泵有异音，停止冷却水泵运行，解体检查发现，冷却水泵中进入一只手套，取出后泵运行正常。

此闭式冷却水系统在改造时，冷却水泵前只有一个手动门，未加装滤网，且引风机冷却水箱至冷却水系统的接口处也没有过滤措施，并且冷却水箱是对空的，这样可能会有杂物进入冷却水系统，所以在系统投运时，由于水中杂物较多，有杂物进入冷却水泵，导致冷却水泵异常，出力降低，这样增加了运行和检修人员的工作量。所以建议在冷却水泵前加装滤网，这样可以避免杂物进入冷却水泵，使冷却水泵出现故障。（加装滤网后如上图所示）

2.系统中空气排不尽的问题

2012年10月8日，启动引风机闭式冷却水系统时，闭式水泵电流52A，并且摆动，出口压力刚启动时0.8MPa左右（正常），运行几秒钟之后，出口压力下降至0.2MPa左右，并且泵内有异音。处理时，开启系统所有放水门，启动冷却水泵运行一段时间后正常。

系统在改造时，整个系统中没有安装放空气门，这样在系统投运时，系统内的空气不能有效的排除，同时可能由于吸入管或仪表漏气，入口焊缝漏气，入口管道有沙眼或裂缝，泵内或吸入管内留有空气以及管路漏气，如果在启泵前没有把入口管和泵内的空气排尽或在运行当中入口管阀漏气，泵在运行中自吸能力就降低。这些现象都有可能引起冷却水泵流量下降，出口压力下降，从而影响冷却效果。所以建议在系统的尾部和管道的高点加装放空气门，这样在系统投运前可以先注水排空气，使系统中的空气排尽，就不会出现系统中空气排不尽而影响冷却水泵出力的情况。（如上系统图所示，加装放空气门）

五、冷却水系统的备用冷却水问题

在此闭式冷却水系统中，增加了开式水至闭式冷却水供水，闭式冷却水回水至开式水系统的两个阀门，由此来作为闭式水系统的备用冷却水，这样当两台冷却水泵故障不能工作时，可以开启这两个阀门，以保证引风机电机及油站的冷却水不中断，但是由于开式水系统压力低，并且在引风机运行前未进行相关的试验，不能保证冷却水泵故障后，引风机在不同的环境温度下正常运行，使油温或引风机线圈温度上升，导致引风机不能正常运行。所以应考虑在开式水侧增设一台冷却水泵，以作为在引风机冷却水泵故障时的临时备用泵，也可以将上诉两个阀门直接接入炉侧闭式水系统，这样冷却效果会好一些。

六、补水环节可能出现的问题

水箱水位正常运行时为1.3米，低于1.0米，水位低报警；高于1.5米，水位高报警。冷却水箱容量为5m？，此冷却水系统在正常运行时，是不需要补水的。该系统在设计安装时，在补水管路上，只有一个电动门和手动门，此时只能调节电动门的开度来控制补水量，使系统基本趋于稳定运行，但是如果系统中出现漏点，冷却水箱的水位逐渐下降，如果发现不及时，当水位低到一定程度时，使泵的出力下降，冷却水对引风机电机和油站的冷却效果就会下降，从而不能满足机组的正常运行。所以建议在补水电动门和手动门之间增加一个补水调门（调门可是设定水箱水位，如设定为1.4m，那么在水位低于此值时，调门自动开启向水箱中补水），同时也为了引风机系统的安全运行，再加装一个旁路电动门（如上系统图所示），正常运行时，补水电动门和手动门开启，旁路门关闭，用补水调门根据水箱的水位来控制补水量，这样可以是冷却水系统的补水环节更加安全、可靠。

结束语

由于此闭式冷却水系统关系到引风机的正常运行，其设计上的更改、设备的选型、安装质量的保障、系统的总体结构，都对系统安全有着至关重要的影响。所以针对此闭式冷却水系统，在测试及运行中出现的异常情况，应经过必要的改进，从而使其可靠性大为提高。

参考文献

[1]王建.简介板式换热器及其应用

[2]焦开明.某机组引风机运行操作规程

作者简介：

刘大凯，2008年毕业于东北电力大学电气工程及其自动化专业，助理工程师，托电公司发电部机组长。