600MW 亚临界直接空冷机组空冷系统运行技术研究

摘要:

本文针对600mw 亚临界直接空冷机组空冷系统的运行特性 ,分析其运行时出现的问题，找出各种影响因素，综合分析，制定出解决方案，进行技术改进，保证系统运行的安全经济性。

关键词：空冷系统；运行技术；改进

我国煤炭资源丰富，但水资源却相对匮乏,近年来，国家审批电厂项目时都优先批准直接空冷机组，现在在建及准备要建的工程项目大多都是直接空冷机组，因为它可以解决很多缺水地区难建电厂的问题。空冷机组节水，空气作为冷却介质可以免费获取，厂址没有限制且环保，对周围电器设备没有影响，所以大力推广和应用这种技术已是大势所趋。因此，对空冷系统进行技术改进，提高运行的安全性，降低电煤消耗，提高经济性也就成了迫在眉睫的问题。

综述

1. 国外发展概况

发电厂空冷技术的应用始于德国，30年代末，德国首先在鲁尔矿区的1.5MW汽轮机组应用了直接空冷系统。1977年，美国沃伊达克矿区电厂的330MW机组应用了机械通风型直接空冷系统。80年代以来，空冷技术进一步发展起来，投运机组容量最大的电厂有南非马廷巴电厂(665MW机组，采用机械通风型直接空冷系统)和南非肯达尔电厂(686MW机组，采用表面式凝汽器的自然通风空冷塔间接空冷系统)。

目前全世界大约有1250个空冷系统在运行，采用空冷技术的发电厂的总装机容量已有37000MW其中60%是在90年展起来的。

2．国内发展概况

我国电厂空冷技术起步是在1966年哈尔滨工业大学试验电站的50kW机组上首次进行了直接空冷系统的试验，1967年在山西侯马电厂的1.5MW机组上又进行了工业性直接空冷系统的试验。1993年国务院重大办列为八五重大技术攻关项目的国产20万千瓦空冷机组在丰镇发电厂建成。1994年由我国自行开发设计制造安装调试运行管理的表面式凝汽器的空冷机组在太原第二热电厂建成投入运行。

3．国产化项目介绍

从2002年之后，大型电站空冷市场才开始在国内全面启动。为了进一步推进国产化，发改委将通辽电站三期60万千瓦机组和乌拉山发电厂30万千瓦机组作为依托工程，实施电站空冷系统的国产化。通辽霍林河2×600MW直接空冷机组是继通辽三期、华能铜川电厂后的又一国产化亚临界参数直接空冷燃煤机组项目，同时也是目前世界上最寒冷地区的600MW空冷项目。

二． 空冷系统运行时出现的主要问题

1.经济运行的指标不能达到设计要求

运行指标不能达到设计要求的主要原因是：建设周期太长，空冷散热片的污染严重，从始至终都未得到过清洗，所以换热效果差，最终结果就是高温季节时机组背压太高。例如，环境温度是30摄氏度时，负荷为 600MW，机组背压达到 38kPa。对于首台空冷系统的冬季防冻特性还没有可以借鉴的经验，受到空冷防冻影响和化冻影响，使机组平均背压值显著高于设计值。

2．存在真空系统泄漏现象

由于泄露量较大，导致空冷散热片过冷结冻，使机组在低温季节不得不使用三台真空泵同时运行，耗电极其严重。

3.通风部分漏泄严重

空冷系统的通风部分封闭不严，漏风比较严重，导致风机电耗大。

4.冬季的防冻性能较差

空冷系统在冬季运行期间各列和同一散热片的各管束间蒸汽分配不均，导致温度过低时一部分管束过冷，使内排管温度比外排管温度低10到30摄氏度，这种管束冻结的现象普遍存在，会造成膨胀不均，使局部散热片变形。

5.空冷防冻保护和自动调节方案不完善

冬季空冷自动技术无法正常工作，其主要原因是：逆流单元做防冻保护时，顺流风机转速一直保持至逆流单元的防冻保护解除，在此过程中会造成顺流单元过冷甚至冻结。顺流单元的防冻保护逻辑同样也存在这样问题，而且顺流单元的防冻保护温度测点来自凝结水母管，不能监调各单元的实际状况，也不能及时将机组的背压和凝结水的过冷度调节至最佳状态。

二．应对措施

1.对空冷散热片进行合理冲洗

因为空冷岛的安装时间过长，散热器的外表面污染严重，使换热效果降低，进行一个月的空冷岛冲洗操作后，散热器换热面便能得到良好的清洁，使机组背压下降4～6kPa。根据经验规定，每年清洗应不少于4次。

2.保证机组的真空严密性

真空系统的严密性对于空冷机组运行的经济性有极大影响，真空系统的严密性差会使凝结水中溶解氧含量增加，冬季还会发生冻结风险，须进行严格治理。一方面，机组运行时可用氦质谱检漏仪进行汽机房内的真空系统查漏；另一方面，用 EP100-002SC 设备维护探测器进行汽机房外的真空系统查漏。

3.空冷通风部分的漏泄治理

对于空冷系统的漏风问题，要采取措施保证通风出力以提高空冷器的散热能力。其主要措施有：①彩板折弯角铁加V125 聚胺脂密封条密封和彩钢板封堵，保证封堵严密没有漏风；②补齐缺失的密封条；③有些列门上方档风板变形、漏风，重新设计、矫正变形，防止漏风；④逆流单元上方档风板和抽空气管道的连接部位用钢板封堵；⑤逐项对空冷岛漏风点进行严格验收。

4.空冷系统防冻

可以采取以下措施防止空冷系统的大面积结冻：①在抽真空管道装上伴热带；②把凝结水回水管的“U”型弯取消；③在热汽冷热段管道装上疏水排大气；④在启动前，抽真空的时候不投轴封供汽；⑤锅炉参数允许时推迟低压旁路的投入时间；⑥正常运行时，设专人对各部温度实施检查；⑦储备充足的防冻物资。

5.完善空冷防冻保护和自动调节

完善空冷防冻保护和自动调节技术，制定并实施空冷系统启动停止运行和保护控制方案，实现空冷系统运行的全过程都自动保护投入，确保机组安全经济的运行。

三．空冷系统的技术改进

1.改进冲洗方式

空冷散热片双排管是交错排列的，空气阻力很大，所以冲洗时水阻也很大，为此，采取两面同时冲洗法，加大内部冲洗，用高压水枪进行人工冲洗，可以大大降低冲洗次数、冲洗时间和冲洗用水。在风机电机上方加上防水罩，冲洗过程中风机不停，可以减少冲水成流下落。在绝缘子及瓷套管喷涂防污闪 RTV 涂料，并加装硅橡胶伞裙来加大其爬距，以降低下部的变压器污闪。确保空冷系统长期进行冲洗工作，保持散热片清洁，保证空冷运行的安全性及经济性。

2.在空冷风机的出口加设雾化喷水系统

机组在夏天温度较高时，真空状态不佳，带不上满负荷，同时背压较高，机组煤耗偏高。针对这些问题，可以在空冷风机的出口加设雾化喷水系统，使除盐水充分的雾化，冷却风机出口的风温，增加空气湿度，降低机组背压，确保机组安全运行。

3.治理凝结水的含氧量超标

重新设计排汽除氧装置的抽气管路，在母管部分消除存水 U 型弯，并保证整体管路的坡度，避免蒸汽凝结水积存，改善排汽除氧装置。由于冬季补水温度较低，可将所有补水管路进行保温。

4.治理真空系统漏泄

低压缸轴端的原设计是迷宫式汽封，据实际运行时的观察，其密封性不太好，轴端漏气严重。可以改为蜂窝汽封，通过对漏泄点和管束膨胀的情况进行分析，找出漏泄规律。根据其规律及原因进行检查和补焊。

5. 改善汽轮机夏季运行背压高问题

根据霍林河项目运行数据的分析，在环境温度达到35℃时，空冷汽轮机的夏季满发背压在30kPa-50kPa，且背压变化较大。

根据其他电厂的运行经验，改进背压可以通过向冷却空气流中喷水降温或向散热器翅片表面喷湿促进其蒸发冷却的方法。另外，在夏季温度居高不下的情况下，可以适当降低机组出力。

6.改善空冷系统排汽管道振动大问题

由于排汽管道内介质为饱和蒸汽和部分凝结水两相流体，在夏季运行中，白天环境温度较高时振动较大，夜间环境温度较低时无振动现象。

由于管道内部加装了导流装置，目前无法进行内部改造，经过联合体现场勘查外部加装了支吊架，消除了振动。

7.改善空冷系统一次元件测量的问题

(1)凝结水流量测量不准。由于管道内的介质为汽水两相介质，流量的测量是目前较难解决的问题，考虑本期工程为国产化示范工程，在空冷系统各列凝结水总管上加装了美国进口的流量测量装置，但是现场实际运行中，测量值不准。目前该问题正在由联合体继续探讨解决方法。

(2)压力变送器冻坏的问题。空冷系统压力监测点主要有各列排汽管道入口上部压力、排汽装置出口总管排汽压力、各列抽真空管压力、排汽装置入口凝结水压力。压力变送器装在空冷系统上，环境温度变化较大，特别是霍林河地区地处高寒地带，最低温度达到-39.4℃，运行中变送器损坏较多。目前压力变送器保温箱加装了伴热电缆，取样管道加装了保温材料。

8.改善冬季空冷系统管道易冻结问题

由于霍林河地区冬季温度很低，空冷凝汽器布置在主厂房A排外的空冷平台上，在冬季运行时，尤其在机组启、停过程期间以及夜间低负荷运行等汽轮机排汽量较少的工况下，在蒸汽流量少的空冷单元中，必将造成凝结水在空冷单元末端产生过冷却，进而发生冰冻。

目前对于管道冻结所做的措施如下：

(1)为满足机组冬季启动的要求，在空冷凝汽器的两侧共6根蒸汽分配联箱上设置电动隔离阀，阀门为真空密封阀。

(2)设计了蒸汽关断门。左右两侧6组空冷凝汽器入口蒸汽关断阀门在环境气温低于零度机组冷态启动、温态启动工况及低负荷运行时关闭，满足最小防冻热量的要求。

(3)为满足机组冬季启动的要求，在空冷凝汽器的外侧共6根蒸汽分配联箱凝结水管道上设置隔离阀，阀门为真空密封阀。

(4)空冷管束采用顺逆流联合方式，每一列的第二和第六台风机对应的是空冷的逆流段，一台机顺流段管束为384片，逆流段管束为64 片，顺、逆流比例为6:1。

(5)在冬季启动中，还应该参照以下原则：在启动初期适当提高机组背压，冬季启动采用高中压缸联合启动方式。

三．结论

通过对600MW 亚临界直接空冷机组空冷系统运行技术的分析，研究其防冻特性及规律，制定空冷系统运行和保护控制方案，实现空冷系统运行的自动保护投入，根据机组工况及防冻参数设定机组背压值，实现优化控制，保证机组运行的安全性及经济性。