趙凌俊,武云龍

山西安泰集團,山西介休 032000

直接空冷機組運行中常見問題分析及處理

趙凌俊,武云龍

山西安泰集團,山西介休 032000

分析了空冷機組運行中存在的常見問題及影響因素，介紹了實踐生產(chǎn)中解決空冷問題的一些具體作法和建議，強調(diào)綜合治理，持續(xù)改進對解決問題的必要性。

發(fā)電廠；空冷機組；問題對策；綜合治理

1 直接空冷機組的應(yīng)用及其工藝特點

1）我國目前的發(fā)電主力機組以燃煤發(fā)電為主，其配套的循環(huán)冷卻系統(tǒng)多為自然通風(fēng)冷卻塔濕冷型式，以水為冷卻介質(zhì)，其中循環(huán)水損失約占電廠耗水量的70%以上；我國又是一個嚴(yán)重缺水的國家，人均需水量僅為世界平均水平的1/4。隨著水資源的綜合利用和可持續(xù)發(fā)展觀念的深入拓展，以空冷技術(shù)替代當(dāng)前濕冷工藝是火電工業(yè)建設(shè)發(fā)展的一個趨勢。

2）直接空冷機組是指汽輪機的排汽直接由空氣來冷凝，即汽輪機排汽通過粗大的排汽管道送到室外空冷凝汽器內(nèi)，所需的冷卻空氣由軸流風(fēng)機提供，軸流冷卻風(fēng)機使空氣流過散熱器外表面將排汽冷凝成水，凝結(jié)水再經(jīng)泵送回到汽輪機的回?zé)嵯到y(tǒng)。由于直接空冷凝汽器采用空氣直接冷卻，避免了常規(guī)水冷凝汽方式下大量的水蒸發(fā)損失。根據(jù)理論計算和實踐證明，與同容量濕冷機組相比，空冷機組冷卻水系統(tǒng)可節(jié)水90%以上，全廠性節(jié)水65%左右。

3）直接空冷機組的工藝特點及常見問題

（1）直接空冷機組中汽輪機排汽直接由空氣冷凝，機組背壓隨空氣溫度變化而變化，特別是我國北方地區(qū)，一年四季乃至?xí)円箿夭疃驾^大，機組背壓和小時出力波動較大。

（2）汽輪機排汽用空氣作為直接冷卻介質(zhì)，通過鋼制散熱器進行表面交換，故需要龐大的真空散熱系統(tǒng)，投入運行后對真空系統(tǒng)嚴(yán)密性的要求高。

（3）夏季空冷機組負(fù)荷出力受諸多因素的影響，包括環(huán)境溫度、風(fēng)向、風(fēng)速，凝汽器表面臟污等，夏季工況下負(fù)荷出力達不到設(shè)計是該類型機組面臨的普遍問題。我廠運行的空冷機組在夏季最高氣溫條件下小時負(fù)荷最低降為設(shè)計65%以下，同時機組背壓高，相應(yīng)使凝結(jié)水溫度高達80℃左右，只能以連續(xù)投后汽缸減溫水或降負(fù)荷方式維持。但長期投入減溫水運行，對機組后汽缸末級葉片鉚釘和平衡塊的沖刷較為明顯；且有可能發(fā)生沖刷不均勻，導(dǎo)致運行振動增加等不良后果。

（4）冬季空冷機組運行，室外空冷凝汽器的防凍問題也是該類型機組在北方地區(qū)面臨的主要問題。盡管從設(shè)計的角度，設(shè)置了逆流管束，軸流風(fēng)機采取了變頻技術(shù)等措施，但在機組低負(fù)荷運行工況下，空冷凝汽器某些邊緣管束仍可能形成死區(qū)，造成冬季結(jié)冰凍裂管束現(xiàn)象。

2 空冷機組夏季負(fù)荷影響因素

1）現(xiàn)場風(fēng)向、風(fēng)速作用及周邊障礙物的影響。

（1）在不同風(fēng)向下，空冷島進風(fēng)口來風(fēng)時換熱能力最好、側(cè)面風(fēng)次之、爐后風(fēng)最差；

（2）在同一風(fēng)向下，換熱能力隨風(fēng)速升高而迅速下降；

（3）在環(huán)境風(fēng)速12m/s以下時，空冷島進口來風(fēng)可使空冷系統(tǒng)換熱能力基本滿足環(huán)境溫度30℃，機組背壓30KPa時設(shè)計要求；

（4）環(huán)境風(fēng)速3～12m/s的側(cè)面風(fēng)和爐后風(fēng)，使空冷系統(tǒng)換熱能力小于機組排熱量，將影響機組的背壓；

（5）空冷島平臺高度一般要求在30m以上， 周邊150m范圍內(nèi)盡可能不設(shè)計永久性高層建筑。

（6）此因素在空冷機組設(shè)計階段應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件和現(xiàn)場場地等合理設(shè)計，盡可能為投產(chǎn)后的優(yōu)化運行創(chuàng)造條件。

2）直接空冷系統(tǒng)運行中，普遍存在的熱風(fēng)再循環(huán)現(xiàn)象，在夏季工況下若無很好的應(yīng)對措施，也會對負(fù)荷出力構(gòu)成負(fù)面影響。減少熱風(fēng)再循環(huán)措施，主要從設(shè)計、施工階段重點考慮。如合理布置設(shè)備安裝位置，減少空冷平臺的漏風(fēng)量以及空冷平臺上部四周設(shè)置一定高度的擋風(fēng)墻等。

3）環(huán)境溫度的影響?？绽錂C組設(shè)計氣溫是根據(jù)機組優(yōu)化設(shè)計，綜合各種因素后確定的當(dāng)?shù)啬辍皻鉁匾粫r間”分布的加數(shù)平均數(shù)，并不一定是當(dāng)?shù)氐淖罡邭鉁?。?dāng)實際環(huán)境溫度高于設(shè)計氣溫時，空冷島循環(huán)空氣的熱交換能力將大幅下降，對機組負(fù)荷的影響將較為明顯。

4）真空系統(tǒng)漏空對負(fù)荷出力的影響，直接空冷機組相對濕冷機組有龐大的負(fù)壓區(qū)域，管道縱橫交錯，各種焊口，法蘭等薄弱環(huán)節(jié)較多，運行中系統(tǒng)泄漏量增加而抽真空設(shè)備抽氣性能不足時，將直接導(dǎo)致機組真空度降低，背壓升高，機組出力和經(jīng)濟性變差。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料，系統(tǒng)真空度每降低1%，蒸汽消耗量增加1～2%。

5）空冷凝汽器管束表面積灰，造成管束傳熱效率下降，對負(fù)荷的影響也較為明顯，這點在北方地區(qū)和空氣環(huán)境相對惡劣條件下運行的機組更為明顯。以山西省介休市安泰集團發(fā)電廠空冷機組為例，在其它工況參數(shù)一致的情況下，管束積灰清洗前、后的負(fù)荷相差15～25%。

3 夏季提高出力的綜合性改進措施

直接空冷機組夏季負(fù)荷出力的影響因素是多方面的，而且各因素之間相互作用，故實際運行中對負(fù)荷出力的改善建議采取綜合性措施，下面?zhèn)戎貜倪\行角度提出如下建議：

1）針對氣溫對負(fù)荷出力的影響，可以考慮在軸流風(fēng)機葉片上部增加強霧噴淋換熱裝置，以降低環(huán)境風(fēng)溫，提高傳熱效率，增加該裝置須考慮如下因素：

（1）噴嘴的設(shè)計選型和霧化質(zhì)量是考慮的重點；

（2）根據(jù)空冷管束結(jié)構(gòu)合理布置噴嘴的數(shù)量和層高；

（3）通過小型試驗或設(shè)計確定噴嘴的角度；

（4）噴淋用水采用除鹽軟化水，噴水壓力0.4Mpa左右；

（5）增加噴淋裝置后，管束內(nèi)濕度增加，對軸流風(fēng)機、電機、照明等線路部分絕緣提出更高要求，要考慮防護等級匹配性，并現(xiàn)場作好電機接線盒等部位的密封工作。

2）針對真空系統(tǒng)不嚴(yán)密對機組出力的影響，建議采取如下措施：

（1）空冷真空系統(tǒng)非常龐大，實際運行中對整個系統(tǒng)的檢測和維護相對復(fù)雜，即使找到漏點，目前所采取的普遍作法也是對管束的封堵，修復(fù)費用很大。所以對真空系統(tǒng)的管理，應(yīng)體現(xiàn)預(yù)防為主的指導(dǎo)思想。

（2）加強空冷管束制造，施工階段的質(zhì)量管理工作，以維持系統(tǒng)高度的嚴(yán)密性。機組投產(chǎn)前的氣密性試驗應(yīng)嚴(yán)格按照驗收規(guī)范執(zhí)行。氣密性試驗不合格，不應(yīng)投入生產(chǎn)。

（3）考慮真空系統(tǒng)漏風(fēng)量隨運行時間逐漸增加的事實，在設(shè)計階段可以配置抽氣能力較原始計算值高一級容量的真空泵，以為今后系統(tǒng)漏空氣量儲備抽氣容量。

（4）加強運行水質(zhì)監(jiān)督管理，重點復(fù)水系統(tǒng)含O2量，含F(xiàn)e的監(jiān)管，防止空冷器管束內(nèi)壁腐蝕發(fā)生泄漏，具體措施如下：

①樹立水質(zhì)管理“預(yù)防為主，工作重在平時”的指導(dǎo)思想，從運行、停運保養(yǎng)等各個環(huán)節(jié)采取綜合性措施，確保各項水質(zhì)指標(biāo)在控制范圍內(nèi)；

②要求化水、汽機專業(yè)建立工作協(xié)調(diào)、監(jiān)督機制，避免因職責(zé)不清而可能導(dǎo)致的水質(zhì)事件；

③空冷機組有相對龐大的真空系統(tǒng)，對水質(zhì)含O2控制比較困難?；瘜W(xué)專業(yè)應(yīng)積極開展水質(zhì)含O2量控制的試驗研究工作，改變濕冷機組靠化學(xué)方法除氧的思路，充分利用O2的雙重性，開展汽包爐給水局部輕微氧化性無除氧劑水化學(xué)工況的運行試驗工作（只加氨不加聯(lián)氨），確保水質(zhì)含O2數(shù)據(jù)合格。

（5）配備專業(yè)的真空檢漏設(shè)備，對空冷系統(tǒng)定期檢漏，對真空系統(tǒng)漏風(fēng)情況有一客觀的分析并提前制定防范措施。

3）針對空冷器管束表面積灰后對傳熱效率和負(fù)荷的影響，建議配套高壓水沖洗裝置，以定期沖洗的方式剝離管束表面積灰，使其不形成硬垢層，具體操作中注意以下幾點：

（1）現(xiàn)場沖洗，強調(diào)人員分工及協(xié)作配合，安全第一；

（2）制定科學(xué)、合理的沖洗方式和頻次；

（3）對管束表面形成的硬垢層，考慮采用化學(xué)清洗和高壓水力沖洗相結(jié)合方式處理，先利用化學(xué)藥劑剝離松動后，再用高壓水沖洗清除。

4）空冷機組增加噴淋裝置和高加水沖洗系統(tǒng)后，相應(yīng)增加了系統(tǒng)除鹽水的消耗量，部分除鹽水濺落地面形成了二次浪費。針對此現(xiàn)象，可以考慮將地面除鹽水回收，經(jīng)混凝，過濾處理后循環(huán)利用，以提高水資源的利用率。

4 空冷凝汽器管束冬季防凍問題的預(yù)防措施

空冷機組在室外環(huán)境溫度低于0℃的情況下，若機組負(fù)荷低，各管束間熱負(fù)荷分配不均，就有可能導(dǎo)致管束冰凍等惡性工況發(fā)生，在實際生產(chǎn)中應(yīng)高度重視。建議從如下方面著手：

1）從生產(chǎn)工藝上，要根據(jù)設(shè)計提供的機組最小防凍流量數(shù)據(jù)合理調(diào)整機組的負(fù)荷，盡可能保證機組出力高于防凍流量對應(yīng)負(fù)荷；

2）目前，空冷機組對軸流風(fēng)機的設(shè)計基本采用變頻技術(shù)，為防止空冷系統(tǒng)冬季發(fā)生冰凍提供了更為靈活的控制手段，在冬季生產(chǎn)控制上要確保風(fēng)機變頻技術(shù)的可靠運行；

3）若機組最大負(fù)荷低于設(shè)計最小防凍流量，且氣溫偏低時，此時的生產(chǎn)控制就不能完全依賴風(fēng)機變頻技術(shù)調(diào)節(jié)，應(yīng)提前通過試驗制定該工況下的風(fēng)機手動切換運行方式，確保管束不發(fā)生冰凍；

4）從生產(chǎn)工藝參數(shù)調(diào)節(jié)上，針對冬季防凍需求，可采取適當(dāng)降低風(fēng)機轉(zhuǎn)速，機組運行背壓偏上限，保持凝結(jié)水溫度40～50℃范圍內(nèi)運行，通過凝結(jié)水溫度提升達到管束防凍目的；

5）加強現(xiàn)場設(shè)備巡檢力度，對管束底部，三角架邊緣管束等重點檢查，發(fā)現(xiàn)管束冰凍發(fā)冷時，及時調(diào)整機組運行方式，靈活采取防凍措施；

6）從管理角度，冬季盡量不安排空冷機組的計劃性檢修工作，機組安排臨停時也必須采取相應(yīng)措施，如凝結(jié)水管路放空積水等；

[1]邱麗霞，等.直接空冷汽輪機及其熱力系統(tǒng)[M].北京：中 國電力出版社，2006：81-117.

[2]溫高.發(fā)電廠空冷技術(shù)[M].北京：中國電力出版社， 2008：132-148.

[3]王佩璋.我國大型火電直接空冷技術(shù)及設(shè)備的研究應(yīng)用 [J].發(fā)電設(shè)備，2006，17（3）：8-13.

[4]郝晉堂.直接空冷機組化學(xué)問題分析和優(yōu)化建議[C].火力 發(fā)電節(jié)水技術(shù)研討會報告集.青島：中國電機工程學(xué)會，2006.

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1674-6708（2010）21-0030-02

趙凌俊，注冊質(zhì)量工程師，從事火電廠技術(shù)管理方面工作