摘 要：直接空冷系統(tǒng)的技術較為成熟，在運行中的節(jié)水效能顯著，適應我國西部大開發(fā)等電力行業(yè)的發(fā)展，但是從使用情況來看，其存在著冬季運行凍結的問題，本文就對其產(chǎn)生的原因及防凍措施進行分析。

關鍵詞：直接空冷；凍結；防凍措施

中圖分類號： TB494 文獻標識碼：A

1 直接空冷系統(tǒng)冰害原因

直接空冷系統(tǒng)的散熱器絕大多數(shù)采用鼓風式機械通風，而且以高架式布置呈“A字型”暴露在大氣環(huán)境中。散熱器的冷卻能力在一定熱負荷與風量的條件下，取決于空氣干球溫度。如果空冷系統(tǒng)設計不合理，在冬季低溫時，散熱器諸翅片管內(nèi)的飽和蒸汽等溫冷凝段縮短，凝結水冷凝段增加，過冷度增大，若氣溫繼續(xù)下降到零度或以下某一限度，翅片管內(nèi)的凝結水可能過冷卻甚至發(fā)生凍結現(xiàn)象。輕者會使傳熱性能大大降低，更嚴重者管束被冰塊堵塞、真空下降，就會被迫停機，重者甚至會凍裂翅片管或使翅片管變形，造成永久性損害。發(fā)生冰凍的原因是蒸汽已在前段凝結完畢，在后段很快地被冷卻到管壁及外界空氣的溫度而結冰。這些管段稱為“死區(qū)”。這在國外或國內(nèi)已投運的空冷系統(tǒng)上已經(jīng)發(fā)生過，所以對在寒冷地區(qū)的直接空冷系統(tǒng)的防凍問題應引起足夠的重視。

2 空冷系統(tǒng)冬季防凍措施

2.1 翅片管

翅片管的設計經(jīng)歷了多排管、兩排管、單排管的發(fā)展過程，其主要目的就是為了防凍，因為空氣冷凝器翅片管內(nèi)飽和蒸汽凍結現(xiàn)象的其中一個主要原因是翅片管束冷卻能力與飽和蒸汽熱負荷的不平衡。比如早期的多排管布置，二排管布置，其前幾排管容易產(chǎn)生死區(qū)。且第二、三排蒸汽會倒流至第一排管，導致第一排的下部存在死區(qū)，發(fā)生冰凍現(xiàn)象。一般認為單排管的防凍性能要優(yōu)于多排管。

為避免這種冰凍現(xiàn)象，目前生產(chǎn)多排管、兩排管的公司都采用各排管不同翅化比的方法。在與冷空氣接觸的第一排管采用翅化比較小的翅片管，后排管采用翅化比較大的翅片管。翅片管的間距變化，前排管蒸汽與空氣溫差大，采用較大的片距，后排管采用較小的片距。從防凍的角度看，也可減少排數(shù)，增大基管的橫截面及基管的高度，使蒸汽有較大的流動空間，減少產(chǎn)生死區(qū)的可能。

2.2 空氣冷凝器

根據(jù)汽流和凝結水的流動方向分類，空氣冷凝器內(nèi)部可分為順流段和逆流段兩部分。順流段（德文Kondensor，簡稱K）：蒸汽由配汽管自上而下進入翅片管束，與凝結水流向相同而進入下聯(lián)箱。逆流段（德文Dephlegmator，簡稱D）：將在順流段中未被凝結的蒸汽和通過下集管由下而上的進入翅片管束，與凝結水流向相反。

上述可簡稱為K/D結構。空氣冷凝器的這種組成方式有效地提高了冷凝器的防凍性能。設置逆流管束主要是為了能夠比較順暢地將系統(tǒng)內(nèi)的空氣和不凝結氣體排出，避免運行中在空氣冷凝器內(nèi)的某些部位形成死區(qū)、冬季形成凍結的情況。

理論上說不凝結氣體的含量百分比很小，D的冷卻面積可較小，但工程中為了有效地防凍，將D的冷卻面積增大，氣候嚴寒地區(qū)可采用5：1或3：1。

不凝結的空氣及其他氣體通過逆流段的頂部由抽真空系統(tǒng)抽出，凝結水仍返回到下集管，由于蒸汽中含有不凝氣體，如不及時將不凝氣體抽出，容易造成氣阻，而不凝氣體的焓值較低，當氣溫下降到一定極限時，極易造成空氣冷凝器管束內(nèi)凍結現(xiàn)象的發(fā)生，因此，及時有效的抽出空氣冷凝器管束內(nèi)的不凝氣體是防凍和提高管束傳熱性能的有效措施之一。

2.3 風機

對風量進行的合理控制是一種有效的防凍措施。對風量的控制有以下幾種方法：

（1）采用單速風機，在冬季根據(jù)氣溫停止部分空冷風機運行，用運行風機數(shù)目控制風量，一般是風機臺數(shù)較多采用這種方法較好。

（2）配備雙速運行風機，即可以全速供應大風量，又可以半速供應小風量。

（3）采用變頻調速控制風機，一方面可以根據(jù)氣溫的變化合理地調節(jié)風量，另一方面可以節(jié)能。另外，采用變頻調速后，在冬季可控制逆流段的風機反轉運行，以形成內(nèi)部熱風循環(huán)，提高或保持凝結水溫，防止凍結。

（4）部分采用變頻調速電機部分采用全速電機，可減少工程投資，但控制系統(tǒng)較復雜。

2.4 采用防凍的自動控制

隨著控制水平的提高，對空冷系統(tǒng)的防凍保護控制是一種非常有效的手段。如對凝結水溫的控制，由于冷卻程度不同可能有很大差異，當空氣冷凝器各個管束的凝結水的溫度降到某一設定值時，則自動對這個管束的風機減速或停止運行，直至凝結水溫度回升。空冷器逆流段上可能會結一層薄冰，可周期性的對有關風機調速或反轉。但必須保持逆流風機的轉速大于等于順流風機的轉速。嚴禁在冬季運行時，當順流風機還在運行時，調低逆流風機轉速或停運逆流風機，這將在控制程序設計中予以關注。

2.5 設置擋風墻

設置擋風墻，防止冬季外界自然風直接吹向散熱器，引起兩側凝結水溫相差較大。

2.6 設置隔離閥

當冬季環(huán)境溫度較低時機組啟動，以及冬季抽氣工況下，由于熱負荷較小而空冷換熱面積較大，即使風機全停，也會由于自然通風的原因，而造成翅片管的凍結。關斷部分列隔離閥可以進一步降低空冷系統(tǒng)冬季的冷卻能力，冬季機組啟動時應考慮隔離部分冷卻單元列。

防凍措施

3.1 設計上空冷凝汽器采用220×20的橢圓基管；采用單排管，由于口徑大，便于管內(nèi)的疏水，使凝結水不產(chǎn)生過冷；采用順逆流結構，大部分（本案約81％）蒸汽通過順利管束冷凝，少部分通過逆流管束冷凝。該設計特點確保凝結水在逆流段不斷地重新被加熱，這樣減少了凝結水的過冷以及可能的結凍。同時，這樣也避免了溶氧而帶來的腐蝕。

3.2 設置逆流空冷器，防止凝結水在空冷器下部出現(xiàn)過冷而凍結，另外可使空氣和不凝結氣體比較順暢的排出，不致形成死區(qū)而凍裂翅片管。

3.3 系統(tǒng)設有冬季運行保護模式程序，即根據(jù)凝結水溫度、抽真空溫度、環(huán)境溫度來自動進入保護模式，避免空冷系統(tǒng)發(fā)生凍結，因此系統(tǒng)運行必須為自動控制。在冬季運行中如出現(xiàn)異常，控制系統(tǒng)及時發(fā)出指令，同時發(fā)出警報，提請運行人員注意。

3.4 風機轉速采用變頻調速，逆流空氣冷凝器配置的風機還可反轉運行，可根據(jù)機組負荷和氣溫變化任意調整風機轉速，溫度較低時，可定時使逆流風機反轉倒送熱風，防止凝結水結冰。

3.5 設置擋風墻，防止冬季外界自然風直接吹向散熱器，引起兩側凝結水溫相差較大。

3.6 設置隔離閥，可以根據(jù)冬季負荷情況，有效減小空冷島的換熱面積，避免翅片管凍結。

參考文獻

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[2] 程海濤，韓鋒，周春山. 淺析國產(chǎn)300MW直接空冷機組防凍措施[J]. 內(nèi)蒙古電力技術. 2008（05）.