喬崗杰

(山西昱光發(fā)電有限責任公司，山西 山陰 036900)

0 引言

空冷系統(tǒng)以其優(yōu)異的節(jié)水效果在我國北方缺水地區(qū)得到了廣泛應用?？绽湎到y(tǒng)一般分為直接空冷系統(tǒng)和間接空冷系統(tǒng)2種類型。間接空冷系統(tǒng)又可分為帶表面式凝汽器和帶噴射式混合凝汽器2種形式，后者又稱為海勒(Heller)式空冷系統(tǒng)。海勒空冷系統(tǒng)采用了直接接觸噴射式冷卻方式，在3種空冷系統(tǒng)中運行背壓最低，因此，它具有較高的效率，便于采用汽動給水泵供水方案。海勒式空冷系統(tǒng)節(jié)能效果較好，但由于投資較大、系統(tǒng)復雜等原因，目前在國內(nèi)應用相對較少。

1 海勒式空冷系統(tǒng)概況

海勒式空冷系統(tǒng)主要由噴射式凝汽器、循環(huán)泵、能量回收水輪機和裝有福哥型散熱器的空冷塔構(gòu)成。2臺機組共用1座空冷塔，每臺機組設5個冷卻扇段，采用交錯布置方式，2臺機組共10個扇段196個冷卻三角，冷卻三角外部安裝有電動驅(qū)動的百葉窗。每臺機組設1個925 m3的地下儲水箱，用來存放扇區(qū)的泄水或向系統(tǒng)補水。系統(tǒng)工作原理:在凝汽器中，溫度較高的冷凝水由循環(huán)泵升壓后送至空冷散熱器，通過空冷塔自拔力形成的氣流進行換熱將其冷卻，冷卻后的循環(huán)水經(jīng)過調(diào)壓水輪機后進入凝汽器，通過相對布置的噴嘴直接與汽輪機排汽混合并將其冷凝，循環(huán)泵出口小部分水通過凝結(jié)水泵進入除氧器作為鍋爐補水，水輪機和循環(huán)泵同軸布置，回收循環(huán)水回水的部分能量和電動機同時驅(qū)動循環(huán)泵，系統(tǒng)流程如圖1所示。

2 海勒式空冷系統(tǒng)對給水處理方式的特殊要求

圖1 海勒式空冷系統(tǒng)示意圖

海勒式空冷系統(tǒng)采用噴射式凝汽器，循環(huán)水和凝結(jié)水為同一水質(zhì)，由于空冷散熱器采用99.5%純鋁熱交換器，而鋁是兩性化合物，pH值過低和過高都會產(chǎn)生腐蝕。資料顯示，鋁的pH值為4.6～8.3時，表面鈍化生成致密的Al2O3保護膜，pH值為5.7時鋁的腐蝕最小。對于鍋爐中的鋼材而言，pH值≥9.0才能維持較小的腐蝕，因此，海勒式空冷系統(tǒng)水質(zhì)控制必須兼顧鋼材和鋁材的腐蝕特性，具有一定的特殊性。

通常情況下，給水處理采用加氨－聯(lián)氨的全揮發(fā)處理方式，給水pH值控制在8.8～9.3，此時鋼材處于鈍化狀態(tài)，表面生成Fe3O4保護膜，可最大限度地減少腐蝕。但是，采用這種方式循環(huán)水的pH值會達到8.5或更高，對空冷系統(tǒng)的鋁材腐蝕較大，因此不宜采用。一般情況下，國內(nèi)外海勒空式冷系統(tǒng)應用較多的是中性水加氧的處理方式。

中性水加氧需要3個條件:一是給水純度必須達到要求(氫電導率小于0.15 μS/cm，近年來國外已趨于小于0.10 μS/cm);二是給水的pH值控制在6.7～7.5的中性范圍，低于此范圍鋼材會受到強烈的腐蝕;三是水中必須保證足夠的氧化劑濃度(溶氧質(zhì)量濃度為50～200 g/L)。滿足以上條件時，氧不但會失去原有的侵蝕性，還會在鋼鐵表面原有的Fe3O4保護膜以及膜的孔隙中生成更加致密的Fe2O3保護膜，并存的2種保護膜能更加有效地抑制腐蝕。同時pH值在6.7～7.5的中性范圍內(nèi)，鋁材處于鈍化區(qū)，也不會造成鋁材的腐蝕。

在啟動初期，由于循環(huán)水電導率達不到要求，因此，無法采用中性水加氧方式。此時鍋爐可采用加NaOH調(diào)節(jié)pH值的方式，循環(huán)水采用微堿性水，即保持pH值為7.5～8.0，溶氧不作人為控制。該方式在國內(nèi)某些電廠也有應用，當水質(zhì)達到標準時，最好還是采用中性水加氧方式。

3 海勒式空冷系統(tǒng)的清洗

海勒式空冷系統(tǒng)清洗的主要方法是人工清理和水沖洗。在每次注水前，必須認真、徹底地清理凝汽器內(nèi)部及所有管道設備。山西昱光發(fā)電有限責任公司(以下簡稱昱光發(fā)電公司)一臺機組循環(huán)水容積為5264m3，另一臺機組循環(huán)水容積為6119m3，循環(huán)水系統(tǒng)管道長，水容積大，清理工作量很大，清理質(zhì)量的好壞直接影響后期的水質(zhì)，對減少沖洗時間作用很大。首次沖洗采用生水，啟動循環(huán)泵沖洗6～8 h后排放，然后人工再次清理，以后的注水均采用除鹽水?？筛鶕?jù)水質(zhì)情況決定沖洗次數(shù)，一般除鹽水沖洗二三遍后就可以啟動凝結(jié)水泵并投運粉末樹脂過濾器打循環(huán)，以此來過濾水質(zhì)。清理和水沖洗環(huán)節(jié)必須要重視人工清理工作的每個環(huán)節(jié)，要認真仔細，不留死角，將焊渣、鐵銹和塵土等雜質(zhì)清理徹底，另外，在放水、清理和注水工作時應盡量縮短時間，防止管道再次氧化腐蝕。

海勒式空冷系統(tǒng)對精處理的要求較高，因此，精處理的選擇非常重要。由于循環(huán)水容積大，水質(zhì)較差，最好采用2×100%粉末樹脂覆蓋過濾器加3×50%高速混床的方式。機組啟動初期，凝結(jié)水中鐵的質(zhì)量濃度超過1 000 μg/L時，僅投入前置粉末覆蓋過濾器，迅速降低系統(tǒng)中懸浮物鐵的質(zhì)量濃度，以后再投入高速混床，逐漸改善凝結(jié)水水質(zhì)。需要注意的是前期粉末覆蓋過濾器，鋪膜、爆膜非常頻繁，需準備大量的啟動用纖維粉。另外，在夏季氣溫較高時，凝結(jié)水溫可達63℃甚至更高，因此，凝結(jié)水處理所用的離子交換樹脂必須能夠耐高溫。

啟動初期，由于系統(tǒng)中含有較多的雜質(zhì)和膠泥，極易堵塞粉末覆蓋過濾器濾元，影響鋪膜效果，造成頻繁鋪膜、爆膜，所以，初期最好使用調(diào)試濾元，待后期水質(zhì)穩(wěn)定后再投運正式濾元。若發(fā)現(xiàn)濾元污染時應及時采用高壓水槍沖洗的方式清洗濾元。

4 海勒式空冷系統(tǒng)的防凍措施

海勒式空冷系統(tǒng)散熱器采用帶孔翅片板純鋁散熱器，換熱面積大，散熱效率高，管壁厚度只有1 mm，冬季運行防凍是電廠的重要工作。散熱器凍結(jié)的成因主要是環(huán)境溫度低于0℃且散熱器內(nèi)水流減慢或停止所致。昱光發(fā)電公司現(xiàn)場高程為1083m，冬季嚴寒且風速較大，最低設計環(huán)境溫度為－31.6℃，通過冬季調(diào)試和運行經(jīng)驗的總結(jié)，山西昱光發(fā)電有限責任公司主要采取了5項防凍措施。

(1)試驗證明及時關閉百葉窗是防凍的最有效手段。百葉窗是調(diào)節(jié)循環(huán)水溫度的主要手段，也是緊急情況下防凍的主要手段。在百葉窗嚴密關閉的情況下，即使水流停滯，散熱器維持十幾分鐘甚至幾十分鐘也不會凍壞。如果百葉窗打開，則可能在幾分鐘內(nèi)迅速凍裂散熱器。因此，應加強百葉窗的調(diào)節(jié)和維護，確保能夠靈活動作且能關閉嚴密是空冷系統(tǒng)的重要維護工作。

(2)扇區(qū)充水泄水時冷卻三角最易凍裂，因此，充、泄水操作前必須確保百葉窗關閉。在冬季充水時，要選擇較高的充水溫度，一般不要低于40℃;另外，應保證較快的充水速度。充水時回水管應較供水管提前一定時間開啟，確保兩側(cè)能同時充滿，這樣，能更好地排出冷卻三角內(nèi)的空氣，防止水循環(huán)不暢。泄水前應先確保供回水門關嚴，泄水完畢后，應就地檢查閥門狀態(tài)及泄水情況，防止因閥門故障或泄水管凍結(jié)造成散熱器沒有完全泄水。

(3)冬季必須認真做好防凍措施。為保證充、泄水的安全，必須做好泄水閥及前后管道、扇區(qū)頂部排空軟管、排空環(huán)形管及立管的防凍措施。扇區(qū)頂部排空軟管、環(huán)形管安裝在扇區(qū)頂部密封腔室內(nèi)，應確保密封板的嚴密性，其余部位應纏伴熱電纜并外加保溫裝置。

(4)緊急泄水閥是防凍的最后防線。泄水閥前、后管道應加保溫層，2個卸油電磁閥應采用直流電源供電串聯(lián)布置方式，并取自不同功能模塊，以確保在任何時候都能可靠動作。

(5)另外，要不斷完善防凍邏輯，合理安排運行方式，根據(jù)負荷和風向合理投退冷卻扇區(qū)。

5 海勒式空冷系統(tǒng)的過夏措施

昱光發(fā)電公司空冷系統(tǒng)最高設計環(huán)境溫度為38℃，對應背壓為26 kPa。當?shù)叵募緲O端氣溫短時往往會超過38℃，為不影響帶高負荷，采取以下2項措施:

(1)由于昱光發(fā)電公司所處地理位置多風少雨且周邊環(huán)境較差，長期運行會造成散熱器內(nèi)大量積塵或積雜物，影響散熱效果。因此，每年夏季高溫來臨前應對散熱器進行水沖洗，沖洗可采取自帶沖洗裝置或移動高壓沖洗車2種方式，沖洗水最好采用除鹽水。

(2)采用向散熱器表面噴霧降溫的方法。根據(jù)運行經(jīng)驗，增加散熱器表面噴霧措施后，背壓可降低2～4kPa，由于噴霧耗水量較大，全部采用除鹽水成本較高，因此，可采用反滲透裝置之后的水作為噴霧水。

6 結(jié)束語

海勒式空冷系統(tǒng)投資高、效益好，但在國內(nèi)應用相對還較少，缺乏調(diào)試和運行經(jīng)驗。如果使用維護不當，不僅會造成重大經(jīng)濟損失，而且會延誤調(diào)試工期，影響電廠的安全性和經(jīng)濟性。昱光發(fā)電公司從海勒式空冷系統(tǒng)設計初期的選型計算到后期的安裝、調(diào)試、運行和維護進行了嚴格把關，確保了設備的安全運行，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的效益。

［1］楊振海，徐寧，邱竹賢.鋁的電位－pH圖及鋁腐蝕曲線的測定［J］.東北大學學報，2000(4):401－403.

［2］王小平，韓萍，張增.海勒系統(tǒng)中性水加氧化學工況的研究［J］.中國電力，1992(1):30－33.