楊增增

（黃陵礦業(yè)煤矸石發(fā)電有限公司，陜西黃陵 727307）

黃陵礦業(yè)煤矸石發(fā)電三期項(xiàng)目2×300MW中的空冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

楊增增

（黃陵礦業(yè)煤矸石發(fā)電有限公司，陜西黃陵 727307）

本文主要對黃陵礦業(yè)煤矸石發(fā)電有限公司三期2×300MW低熱值資源綜合利用項(xiàng)目空冷系統(tǒng)進(jìn)行了簡單的介紹，重點(diǎn)闡述了空冷系統(tǒng)功能以及直接空冷系統(tǒng)的組成及應(yīng)用，并根據(jù)空冷系統(tǒng)在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)的運(yùn)行調(diào)整問題及處理方法，空冷系統(tǒng)運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)的設(shè)備問題進(jìn)行分析處理，對空冷系統(tǒng)的日常維護(hù)提出針對性的建議。做好空冷系統(tǒng)的可靠、經(jīng)濟(jì)、安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。

空冷島 組成 功能 功效

黃陵礦業(yè)煤矸石發(fā)電有限公司是以黃陵礦業(yè)一號、二號煤礦生產(chǎn)廢棄物煤矸石、煤泥、低熱值中煤為燃料，以井下疏矸水為主水源的資源綜合利用環(huán)保型企業(yè)，三期項(xiàng)目毗鄰黃陵礦業(yè)二號煤礦，裝機(jī)容量為600MW，發(fā)電機(jī)出口電壓20KV，三期項(xiàng)目利用二號煤礦洗煤廠產(chǎn)出的煤矸石、煤泥、低熱值中煤260萬噸，年發(fā)電量40億度以上，年產(chǎn)值達(dá)15億元，成為壯大黃陵礦業(yè)集團(tuán)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的核心支柱產(chǎn)業(yè)。

1　項(xiàng)目概述

黃礦2×300MW低熱值資源綜合利用電廠，本期容量為2× 300MW，汽輪機(jī)是上海汽輪機(jī)有限公司制造的亞臨界、一次中間再熱、單軸反動式、雙缸雙排汽、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)。每臺汽輪機(jī)排汽管道與一個單獨(dú)空冷凝汽器機(jī)組相連（ACC）。直接空冷凝汽器布置在主廠房A排外高架平臺上，平臺高35米，30個冷卻段排成6列，每列由3個順流冷卻段和2個逆流冷卻段組成。

2　空冷系統(tǒng)功能概述

（1）冷空氣流過換熱管束后，帶走了汽機(jī)管道內(nèi)部的剩余能量。來自汽機(jī)的蒸汽直接通過排汽管道進(jìn)入凝汽器系統(tǒng)。蒸汽首先從蒸汽分配管進(jìn)入順流管束，在順流管束中可以冷凝部分蒸汽（約80%）。在順流凝汽器管道中，凝結(jié)水流向蒸汽流動的方向。

（2）未冷凝的蒸汽經(jīng)過下部聯(lián)箱和凝結(jié)水收集管道進(jìn)入逆流管束，以實(shí)現(xiàn)完全冷凝。逆流管束中的凝結(jié)水流動方向與蒸汽相反。不凝結(jié)氣體在逆流凝汽器單元的上部被抽出，經(jīng)過抽氣系統(tǒng)后排入大氣。累積的凝結(jié)水在重力作用下經(jīng)過凝結(jié)水管道流入汽輪機(jī)排汽裝置的凝結(jié)水收集器。然后由主凝結(jié)水泵將凝結(jié)水從凝結(jié)水收集裝置輸送到給水系統(tǒng)。

（3）在系統(tǒng)啟停、汽輪機(jī)甩負(fù)荷期間，再熱蒸汽通過旁路進(jìn)入主蒸汽管道。在進(jìn)入主蒸汽管道之前，再熱蒸汽在旁路裝置中（通過噴射凝結(jié)水）膨脹、減溫。根據(jù)環(huán)境中的大氣溫度和設(shè)定的汽輪機(jī)背壓，通過調(diào)節(jié)通過管束的冷空氣流量就能達(dá)到將蒸汽冷凝的目的。這個能量平衡的結(jié)果就是空冷系統(tǒng)的運(yùn)行壓力。

（4）空冷冷凝器的下部的冷空氣通過風(fēng)機(jī)驅(qū)動，強(qiáng)制通風(fēng)進(jìn)入翅片換熱器。根據(jù)最優(yōu)化方案，通過變頻風(fēng)機(jī)驅(qū)動調(diào)節(jié)氣流。因此，將要冷凝的排汽流量與排汽熱負(fù)荷和壓力是成比例的。從性能曲線可以看到這個比率關(guān)系。

（5）所有管束出廠之前都進(jìn)行了檢漏測試。為了確保嚴(yán)密性，空冷凝器安裝完畢后，準(zhǔn)備試車之前，還要再次進(jìn)行檢漏。要特別注意法蘭連接的部件，所有與蒸汽和凝結(jié)水有關(guān)的設(shè)備和配件都要進(jìn)行監(jiān)檢。如需要，必須清理機(jī)組內(nèi)部以清除鐵銹和其他雜質(zhì)。必須防止任何由于管道加熱不均勻產(chǎn)生的小蒸汽流量而引起的突發(fā)熱沖擊或不均衡氣流。否則有可能造成管道變彎或管板爆裂現(xiàn)象的發(fā)生。

3　直接空冷系統(tǒng)的組成及功效

3.1排汽管道和蒸汽分配系統(tǒng)

（1）排汽管道包括以下設(shè)備:帶彎頭的管道，分流器和歧管、蒸汽導(dǎo)流片、膨脹節(jié)管道支撐和固定、入口人孔、蒸汽分配管（與順流管束連接）、蒸汽分配管隔離閥、爆破膜、儀表。蒸汽通過大直徑的管道流入凝汽器。蒸汽分成6部分進(jìn)入與每個冷凝器列相連的蒸汽分配管。排汽從蒸汽分配管沿著順流管束的頂部進(jìn)入各個翅片管。

（2）補(bǔ)償裝置:（鉸接型波紋管、萬向型波紋管、作為平衡壓力彎頭的膨脹波紋管）。

為防止熱膨脹，基礎(chǔ)不均沉降及平臺、管道的位差布置和移動都會導(dǎo)致管道在垂直和水平方向的移動，與汽機(jī)直接連接的排汽管要按“壓力平衡肘”建造。這個平衡肘有三個波紋管以允許由于基礎(chǔ)不均沉降和熱膨脹引起的縱向移。

（3）另外，通向汽機(jī)接口處的管道直接用彈簧吊架懸吊。 支管和蒸汽分配管也是用彈簧吊架懸吊在主平臺梁上。蒸汽支管設(shè)計(jì)時要考慮到可在沒有進(jìn)一步措施下能承受靜載荷、地震載荷和風(fēng)載荷。

（4）安全裝置包含以下設(shè)備:3個爆破膜MAG01 AA020 / AA021/AA022其中包括膜支撐和止動裝置:三個不銹鋼防爆膜作為在多重保護(hù)元件失效情況下的最終安全裝置。防爆膜直接安裝在兩個法蘭之間，按設(shè)置壓力0.4 bar （表壓）-15%（安全裕量）下的最大旁路蒸汽流量設(shè)計(jì)。防爆膜采用無破碎材料制造，用特富龍密封。能夠在80%設(shè)置爆炸壓力時開啟。安全膜指示器會在膜片爆裂時報警，并監(jiān)督每個防爆膜的狀況。

3.2凝結(jié)水系統(tǒng)

當(dāng)蒸汽通過汽輪機(jī)的各級后比容大大增加，比進(jìn)口比容增加約1000倍。同時，排汽的能量品位也下降到一個沒有進(jìn)一步經(jīng)濟(jì)用途的水平。為了形成閉合循環(huán)，排汽中的凝結(jié)熱必須通過冷凝器釋放，使得排汽循環(huán)介質(zhì)冷凝成水。冷凝器在水/蒸汽循環(huán)中充當(dāng)了主要的熱量交換器并且組成封閉的循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)造。與蒸汽鍋爐相似，冷凝器在水/蒸汽循環(huán)中的作用就是汽相和液相的分界面。負(fù)壓運(yùn)行的凝汽器系統(tǒng)有如下幾種功能:（a）排氣冷凝；（b）不凝結(jié)氣體的抽出。（c）凝結(jié)水抽出并提供給給水系統(tǒng)和做其他用途。

（1）空冷凝汽器單元:一個空冷凝汽器單元由下列設(shè)備構(gòu)成:蒸汽聯(lián)箱、翅片管管束，管板和管座、凝結(jié)水聯(lián)箱、支撐蒸汽分配管和連接管束的A型框架、通風(fēng)系統(tǒng)（風(fēng)機(jī)，變速箱，電機(jī)）、支撐通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)橋架、風(fēng)機(jī)甲板和風(fēng)筒、單元隔離墻（如圖1）。

（2）每個凝汽器單元包括下列管子和管束:單個管束中以單排方式排列32根翅片管和單元的每側(cè)由6對共12個管束排列組成通風(fēng)系統(tǒng):5個冷卻凝汽器單元與每個蒸汽分配管連接。每個凝汽器單元都安裝有通風(fēng)系統(tǒng)。

（3）每個通風(fēng)系統(tǒng)由下列組成:1臺風(fēng)機(jī)、1套聯(lián)軸器、1臺減速箱、1臺風(fēng)機(jī)電驅(qū)動、風(fēng)機(jī)組件與風(fēng)機(jī)橋架的固定材料

（4）凝結(jié)水系統(tǒng):凝結(jié)水排水管線包括:每個凝汽器半列的排水管線、每列收集管線、公用凝結(jié)水連箱、到排汽裝置熱井的公用凝結(jié)水排水管線、排水管線保溫層、儀表。

冷凝水沿著單管，例如，MAG10 BR023 和 MAG10 BR028，從每個冷凝水集箱流出。從單管中流出的冷凝水流入普通冷凝水收集器中，冷凝水從收集器通過管道MAG70 BR016流入汽機(jī)排放裝置的熱井中。溫度傳感器MAG70 CT310提供遠(yuǎn)程凝結(jié)水溫度指示。

為了防止凝結(jié)水在低溫環(huán)境中運(yùn)行時凍結(jié)，凝結(jié)水排水管要用礦物保溫棉保溫，保溫棉表面敷設(shè)鋁包覆。在重力的作用下，凝結(jié)水自流到蒸汽排汽裝置。蒸汽排汽裝置進(jìn)口處的節(jié)流孔板MAG70 AA010調(diào)節(jié)凝結(jié)水水位產(chǎn)生高壓，以防止其在凝結(jié)水排水管中汽化。

3.3抽真空系統(tǒng)

在所有運(yùn)行工況中，適當(dāng)?shù)恼婵斩仁抢淠鞴軅鳠醿?yōu)化的基本要求。 當(dāng)蒸汽在冷凝過程中出現(xiàn)不凝結(jié)氣體，凝結(jié)水液膜熱阻將不再是主要的傳熱熱阻。此時管內(nèi)換熱表面被一層氣膜覆蓋，氣膜具有更高的傳熱熱阻。此外，隨著不凝結(jié)氣體和蒸汽的混合汽體的過冷和不凝結(jié)氣體比例的增大，凝汽器逆流單元的傳熱熱阻增大。 在機(jī)組啟動時，抽真空系統(tǒng)提供了蒸汽冷凝系統(tǒng)的初始壓力條件。

3.4冷凝器高壓水清洗系統(tǒng)

空冷凝汽器的翅片管束表面會產(chǎn)生污垢，例如:灰塵、昆蟲、花粉和其他空氣中外來的雜質(zhì)。污垢的產(chǎn)生會降低凝汽器的傳熱系數(shù)和提高流動阻力，流動阻力的增加使得通過凝汽器管束空氣體積流量減少。系統(tǒng)性能的減弱與結(jié)垢的程度具有密切的聯(lián)系。一個典型的例子就是，空氣體積流量減少20%，從汽輪機(jī)的排汽壓力就增加33%左右。在這種情況下，系統(tǒng)不能維持要求的汽機(jī)背壓，而背壓過高就不得不降低發(fā)電負(fù)荷，以防止汽機(jī)跳閘。 高壓清洗系統(tǒng)采用高壓水射流清除換熱管束外的污垢。移動的噴嘴噴射出若干束高壓水射流清洗換熱管束的表面，清除管束和翅片外部的污垢。經(jīng)常檢查和清洗，可以使得換熱器表面不會被污染。

4　結(jié)語

由于工程的需要，空冷凝汽器機(jī)組根據(jù)以下特性:高效率高可靠性、在所有工況下能耗低、通風(fēng)系統(tǒng)振動??；設(shè)計(jì)安全、簡單、運(yùn)行安全經(jīng)濟(jì)、易于維護(hù)進(jìn)行設(shè)計(jì):在項(xiàng)目設(shè)計(jì)、論證以及建設(shè)階段，就向先進(jìn)看齊，瞄準(zhǔn)一流對標(biāo)，力爭把電廠建設(shè)成為綠色、節(jié)能、環(huán)保的高效項(xiàng)目。

［1］黃陵煤矸石發(fā)電有限公司汽輪機(jī)運(yùn)行規(guī)程.

［2］北京首航艾啟威冷卻技術(shù)（北京）有限公司空冷島說明書.

［3］汽輪機(jī)設(shè)備及運(yùn)行.

［4］汽輪機(jī)設(shè)備運(yùn)行技術(shù)問答.