直接空冷机组冷端系统运行优化

直接空冷机组冷端系统运行优化

苏超齐慧卿

苏超齐慧卿

山东电力工程咨询院有限公司山东济南250000

摘要：在一些环境比较特殊的地段，比如煤炭资源丰富，但是水源总量不足，在建设新电厂的时候，往往使用直接空冷系统作为机组凝汽设备。在正常的生产运行中，直接空冷机组在运行时背压较高，这一现象在夏季尤为严重。这在一定程度上对直接空冷机组的整体安全运行性能带来了消极影响。基于此，本文就直接空冷机组冷端系统的运行进行了研究，并提出了来优化措施。

关键词：直接冷空机组；冷端系统；优化

一、直接冷空机组的概述

直接冷空机组是利用环境空气来冷却汽轮机排汽的汽轮发电机组，在冷却部分上，直接冷空机组与湿冷机组有着很大的不同。直接空冷机组主要由排汽管道、空冷凝汽器、真空抽气系统、喷淋系统和冲洗系统五部分组成。直接冷空机组这五个组成部分中，空冷凝汽器在系统中具有重要作用，占据核心部分，分主凝汽器和辅凝汽器，主要通过外接空气来使汽轮机排汽冷却，因此，直接空冷机组运行的经济性与空冷凝汽器所处的外在条件和运行的好坏密切相关。汽机排汽通过排汽管道，通过轴流冷却风机加强与空冷凝汽器换热，冷却风机带来的空气不断与空冷换热器换热冷凝成凝结水，冷凝成的水通过除氧、收集，最终由凝结水泵打入汽轮机的回热系统。在空冷凝汽器中，主凝汽器和辅凝汽器分别设计成气水顺流式和汽水逆流式。汽轮机的排汽大部分都是通过主凝汽器被冷却形成凝结水，另外一部分则通过辅凝汽器被冷却，而为了保证系统的真空度，在辅凝汽器的逆流管顶部设有真空系统以保证系统的真空度，避免不凝结气体导致冬季管束冻结的情况发生，或影响空冷凝汽器的换热效果。

二、直接冷空机组的工作原理

直接冷空机组的工作原理就是通过外界的空气对汽轮机组的发电机进行冷却。该冷却装置主要有五部分组成，排汽管道、空冷凝汽器、真空抽气系统、喷淋系统和冲洗系统。在这五部分系统中，空冷凝汽器是最关键的部分，该系统主要由两部分组成，主凝汽器和辅助凝汽器，这两部分主要是辅助凝汽器借用外界的空气对汽轮机进行冷却降压。凝汽器是对工作环境的要求较高，作为直接冷空机组最关键的部分，凝汽器的工作性能将直接影响着直接空冷机组整体的运行性能。一般的主凝汽器设计为汽水顺流式，辅助凝汽器设计成汽水逆流式。汽轮机的排放的汽体绝大都是通过主凝汽器，只有少部分排汽通过辅助凝汽器。同时在辅助凝汽器的逆流管道部位装置真空系统，通过真空系统保证系统拥有足够的真空度，这样能够有效规避较低温度下管道冻结的发生。

三、直接冷空机组的运行特性

我国东北地区四季分明且昼夜温差变化较大，特别是大气干球温度变化大，所以汽轮机的背压变化也会很大且变化频繁，这就导致了直接空冷系统的运行环境复杂化和极强的适应性；而由于受背压的大幅变化影响，末级叶片经常工作于过渡区，其蒸气中的盐分很容易沉积于末级叶片上，虽然有时被冲刷，但是过分的沉积也降低了叶片的应力作用，从而限制了它的应力水平。空冷叶片的连接部位有良好的热膨胀性，更适应在恶劣环境下运行；另外，直接空冷机组具有相当庞大的真空系统，其容量是湿冷机组的30倍以上，所以它的系统严密性对于机组的运行更加经济合理。为了避免机组真空严密性而导致的外部空气进入空冷凝器使散热器换热效率下降，直接空冷机组的空冷凝汽器系统也进行了改造，它选用了更高质量的真空阀和可拆卸的打压堵板来提高系统的气密性。

四、优化直接空冷机组空冷系统运行效果的措施

1、定期冲洗空冷系统散热片

空冷机组系统具备比较长的安装过程，促使会严重污染散热器表面，不能保证空冷机组换热效果，此时需要相关工作人员定期冲洗空冷散热器，以便于能够保障具备清洁的散热片，降低到4～6kPa的空冷机组背压值。

2、直接空冷系统设计优化的目的

直接空冷系统需要较高的背压和较小的换热系数，这是传统湿冷系统所无法比拟的。为了满足空冷的这些高要求，就需要大面积的冷凝汽轮机换热排气和一组大功率的风机协助工作。如此一来设备的投资费用就会扶摇直上，所以为了保证空冷机组的高效率低成本运行，必须优化设计，采取多方面的经济优化比较。这包括了合理的背压设计、空冷凝汽器的冷却面积和其他主要元件配置参数，这也就是直接空冷系统的经济性运行目的所在。

3、提高空冷机组系统严密性

对空冷机组系统和部分通风系统的严密性进行控制，可以尽可能合理解决冬季冻结和增加水中溶解氧含量的问题，并且也能够极大程度上促进空冷机组系统运行的经济性和效果。依据氦质谱检漏仪来对汽机房内真空空冷机组系统进行检查，此外，能够依据EP100-002SC设备维护探测器来及时检查汽机房外真空系统泄漏现象。为了有效提高空冷机组系统的换热性能，需要依据合理的方式来处理系统泄漏问题，利用空冷岛漏缝点来实施检查，补齐缺少的密封条，校正和重新设计变形的挡风板，利用封堵方式来处理抽空气管道和挡风板连接位置。

4、设计背压的选取

冷机组的背压设计也是整个空冷系统设计的基础。实际上，背压设计会被诸多外界因素所限制，例如汽轮机的进汽量、排汽量、环境温度甚至是环境风速，这些参数都是空冷系统中必须综合考虑的因素，随后才有可能对汽轮机的背压设计进行有针对性的优化。一般来说，排气背压所对应的温度和排气泡就是气温设计与ITD值的综合，所以，一旦气温选定，ITD值得到确定并优化之后，汽轮机的排汽泡和温度也基本确定，汽轮机的排汽背压也宣告确定。在我国东北地区，设计背压的值范围很低，这是因为当地寒冷的气候。

5、安装伴热带来避免冻结现象

为了有效避免空冷机组系统出现冻结的现象，可以依据把伴热带安装在真空管道的方式进行处理，并且及时取缔U型凝结水回水管，相关操作人员应该及时检查各部分机组系统温度。此外也需要及时改进和健全调整方案和防冻保护措施，全面增加防冻保护技术以及自动调节功能，建立科学合理、安全稳定的控制保护措施和启停空冷系统的方案，以便于全面提高运行空冷机组系统的经济性和安全性，全面实现自动保护空冷运行系统的作用。

6、合理应用尖峰冷却技术

尖峰冷却系统实际上就是利用喷嘴雾化水，在散热器翅片上进行喷洒，迅速进行蒸发吸收气化热，以便于能够降低散热片温度，起到提高真空、降低背压、增加发电负荷的作用。高温情况下运行空冷机组系统会导致影响真空状态，增加空冷机组背压，提高消耗煤炭的数量，所以依据降温增湿的方式来有效降低空冷凝器管的温度，雾化喷水系统合理安置在空冷风机出口处，从而达到充分雾化的目的，并且可以及时冷却出口温度，从而有效提高湿度，降低空冷机组系统背压值，以至于全面提高系统安全性。上述系统有机结合直接空冷凝汽系统，共同增加冷却系统，主要包括水冷凝汽器、冷却水塔、循环水系统。水冷凝汽器可以及时吸入部分汽轮机组乏汽，水冷凝汽器管外凝结乏汽，依据传热方式冷凝汽器管内的循环水被排出，再次进入到冷却塔，最后进行蒸发冷却。

结语：综上所述，合理确定系统的改造方法，增加容量，充分具体的考虑机组实际运行状况，并且控制运行参数和运行方式等综合因素，才能获得较好的技术经济性。增加蒸发式尖峰冷却系统，对于直接空冷机组在过夏安全经济运行中的问题的解决具有非常重要的现实意义，并且对直接空冷机组夏季背压高的情况下所出现的问题，使其可以得到根本性的解决，并同时可以大大提高机组运行的安全可靠性。

参考文献：

[1]孙东海，张树芳，申哲巍.直接空冷机组冷端传热特性研究[J].节能，2012，08

[2]张亚玲.直接空冷机组冷端传热特性研究[J].科技与企业，2013，18