660MW机组冬季空冷防冻研究及预防措施

660MW机组冬季空冷防冻研究及预防措施

刘生福

（山西漳电同华发电有限公司034114）

摘要：该厂汽轮机型号为CLNZK660-24.2/566/566，超临界、一次中间再热、单轴、两缸、两排汽、直接空冷凝汽式汽轮机，由哈尔滨汽轮机厂有限公司制造，空冷系统设备由GEA公司制造生产。本机组汽轮机排汽从汽轮机低压末级两端排出后，通过排汽装置上方的排汽流道汇集在一起，被送到主厂房外面的空冷岛进行凝结冷却，排汽装置通过导流板与汽轮机排汽隔离，防止低压缸排汽直接冲击排汽装置水面。在主厂房外的排汽管道分成7路管道分别进入由7排空冷风机组成的空冷岛凝结系统，每排空冷凝结管束设置顺流管束和逆流管束，每排管束下面由5个顺流风机和2个逆流风机对排汽进行冷却。其中两边的1、2、6、7排空冷风机组入口设有隔离电动阀。空冷岛的凝结水回水回到主厂房排汽装置，其中不凝结的气体通过布置在逆流管束上的抽真空管道进入真空泵后排至大气。为适应机组冬季启动的需要，特别在锅炉再热器出口设置4个对空排汽管道，以防止冬季空冷岛低负荷进汽。

关键词：660MW机组；冬季空冷防冻；预防措施

一、空冷岛凝结水在冬季的冻结机理

空冷凝汽器管内蒸汽通过换热管和翅片将蒸汽热量传到空气中，从而使蒸汽凝结，当每个单一管束通过的蒸汽流量相对于外部空气流量少时，蒸汽在管道沿程大部分被凝结为水，并沿管壁向下流动且在流动中被继续冷却。凝结水在翅片管内流动时，中心区为紊流区，管壁区为层流区，紊流区放热以对流为主，层流区放热以传导为主。流体在翅片管内层流区的厚度与流体的流速有关，流速越小，层流区越厚。当流速减小到一定程度时，翅片管内流体变为层流，流体对管壁放热过程中其温度不断下降。当外界温度下降到0℃以下时流体开始冻结，随着流体不断放热，冻结程度不断加剧，最后液体变成固体，凝结成冰。冻结现象发生以后蒸汽流道变窄，流体出现流动速度慢，流动终止或变慢现象，加剧翅片管的冻结。

另外，当空冷蒸汽中溶有不凝结的气体比如空气时，导致运行机组排汽压力升高，这时造成所需要外部空气量相对增加，这样就会出现上面所说的蒸汽流量和冷却空气冷不平衡的现象，造成凝结水的过度冷却,最后造成管束冻结。

二、空冷岛防冻运行技术措施

1.空冷岛在冬季机组启动中的运行技术措施

1)启动期间，升温升压阶段空冷岛不进汽，采用再热器对空排气。机组启动抽真空时，必须先将背压维持在15Kpa以下，才能允许蒸汽进入空冷岛，防止空气不能及时抽出，产生气穴。

2)在机组启动过程中，当空冷岛抽真空管道温度达到35℃且凝结水平均温度比环境温度高5℃时，可认为空冷系统已充满蒸汽，不凝结气体已排出，此时可停用一台真空泵。

3)在升温升压的初期，由于主、再热蒸汽管道疏水开启，应打开抽真空旁路门，使排汽装置内的疏水蒸汽从真空泵出口直接排出。实际检查测量抽真空旁路管道温度，从空冷岛来的管壁测温与环境温度一致，说明蒸汽并没有上升到空冷岛。

4)机组在启动过程中，当投入低旁使空冷岛进汽时，应适当提高机组背压，采用提高凝结水温度的方式来保证防冻工作。

5)空冷岛进汽前，应保证锅炉燃烧稳定。根据当时环境温度设定的最小蒸汽流量来计算锅炉燃烧所需要的燃料量。

6)空冷岛进汽操作应迅速，尽量缩短进汽时间。随时监视空冷凝结水回水温度及抽真空温度，通过启动空冷岛轴流风机来引导蒸汽的流量分配，使各管束温度均匀。实际运行表明空冷岛进汽后约30分钟后，各点温度正常。

7)当机组负荷较低时有些抽真空温度较低，可采用逆流排轴流风机倒转的方式使温度恢复。参考数据，机组负荷250MW时，某一排抽真空温度16℃，其余30℃，风机倒转10分钟后，该排温度回升至30℃。

8)当机组在启动过程中发生停机等异常情况时，应迅速关闭空冷岛进汽。尽量在较短时间2个小时以内恢复机组启动。同时监视空冷岛凝结水回水温度呈现均匀下降，如果出现不均匀的情况，说明可能积水，为防止冻结通知检修准备喷灯等化冰工具。

2.空冷岛在冬季运行中的运行技术措施

1)空冷岛的冲洗系统和喷雾系统停用，阀门关闭。巡检注意检查空冷挡风墙无空洞，严密性好，所有通道门应关闭。增加空冷岛运行中的巡回检查，特别在环境温度低，机组负荷低的情况下，主要检查的重点部位：各排空冷凝结水温度、各排抽真空温度、抽真空温度逆流管束上升到最顶部的温度、环境温度较低区域的顺流管束、每相邻两排管束温度。

2)注意真空系统各参数的变化，控制过冷度4℃以内，凝结水回水温度、抽真空排气温度、排汽温度等。

3)根据情况停运风机（凝水温度低、抽气温度低、管束冻结时）和及时启动空冷的回暖保护。为防止空冷岛排汽蝶阀关后打不开或者关闭后阀门冻结，一般情况不采用关闭一整排空冷进汽从而达到增加其他排蒸汽流量的方法。而采用按列停用的方法：停运风机本着先顺流后逆流、从近端到远端的原则停运，手动停运风机的顺序为一排中的#1-#3-#4-#5-#7-#2-#6的顺序。

4)“抽真空过冷保护”动作或发现抽气温度低时，可启动两台水环真空泵运行，以增加防冻效果，及时抽取蒸汽内部的不凝结气体。发生“凝结水过冷-霜冻”现象且环境温度低于2℃，运行中任一凝结水温度低于35℃时，“凝结水过冷-霜冻保护”发报警，可将背压设定值提高3Kpa，和多启动一台真空泵。当环境温度低于+2℃启动逆流管束中的回暖程序，其目的是消除由于逆流管束结霜造成的管束堵塞。

5)注意检查空冷岛凝结水的回水情况和排汽装置水位的变化，以判断空冷岛上是否结冰。排汽装置水位异常，说明凝结水回水不畅，可能发生局部冻结。

3.空冷岛在冬季停机中的运行技术措施

1)在停机前提高机组运行背压至12Kpa，投入空冷回暖系统长时间运行，使空冷岛各管温度尽量平均，消除温度低的死角。机组停机前运行两台真空泵，尽量抽取不凝结气体。

2)在停机过程中严格监视凝结水过冷度。发现差别较大及时采取措施。

3)在保证机组最小蒸汽流量时，及时关闭汽轮机主调汽门，使机组停运。此条很重要，在打闸停机前需要带负荷打闸停机。

4)机组停用时，1、2、6、7排蒸汽隔离阀保持开位，防止冻结。启动时根据情况可关闭。

三、结束语

由于空冷机组能够很好地解决大容量发电机组的用水问题，节约了水资源。所以对我国北方的直接空冷机组在启停时具有借鉴意义。同时空冷岛的防冻问题也显得尤为突出，这就要求在设计时能较准确地计算出空冷管束顺流和逆流的比例关系、蒸汽流量和冷却空气量的关系，这样对空冷的防冻很有意义。

参考文献：

[1]雷平和.间接空冷系统的新发展——混合通风间接空冷技术[J].电力建设.2013(01)

[2]吴恒刚,王忠熬,卢旭东.海勒式间接空冷系统事故分析及处理[J].华电技术.2012(12)

[3]宁俊杰.600MW机组间接空冷系统的控制问题探讨[J].山西电力.2012(06)