直接空冷系统状态监测及运行优化

直接空冷系统状态监测及运行优化

姜帅

国能中卫热电有限公司，宁夏 中卫 755000

摘要：为进一步改善空冷机组的运行经济性，本文采用在直接空冷系统设置温度测点，对其直接空冷系统进行实时监控，并对直接空冷系统进行优化计算，以此得出当机组功率净增值最大时的风机调整频率。研究发现，随着环境温度的提高，机组的最优操作背压也将逐步提高，所需要的风机转速也随之提高，对翅片表面的定期清洁可以有效地减少排汽压力，并且有效提高机组的功率。本文将对直接空冷系统进行状态监测，而后针对运行过程中存在的问题提出优化策略，以便更好地维护系统的运转性能。

关键词：直接空冷；风机；优化运行；性能监测

1 引言

通过实时监测直接空冷机组冷端设备的运行状况，利用已有的理论分析方法，确定最佳工作条件下的风机转速，并对其进行优化调整，从而提升直接空冷系统的节能性和经济性。并基于其运行过程中存在的问题提出针对性优化运行对策，将能够有效促进直接空冷系统的性能优化。

2 机组冷却设备运行状态监测

2.1 在线监测实验系统

在进行机组最优运行前，需要了解其工作状态及操作参数。为此，在空冷岛的各个冷却装置上设置测温仪，该测温仪使用pt100型铂热电阻器，在-50~180℃之间进行测温，空冷岛的总体结构和各个测点的设置见图1。

图1 空冷岛整体结构及各单元测点布置情况

现场测温仪能够实时获得进口、出口冷却气流、凝结水温度等数据，并将实测数据通过光纤信号线传送到监控平台上，从而判断冷却设备的换热器和风机的工作状况，进而为机组调整提供依据。

2.2 冷却设备清洁状况监测

直接空冷机组的冷却装置是在室外进行的，长期使用后，由于翅片管的表面积灰，会造成换热器的换热性能下降，从而影响机组的运行经济性。通过对空冷系统的变工况特性的分析，得出设备表面污垢状态下的换热系数，并与洁净状态下的换热器进行比较，得出设备的清洗系数，从而达到在线监控的目的。

本文计算空冷系统清洗前后的清洁情况，其时间以小时计。图2是空冷系统清洗系数与单位工作时间的关系。如图2所示，由于机组长期运转，空气冷却装置的洁净状态保持在很低的状态，经过高压水的冲刷，其洁净情况得到明显改善。

图2 清洁因子随机组运行时长的变化

3 直接空冷系统运行问题

3.1 真空泄漏

直接空冷系统使用的是大口径的排汽管，存在着焊缝较长、接口较多、不易密封、易发生真空渗漏等问题。空冷散热器是一种管束式的管状结构，其管段数目多，翅片结构复杂，翅片一般采用铜焊或缠绕法与管件相连，在输送时，若受力将极易产生变形问题，同时还将造成肋条与管件的接头损坏，从而导致真空泄漏问题出现。以国能中卫热电厂2*350MW机组为例，该机组采用顺流加逆流管束布置，管束尺寸为10900×2494mm加10400×2494mm，240加60个空冷式散热器的管束，管的数目非常多。空冷岛翅片管总散热面积达到861208加205426平方米，是一个巨大的系统。对于这种结构复杂、接口多的直接空冷系统，要想完全避免真空泄漏将具有较大的难度。

3.2 管束积灰

在我国西部地区，由于直接空冷机组经常受到严重风沙天气的影响，并且由于空冷岛的管径较小；由于翅片的形状比较复杂，翅片之间的间隔较短，因此很容易产生灰尘。当粉尘堆积时，会增大气流的阻力，导致换热恶化，从而导致空冷效果的大幅下降，并且对机组的正常运转产生不利的影响。在2*350MW的直接空气冷却系统中，翅片间距为3毫米。翅片之间的间隔非常短，并且管道的排列是倾斜的，这都将会导致粉尘出现堆积现象。

3.3 严寒环境下的冻裂问题

汽轮机启动和关闭时，热负荷变化较小，气流流量较低，在极低的温度条件下，凝结水容易结冰，造成管线开裂；由于空冷岛中存在大量的不凝结气体，也将造成局部蒸汽流量减小，管壁温度下降，致使凝结水通过低温壁面时出现结冰现象；多排管管束之间的传热情况不同，会产生压力不平衡，造成水汽倒灌以及不凝水汽积聚问题出现，进而导致局部凝结水结冰。

3.4 环境温度、风速、风向的影响

环境温度、环境风速、风向等因素对其性能有很大的影响。当周围温度上升时，空冷散热器的入口空气温度也随之上升，当排汽热负荷相同时，冷凝温度上升，机组背压增大，降低机组的运行经济性。另外，由于环境风的影响，空冷散热器的入口气流也会减小，从而使排汽装置内的排汽温度和排汽压力增加，从而降低机组的运行经济性。

4 直接空冷系统运行问题防治对策

4.1 真空严密性对策

采用更加合理的结构，使得空冷散热器的接头更加牢固，焊接也将更加紧密，在使用时不会发生真空渗漏的问题。同时，还可以提升空冷岛的安装水平，及时发现空冷岛运行中存在的真空渗漏问题，开发出一种高效、高效的大范围真空检测技术。

4.2 空冷散热器积灰对策

改进空气冷却器的设计，采用一种不易于积灰的空气冷却器。通过对翅片结构的优化，不仅可以确保空气冷却的效果，而且可以防止传热区域的积灰的出现。期间可以研制出一种高效的清洗方法，并对其操作参数进行优化，选择合适的清洗间距、清洗水压，降低耗水量以及能耗。期间设备表面脏污情况下的传热系数可利用机组实测排汽装置背压通过空冷系统变工况特性计算得到，对比清洁条件下的传热系数得到设备清洁因子，实现设备清洁状况的在线监测。

4.3 管束冻裂问题对策

在空冷式换热器的管束布局方面，根据不同的空气冷却系统，采用最佳设计方法，选择不同的正向、逆向区布局，可以将不凝结气体排除，避免蒸汽倒流，从而抑制凝结水的结冰；其间还应选用单排管式空冷式换热器，对于多排式的空冷式换热器，应适当调整换热面积，以避免不凝结气体的积聚。

4.4 环境影响对策

环境温度、环境风速、风向等因素的改变都会对冷凝器的压力产生很大的影响，进而影响到机组的正常工作。因此，要根据环境变化规律，制定相应的控制措施。在高温季节，为了确保机组的正常工作，将需要保持排汽装置的低压，切实改善周围空气与汽轮机的换热性能，以改善其换热系数。此外，由于环境风的作用，空气入口的温度也会上升，入口气流速度下降，因此，需要采用变频方式提高制冷气流的流率。此外，由于环境风的影响，入口气流的非均匀性也相对较大。在上游的空冷散热器，其传热性能最差，特别是采用变频风机来提高上游空冷器的风量，以消除最大的不利影响。而对于下游的空冷散热器，其传热性能要比上游好，但是在外界条件的影响下，它的入口气流还是会下降，所以在下游也要采用变频调速。

另外，空冷岛与其它建筑的空间布置也需要重点考虑。在夏季，由于空冷岛的布置不当，导致热风区处于空冷岛的上游，也将使得空冷岛入口温度上升，从而影响到机组的正常工作。空冷岛与锅炉间的平面布置也有同样的问题。所以，空冷岛的设计应朝向夏季的主要风向，在炉后的风频和风速最小。另外，各空冷岛的位置也不能处于夏季主导风向的上游和下游，也就是说，在夏季的主导风向下，各空冷岛的位置是最佳的。

5 结束语

本文以350MW直接空冷为例，对其进行优化设计，得出在不同工作状态下，通过调节风机的转速，可以获得最优的操作背压，而后对其进行优化设计。期间通过对各工况的调节结果进行比较的方式，也将使其能够有效地指导机组的经济运行，并通过现场监控系统，对装置的清洁情况进行检测，比较清洗前后的清洁情况，得出装置的清洗对背压的影响。除此之外，为了保证机组在夏天的安全使用，清洁和保持设备的高传热特性也是具有必要性的。

参考文献

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