直接空冷机组冬季防冻问题探讨.pdf

0 引言 技 术 交 流 与 应 用 J I S H U J I A O L ． I U Y U Y I N G Y ON G 直接空冷机组冬季防冻问题探讨 呼 浩 ( 神 东电力公司 自备电厂 ， 陕西 神木7 1 9 3 1 6 ) 神华 阳光煤矸石 电厂位于陕北神木县 ， 是典型 的资源综合利用型坑 口电站2 台l 3 5 MW直接空冷 机组分别于2 0 0 6 年1 月和6 月投入运行 ， 厂内编号为5 号 、 6 号机组 2 台机组投运至今 ， 经历了冬季严寒的 考验 ， 一直安全运行 陕北地区属于中温带干旱半干旱大陆性季风 区， 气候特点表现为冬季寒冷， 时间长； 夏季炎热 ， 干 燥 多风 ．时间短 ：昼夜温差大多年平均气压为 9 1 0 k P a ， 多年平均气温为8 ． 5 c C，极端最高气温为 3 8 ． 9℃， 极端最低气温为一 2 8℃ 2 台机组的直接空冷系统 由抽真空系统 、 排汽管 道系统 、 散热系统和凝结水系统组成 抽真空系统 由3 台1 0 0 ％容量的真空泵和设置在逆流散热器顶部 的空气管组成 排汽主管道从排汽装置接 出， 其直 径为4 0 2 0 mr l l ， 水平穿过汽机房A 列外 ， 垂直上升至 2 7 m 标高后分出直径 为2 0 0 0 h i m蒸汽分配管上升 至3 8 ． 9 5 m。

水平蒸汽分配管置 于三角形散热管顶 部=两侧水平分配管各设一个直径为2 0 0 0 m m的隔 离碟阀 空冷散热系统主要由散热管束和风机组成． 散热器分3 列布置 ， 每列有4 O 片双排管散热器 ， 每台 机组共 1 2 0 片散热器散热器底部为凝结水箱， 每个 凝结水箱通过焊接相连 每台机组设 l 2 台风机 每 列布置4 台． 其中第2 台风机为逆流风机 每列的凝 结水由设置在逆流区的凝结水收集 口汇集 ． 通过3 根 凝结水管送到排汽装置底部热井 1 直接空冷机组的冬季防冻 1 1 空冷散热器发生冻结的基本原理 在陕北地区 ， 冬夏两季气温相差很大， 有些地方 可达6 0 ～ 7 0℃， 在环境温度低于0 o C 的情况下 ， 加 上 空冷散热器各排管间的热负荷分配不均匀以及不凝 结气体 的存在， 如果设计不当， 就会发生管内流体凝 固、 堵塞和冻结， 使空冷凝汽器的传热性能大大降 低 ． 严重时会损坏空冷凝汽器 ， 甚至导致空冷系统及 机组停运 空冷凝汽器在稳定的条件下 ， 底部和顶部排汽 管与空气相接触的顺序不同， 各排管的蒸汽冷凝区 的分配也不同l 】 I。

由于底部排管首先与冷空气接触 ， 如果上面管排 的冷凝在管子末端结束 ， 那么对底部 排管 ， 冷凝会在管子中间的某一点结束， 其余管长就 形成冷却区在此冷却区内 凝结水急剧过冷， 在低 温下就会发生冻结 在空冷凝汽器 中， 如果不凝结气体不能及时排 出， 也会在低温条件下发生冻结以2 排管的空冷凝 汽器为例 ， 由于第2 排冷凝管的蒸汽量较第 l 排管少 ． 第2 排管就具有较低的压力降， 第2 排管 出口的压力 就大于第 l 排管出口的压力 ， 导致第2 排管内的蒸汽 倒流入第 1 排管中 产生死 区和空气聚集现象 ， 在寒 冷的冬季就可能发生管束冻结 1 - 2 防止空冷散热器冻结的基本技术 ( 1 ) 采用椭圆翅片管直接空冷系统管束采用 椭圆管 ， 可以在一定程度上缓解冰冻对设备的损坏 收稿 日期 ： 2 0 0 9 — 0 3 —1 9 作者简介： 呼浩 ( 1 9 7 4 一 ) ， 男， 陕N~ o0 ．,KA，r{剖 币， 从事 发电， 一 汽轮机技 术管 丁作 一 ∞ 一 分 度 一 十 角 一 有 多 一 竺 々 } 电 一 进 章 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 J I S HU J I A O L I U YU Y I N G Y ONG 技 术 交 流 与 应 用 因为在发生冰冻时 ， 管子截面只是 由椭圆形变成圆 形 ， 不会出现鼓包 ， 也不会被冻裂。

目 前大型空冷机组空冷凝汽器都采用顺 、 逆流 结构 ( 简称K ／ J ) 结构 ) ， 由低压缸或旁路 系统排 的 蒸汽 ， 在压差 的作用下进入蒸汽分配管首先进入 顺流凝汽器( K 型) ， 在管束外空气的冷却作用下 ． 蒸 汽向下流 ， 凝结水与蒸汽以相 同的方向流入底部联 箱 ， ~ L H ,t 大部分蒸汽已凝结剩余 的蒸汽与不凝结 气体一 同进入逆流凝汽器 ( D型) ， 蒸 汽边往上流边 凝结 ， 凝结水在重力 的作用下与汽流逆 向流 回底部 联箱，不凝结气体则被水环真空泵抽吸排入大气 这样的流程 ， 保证了冬季一直有蒸汽对管束加热 ， 不 凝结气体能够被及时抽走 ，有效 防止了管束结冻 神华 阳光 电厂2 台机组均采用K ／ D 结构 ， 两者之间面 积 比为4 ： 1 ( 2 )设置挡风墙在空冷平台上布置与蒸汽配 汽管 中心线等高的挡风墙 ， 在冬季能阻挡寒风直接 吹在凝汽器管束上 ， 防止发生局部管束过冷而冻结 的情况 ( 3 ) 设置隔断 阀门在每个进入散热单元的蒸 汽管道上设置阀门， 当汽轮机排汽量较小且气 温较 低时 ， 切断某个散热单元的阀门， 将热量集 中在剩余 的散热单元 中， 增加其热负荷 。

停运的散热单 元仍 保持真空状态 ， 可防止空冷凝汽器腐蚀 ， 并可随时投 运 1 ． 3 运行中空冷散热器防冻措施 ( 1 ) 保证最小流量由于空冷系统系统庞大 ， 在 运行中不可避免存在蒸汽和热力分 配不均的现象 在冬季运行特别是机组启 动和低负荷时 ， 一定要确 保蒸汽流量 ( 2 ) 投入空冷冻结保护功能 运行 中可 以根据 环境温度 的变化 ，投入逆流风机的冻结保护功能 如环境温度低于2 o C，逆流风机应该被循环停机并 且反转 ， 循环周期为3 0 m i n 其流程是 ： 第1 排2 号风 机停 止5 ra i n ， 反转 1 5 l l l l l l ， 再停止5 1 “1 “1 1 1 “1 ， 再 正常启 动 同时其他 1 1 台风机可以较高的速度运转 3 0 ra i n 后另 1 台风机 ， 如第2 排2 号风机再重复以上步骤 ( 3 )提高机组运行背压提高机组运行背压使 凝结水温度升高， 保证高于流体凝固点， 避免管柬结 冻一般情况下 ， 我们认为冬季机组运行背压控制 在2 0 ～ 2 2 k P a 较利于防冻 ( 4 ) 调整风机风量。

根据环境温度 、 背压及凝结 水温度变化情况 及时降低风机转速 ， 必要时停运风 机 机组运行中 ， 当环境温度在0 o C 以下 ， 凝结水管 各温度测点显示温度 出现较大偏差时，说 明可能发 生了冻结 如果某些管束的温度在0 以下 ， 也说明 该管束出现 了冻结 这时就必须停运该冷却单元的 风机 2空冷散热器冻结的处理 空冷散热器结冻部位主要在翅片管和室外水平 段凝结水管 对于翅 片管冻结 的处理 ， 神华阳光煤矸 石电厂 目前的主要做法是利用风机的反转功能进行 回暖， 逐渐将管内的冰融化 化冰时间选择在环境温 度相对较高的中午 ，化冰重点是结冻管束所在的冷 却单元 化冰时手动将对应风机设置为反转 ， 负荷不 低于3 0 ％～ 4 0 ％， 风机反转 的转速设 置为3 0 ％， 时间 问隔为2 0 rai n ， 即反转2 0 m i n ， 停2 0 r n i n ， 如此循环直 至将冰融化 对于结冻相对较轻的管束 ， 则只将该冷 却单元的风机停止运行，利用其 自身热量将冰逐渐 融化 在将冻结化解后 ， 投入逆流风机的 自动回暖功 能 对于冻结范围较大 、 冻结 比较严重 的区域， 应停 运空冷风机 ， 采用蓬布或毛毯覆盖法化冰。

在寒冷的 冬季 ， 由于冻结范围太大 ， 被冻管束周围没有热风 ， 利用风机反转 回暖起不到作用 在此种情况下， 采用 以下方法可 以解冻：首先将该单元的空冷风机入 口 风简用蓬布或毛毯覆盖 ，然后再用蓬布覆盖冻结的 冷却单元与相邻未冻结 的管束 ，但不要将蓬布完全 贴住管束 ，以使未冻结管束 的热量能传到冻结管束 的区域这样使该冻结冷却单元形成一个相对封闭 的有一定热量传人的空问 经过一定的时间后 ， 冻结 严重的区域将逐渐化解冻结化解后即可按正常的 操作程序进行操作 ，并投入逆流风机的 自动 回暖功 能 ~ u 2 0 0 s 年1 月3 1 日， 当时环境温度为一 2 6 o C ， 6 号 机启动后 ， 由于第 1 列蝶阀内漏 ， 第2 列调整不当 ， 造 成第 1 列 、 第2 列空冷管束大面积冻结 ， 机组负荷仅能 带3 5 MW， 排气压力3 5 k P a 第1 列 、 第2 列空冷管束 冷凝水温度 当时仅为l 0 q C 左右，而第3 列运行正常 ， 凝结水温度为5 0℃ 当时通过风机反转 回暖化冰收 效甚微， 后来采用蓬布覆盖法对冻结的第 l 、 2 列管束 进行解冻，效果十分明显， 2 h 后第 1 个冷却单元的空 冷管束温度明显上升，冻结基本化解， 1 4 h 后所有冻 结管束全部化冻， 机组迅速带到了满负荷 。

凝结水管的冻结 主要发生在环境温度较低 、 蒸 汽流量较J J , H ,t 这时部分凝结水管处在冷却区内， 凝 结水受到急剧冷却 ，如果管道坡度不够或者没有保 技 术 交 流 与 应 用 J { S H U J IA O L I U YU Y I NG Y ON G 温措施 ． 这一 区域极易形成冻结发生凝结水管冻 结时 ， 只能采用外部加热的办法解冻 需要注意 的 是 ． 在化冰过程中必须严密监视排汽装置热井水位 因为一旦冰融化 ， 极有可能向热井 内拥入大量的凝 结水 囚此 ， 在化冰过程中， 运行人员应随时注意启 动备用凝结水泵和开启紧急事故放水门， 防止水位 过高造成事故 实际上 ， 在室外凝结水水平管段上 安装 良好的保温材料及加装伴热管或伴热带 ， 对于 冬季凝结水管道的防冻十分有益 3 冬季启动及运行中的注意事项 ( 1 ) 直接空冷机组冬季启动一定要围绕空冷凝 汽器的最小防冻流量进行在满足汽机、 锅炉升温 、 升压的安全要求下 ． 尽量加快燃烧 ， 使空冷机组短时 间内进汽一般情况下要在9 0 mi n 内达到3 0 ％的额 定流量 ( 2 ) 空冷器进汽以后， 要加大进汽速度 ， 同时注 意每个凝结水温度 、 抽汽温度测点的变化 ， 如发现某 处温度长时问保持不动或有下降 、 测点温度偏离所 对应的饱和蒸汽温度或低于0℃， 应立 即采取措施 ， 加大进汽量， 防止局部结冻。

机组在正常运行时， 应注意抽真空温度曲线 ． 如 果温度较低 ， 且经常在2 0 以下( 回暖过程除外 ) ， 说明逆流区域低温， 可能会结冰， 应立刻降低风机转 速如果仍不能阻止降温， 应停止相关风机 ， 采取回 暖措施 ( 4 )注意冷凝 区温度 ， 如果任何一条线的温度 经常降~ 11 2 0 以下 ，说 明该排管道 已可能开始结 冰 ， 并且是在逆流区域 此时应及时降低整排风机的 转速． 更大地降低2 号风机的转速， 直至停止整排风 机 ， 必要时进行回暖 ( 5 )注意排汽装置水位 ， 如果水位持续偏低 、 与 机组排汽量不对应 、 补水量不正常偏大时 ， 应立即检 查空冷装置是否结冻 ， 并增大进汽量 ( 6 )定期或不定期对空冷岛进行真空查漏 、 堵 漏 由于空冷凝汽器散热面积大 ， 空冷岛的泄漏会造 成进汽不均匀 、 局部过冷等现象 在冬季调整时稍有 不当， 就会将少部分管束冻结甚至冻裂 。