劉興華

摘 要：針對(duì)三排管直接空冷凝汽器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和管束結(jié)凍機(jī)理，本文通過與單排管空冷凝汽器進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合本廠三排管空冷凝汽器在設(shè)計(jì)、安裝、設(shè)備管理、運(yùn)行調(diào)整方面的經(jīng)驗(yàn)，提出了三排管直接空冷凝汽器冬季防凍的建議。實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了所提方法的有效性。

關(guān)鍵詞：直接空冷機(jī)組; 三排管空冷凝汽器; 凍結(jié)原因; 防凍

在我國已投運(yùn)的直接空冷機(jī)組，其空冷凝汽器的型式經(jīng)歷了由多排到三排，再到兩排管，最后至單排管的過程，其主要目的是基于空冷凝汽器冬季防凍、抗凍能力的提高。三排管空冷凝汽器與單排管相比，由于其管束構(gòu)造方面的問題，冬季運(yùn)行時(shí)比較容易發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象。本文分析了三排管空冷凝汽器管束特點(diǎn)和凍結(jié)原因，結(jié)合我廠三排管直接空冷凝汽器投運(yùn)以來的運(yùn)行情況和冬季防凍方面采取的措施，對(duì)機(jī)組運(yùn)行中空冷防凍提出自己的建議。

1 三排管直接空冷凝汽器管束特點(diǎn)

三排管凝汽器管束的主要特點(diǎn)：由于翅片是纏繞在基管上，各處的翅片高度相等，翅片的換熱效率高，熱鍍鋅壽命長、防腐效果好、強(qiáng)度高;翅片之間定距爪，因此不易結(jié)垢，能長時(shí)間高效換熱;并適合風(fēng)沙較大地區(qū)。三排管與單排管相比可提高迎面風(fēng)速，提高傳熱系數(shù)，減少換熱面積，適合風(fēng)速較高、風(fēng)沙較大的地區(qū)。

目前投運(yùn)的三排管直接空冷凝汽器系統(tǒng)的組成部分與單排管基本相同，其系統(tǒng)主要由排汽管道及配汽管道、凝汽器管束、凝結(jié)水系統(tǒng)、抽氣系統(tǒng)、疏水系統(tǒng)、強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)等組成，一般配套設(shè)置包括ACC自控系統(tǒng)、高壓清洗裝置等。每組空冷凝汽器下部設(shè)置1臺(tái)軸流變頻調(diào)速冷卻風(fēng)機(jī)，使空氣流過凝汽器管束外表面將排汽凝結(jié)成水，流回到排汽裝置熱井。為了防止冬季啟動(dòng)或低負(fù)荷時(shí)凝汽器管束凍損，在其排汽支管上均設(shè)有隔離閥。每列空冷凝汽器分為2個(gè)冷卻單元，每個(gè)冷卻單元包含三臺(tái)順流凝汽器、一臺(tái)逆流凝汽器，順流凝汽器是冷凝蒸汽的主要部分，大約80%的蒸汽被冷凝。逆流凝汽器主要是為了將系統(tǒng)內(nèi)空氣和不凝結(jié)氣體排出，防止運(yùn)行中在管束內(nèi)部的某些部位形成死區(qū)，避免冬季形成凍結(jié)的情況，其K/D結(jié)構(gòu)（順、逆流凝汽器面積之比）為3/1。

2 三排管直接空冷凝汽器管束凍結(jié)的原因

圖1為三排管空冷凝汽器垂直面上的布置形式，從三排管管束的空氣流程來看，沿空冷流向看空冷凝汽器的冷卻空氣在三排翅片管中的傳熱量和凝結(jié)的蒸汽量是逐級(jí)遞減的。而且第二排接觸的是第一排出口的熱風(fēng)迎風(fēng)面，第三排接觸的是第二排出口的熱風(fēng)，所以第一排管的蒸汽和空氣溫差較大，熱交換量最大，凝結(jié)的蒸汽量也多，管內(nèi)壓力損耗最大，蒸汽出口壓力最小，第二、三排管的出口蒸汽會(huì)流入第一排的出口側(cè)，使蒸汽中的微量惰性氣體積蓄在第一排管的下部區(qū)域，造成該區(qū)域不僅不能進(jìn)行熱交換，冬季環(huán)境溫度低于0℃時(shí)，第一排翅片管入口端的蒸汽凝結(jié)水流經(jīng)該管段將結(jié)成冰，流經(jīng)的凝結(jié)水隨時(shí)間的延續(xù)而不斷結(jié)冰，直至第一排翅片管完全結(jié)凍，嚴(yán)重時(shí)會(huì)凍壞翅片管。

機(jī)組低負(fù)荷時(shí)，進(jìn)入空冷凝汽器的蒸汽流量小，當(dāng)蒸汽進(jìn)入凝汽器冷卻管束后，在由上而下的流動(dòng)過程中，冷卻管束中的蒸汽與外界冷空氣進(jìn)行熱交換后不斷凝結(jié)。凝結(jié)水在自身重力的作用下，沿管壁向下流動(dòng)的過程中，其過冷度不斷增加，如果調(diào)整不當(dāng)在冷卻空氣量過剩的情況下，凝結(jié)水未達(dá)到管束下聯(lián)箱時(shí)就達(dá)到結(jié)冰點(diǎn)，就會(huì)產(chǎn)生凍結(jié)現(xiàn)象。

圖1 三排管空冷凝汽器垂直面布置圖

3 三排管空冷凝汽器防凍措施

設(shè)計(jì)和設(shè)備管理方面，從設(shè)計(jì)方面來講，相比單排管空冷凝汽器而言，在進(jìn)行空冷島選型時(shí)，在滿足夏季機(jī)組可以滿發(fā)的前提下，空冷凝汽器的冷卻面積選用相對(duì)較小，以此來降低空冷島冬季運(yùn)行帶來的防凍壓力，例如常規(guī)600MW機(jī)組的空冷島翅片管總面積約為160萬㎡，而三排管空冷凝汽器的同類型機(jī)組空冷島翅片管總面積可以做到120萬㎡。在空冷凝汽器冷卻面積確定后，合理地布置順、逆流凝汽器的面積比，保證絕大部分的蒸汽在順流凝汽器中凝結(jié)成水。而逆流式凝汽器僅僅凝結(jié)少量的蒸汽，以最大限度地回收蒸汽。與單排管相比增大了逆流凝汽器的面積，有效防止凝結(jié)水在空冷凝汽器下部出現(xiàn)過冷而凍結(jié)?？紤]到三排管空冷凝汽器運(yùn)行中各排翅片管內(nèi)易產(chǎn)生蒸汽流量不均衡現(xiàn)象，為增加凝汽器防凍性能，制造商還對(duì)翅片間距進(jìn)行調(diào)整，一般做成5/3/3，使各排管的蒸汽流量趨于平衡，使各排翅片管的冷卻能力相近，不易形成過冷區(qū)，提高了冬天防凍抗凍、抗凍變形及凍裂能力。

總結(jié)三排管直接空冷機(jī)組運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)直接空冷機(jī)組大多數(shù)是在機(jī)組啟動(dòng)過程中造成大面積空冷凝汽器翅片凍結(jié)的，由以上空冷凝汽器的凍結(jié)原理可知：機(jī)組啟動(dòng)時(shí)保證進(jìn)入空冷凝汽器的蒸汽流量大于空冷凝汽器的最小防凍蒸汽流量是關(guān)鍵。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)背壓的選擇是關(guān)鍵，在冬季若選擇高背壓啟動(dòng)，因?yàn)楸硥焊?，進(jìn)汽量就大，同時(shí)根據(jù)飽和水蒸汽壓力與飽和溫度關(guān)系可知，背壓高對(duì)應(yīng)的凝結(jié)水溫度高，理論上空冷島暖機(jī)效果好。而實(shí)際并不是這樣，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)維持高背壓，背壓高就意味著汽輪機(jī)的排汽進(jìn)入空冷島凝汽器的氣阻大，就造成汽輪機(jī)排汽和通過旁路過來的部分蒸汽由于氣阻大而無法進(jìn)入空冷島凝汽器進(jìn)行凝結(jié)，而進(jìn)入空冷凝汽器的小部分蒸汽小于空冷凝汽器的最小防凍蒸汽流量，從而造成了空冷凝汽器的凍結(jié)。根據(jù)我廠直接空冷機(jī)組冬季啟動(dòng)經(jīng)驗(yàn)來看，啟動(dòng)要盡量選擇較低的背壓啟動(dòng)（保持3臺(tái)真空泵運(yùn)行，背壓不超過10kPa），以減少蒸汽進(jìn)入空冷凝汽器的氣阻，使進(jìn)入空冷凝汽器的蒸汽流量滿足空冷防凍的最小蒸汽流量，這樣有助于空冷的防凍。另外，冬季空冷機(jī)組要選擇中壓缸啟動(dòng)方式，進(jìn)入空冷系統(tǒng)的蒸汽既有汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)后的乏汽，也有旁路蒸汽。鍋爐點(diǎn)火后利用對(duì)空排汽方式升溫升壓，參數(shù)滿足后，投入旁路系統(tǒng)，高、低旁同時(shí)開啟（高旁開度大于60%，低旁保持全開），通過調(diào)節(jié)旁路的開度，就可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)空冷系統(tǒng)的蒸汽流量，很容易滿足空冷系統(tǒng)的防凍流量。

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行人員要根據(jù)環(huán)境溫度變化，及時(shí)調(diào)整空冷風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)空冷凝汽器的進(jìn)風(fēng)量，逆流冷卻單元的風(fēng)機(jī)間斷反轉(zhuǎn)回暖。各列冷卻風(fēng)機(jī)之間的轉(zhuǎn)速盡量同頻控制、成組啟停，減少人為原因造成的各排凝汽器之間蒸汽流量分配不均勻的現(xiàn)象。一方面根據(jù)背壓變化情況增減風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，另一方面根據(jù)各列凝結(jié)水過冷度情況進(jìn)行控制，當(dāng)某列凝結(jié)水溫度低于排汽溫度5℃以上，此時(shí)的冷卻風(fēng)機(jī)出力已大于凝汽器所需冷卻風(fēng)量，應(yīng)降低該列風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

4 實(shí)際應(yīng)用效果

雖然較單排管空冷凝汽器相比，我廠機(jī)組由于其抗凍、防凍能力的先天不足，冬季運(yùn)行背壓不能維持到10kPa以下。但是，通過從設(shè)計(jì)、設(shè)備管理、運(yùn)行方面采取措施，我廠三排管空冷凝汽器在滿足冬季防凍的前提下，冬季機(jī)組運(yùn)行背壓可以控制在11kPa左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于SPX廠家建議的空冷島冬季安全運(yùn)行背壓22～25kPa的水平，在保證了機(jī)組安全性的同時(shí)，機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性也得到了保證

5 結(jié)語

實(shí)際運(yùn)行表明了本文提出防凍方法是有效的，非常實(shí)用，可為同類型機(jī)組三排管直接空冷凝汽器冬季防凍提供參考。三排管直接空冷凝汽器的冬季防凍經(jīng)驗(yàn)還有待完善，目前還無法避免極個(gè)別散熱管束表面溫度偏差較大的現(xiàn)象，遇到特殊的氣象條件（大風(fēng)降溫期間）仍然是目前最難以確保空冷島安全的課題。

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