新疆地處西北屬于大陸性干旱氣候，北疆平原年平均氣溫低于10℃。烏魯大齊冬季常年最冷時(shí)達(dá)-20、-30多度，歷史上曾出現(xiàn)過(guò)-41.5℃的極端最低氣溫，其中-25～-35℃可持續(xù)1-2月。由于新疆冬季漫長(zhǎng)，烏魯木齊的供暖期長(zhǎng)達(dá)半年之久。

　　摘　要：針對(duì)火電直接空冷供熱機(jī)組冬季運(yùn)行的問(wèn)題，從空冷機(jī)組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、技術(shù)措施、運(yùn)行操作方面，提出了相關(guān)的安全運(yùn)行措施。

　　關(guān)鍵詞：工程類中級(jí)職稱論文,直接空冷;空冷凝汽器;供熱;冬季防凍

　　所以，空冷供熱機(jī)組的防凍成了機(jī)組冬季保證市區(qū)居民供熱安全的重要環(huán)節(jié)。空冷凝汽器作為汽輪發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，它的作用就是把汽輪機(jī)排除的乏汽凝結(jié)成水，與真空抽氣裝置一起維持汽輪機(jī)排汽缸和排汽裝置內(nèi)部的真空。在直接空冷凝汽器中，汽輪機(jī)排出的蒸汽在裝有翅片管束的管道內(nèi)流動(dòng)，冷空氣在翅片管外表面換熱，對(duì)管內(nèi)的蒸汽進(jìn)行冷卻。凝結(jié)后的水經(jīng)過(guò)凝結(jié)水回水管路回至排汽裝置，再由凝結(jié)水泵送回汽輪機(jī)的凝結(jié)水系統(tǒng)，經(jīng)處理后再送至鍋爐。

　　一、直接空冷系統(tǒng)的構(gòu)成及特點(diǎn)

　　1.系統(tǒng)的構(gòu)成

　　以米東電廠兩臺(tái)直接空冷為例，空冷凝汽器布置在主汽機(jī)房A排外的空冷平臺(tái)上�？绽淦脚_(tái)邊距主汽機(jī)廠房A列的距離為17.5m，兩臺(tái)汽輪機(jī)排汽管中心線間距為75.0m，每臺(tái)機(jī)組設(shè)30個(gè)冷卻單元，沿A排方向布置6列空冷器，每列為5個(gè)冷卻單元，每個(gè)單元由10片管束組成。每臺(tái)機(jī)組空冷平臺(tái)面積為66.84m×54.35m，兩臺(tái)機(jī)組空冷平臺(tái)之間布置寬為8.16m的連接鋼板，風(fēng)機(jī)平臺(tái)高度35.00m。每列共有一個(gè)逆流單元和四個(gè)順流單元，單臺(tái)空冷凝汽器的總散熱面積為838625m2。

　　每個(gè)空冷凝汽器單元下部安裝一臺(tái)直徑約為∮9144m的軸流風(fēng)機(jī)，所有風(fēng)機(jī)均采用變頻調(diào)速電機(jī)，每臺(tái)電動(dòng)機(jī)功率110KW。風(fēng)機(jī)平臺(tái)高度35m，空冷管束冷卻元件采用單面覆鋁鋼基管、鋁翅片、單排管結(jié)構(gòu)。

　　汽輪機(jī)低壓缸排出的乏汽，從通過(guò)一根DN5500mm的水平排汽管從主汽機(jī)房引至A排軸線外1.0m后設(shè)大小頭變徑為DN6000mm的水平排汽管道，而后DN6000mm的排汽管道向上爬升至水平高度后，水平分為兩根DN6000mm干管，再?gòu)拿扛�干管分別引出三根DN2400mm支管至空冷凝汽器頂部的蒸汽分配管，向空冷凝汽器管束分配排汽，軸流風(fēng)機(jī)使空氣流過(guò)管束外表面帶走熱量，將排汽凝結(jié)成水，再由凝結(jié)水管匯集，排至主汽機(jī)廠房的汽輪機(jī)排汽裝置。

　　圖1 空冷凝汽器結(jié)構(gòu)示意圖

　　2.空冷凝汽器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　基于防凍的要求，直接空冷系統(tǒng)一般需設(shè)置順流凝汽器和逆流凝汽器。直接空冷系統(tǒng)中大部分蒸汽在順流凝汽器中被冷凝，剩余的小部分蒸汽再通過(guò)逆流凝汽器被冷凝。在逆流凝汽器中，由于蒸汽和凝結(jié)水的運(yùn)動(dòng)方向相反，凝結(jié)水不易凍結(jié)。在逆流凝汽器的頂部設(shè)有抽真空系統(tǒng)，可將系統(tǒng)內(nèi)的空氣和不凝結(jié)氣體抽出。空冷凝汽器的結(jié)構(gòu)有順流式、逆流式和順逆流聯(lián)合式3種。順流式：汽輪機(jī)排汽沿配汽管由上向下進(jìn)入空冷凝汽器被冷凝，冷凝后的凝結(jié)水的流動(dòng)方向與蒸汽流動(dòng)方向相同，稱之為順流式空冷凝汽器。順流空冷凝汽器具有凝結(jié)水液膜較薄、傳熱效果好、汽阻小等特點(diǎn)。但在低負(fù)荷和低氣溫條件下，凝結(jié)水箱內(nèi)可能出現(xiàn)凝結(jié)水過(guò)冷卻現(xiàn)象。過(guò)冷卻會(huì)使凝結(jié)水含氧量增多，引起翅片管的腐蝕，還有導(dǎo)致冰凍的危險(xiǎn)。逆流式：汽輪機(jī)排汽沿配汽管由下向上進(jìn)入空冷凝汽器被冷凝，冷凝后的凝結(jié)水流動(dòng)方向與蒸汽流動(dòng)方向相反，稱之為逆流式空冷凝汽器。逆流式空冷凝汽器雖然沒(méi)有凝結(jié)水過(guò)冷卻和冰凍現(xiàn)象，但散熱管管內(nèi)凝結(jié)水液膜較厚，汽阻大，故傳熱效果差。順逆流聯(lián)合式：在直接空冷系統(tǒng)中，既要提高傳熱效果，又要防止凝結(jié)水凍結(jié)，空冷凝汽器絕大多數(shù)采用順逆流聯(lián)合方式的結(jié)構(gòu)，即以順流為主，逆流為輔，且兩者間散熱面積維持一定比例。空冷凝汽器分主凝汽器和分凝汽器兩部分：主凝汽器多設(shè)計(jì)成汽水順流式，它是空冷凝汽器的主體;分凝汽器則設(shè)計(jì)成汽水逆流式，可形成空冷凝汽器的抽空氣區(qū)。米東電廠空冷機(jī)組為SPX冷卻技術(shù)公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，每一列的第三排風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)的是空冷的逆流段，每臺(tái)機(jī)組的30個(gè)冷卻單元，共設(shè)有300個(gè)管束，其中252個(gè)順流管束和48個(gè)逆流管束。順流面積：704445m2，逆流面積：134180m2 ， 順逆流段數(shù)比：4：1，工作原理如圖2所示。

　　圖2 空冷凝汽器工作原理

　　二、空冷凝汽器的凍結(jié)原因

　　在機(jī)組處于空負(fù)荷或低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，蒸汽流量很小，實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，即使加上旁路系統(tǒng)的蒸汽流量也不能達(dá)到空冷凝汽器全部投入時(shí)的設(shè)計(jì)流量。由于蒸汽流量很小，當(dāng)蒸汽由空冷凝汽器進(jìn)汽聯(lián)箱進(jìn)入冷卻管束后，在由上而下的流動(dòng)過(guò)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)。由于環(huán)境溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水的冰點(diǎn)溫度，其凝結(jié)水在自身重力的作用下沿管壁向下流動(dòng)的過(guò)程中，其過(guò)冷度不斷增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)冷卻管束的下部(冷卻管束與凝結(jié)水聯(lián)箱接口處)時(shí)達(dá)到結(jié)冰點(diǎn)即產(chǎn)生凍結(jié)現(xiàn)象。在冷卻過(guò)程中，蒸汽不斷凝結(jié)并在冷卻管束的下部?jī)鼋Y(jié)。即會(huì)出現(xiàn)北方地區(qū)冬季的“井口”凍結(jié)現(xiàn)象(冷卻管束與凝結(jié)水聯(lián)箱接口處被全部?jī)鼋Y(jié))，從而造成冷卻管束內(nèi)的蒸汽發(fā)生滯流，最終使冷卻管束凍壞。另外，即使空冷凝汽器內(nèi)的蒸汽流量在其設(shè)計(jì)值之內(nèi)，如果運(yùn)行調(diào)整不當(dāng)，在冷卻空氣量過(guò)剩的情況下，同樣也會(huì)出現(xiàn)上述凍結(jié)現(xiàn)象。一般來(lái)講，空冷凝汽器的凍結(jié)原因如下。

　　在環(huán)境溫度低于0℃時(shí)，空冷凝汽器內(nèi)的蒸汽流量小于其設(shè)計(jì)值。

　　在環(huán)境溫度低于0℃時(shí)，冷卻介質(zhì)空氣流量過(guò)剩。

　　空冷凝汽器自動(dòng)控制不當(dāng)。

　　空冷凝汽器風(fēng)機(jī)投、停順序不當(dāng)，導(dǎo)致凝結(jié)水自然流動(dòng)不暢，形成死區(qū)。

　　在嚴(yán)寒地區(qū)K/D結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)，K/D值過(guò)大。

　　在逆流區(qū)管束上部及抽氣口處由于剩余蒸汽量很小，容易形成過(guò)冷發(fā)生凍結(jié);

　　機(jī)組真空嚴(yán)密性差， 不凝結(jié)氣體在管束形成“氣塞”導(dǎo)致管束內(nèi)與蒸汽流動(dòng)不暢形成阻滯。

　　綜上所述，空冷凝汽器冷卻管柬的凍結(jié)主要由原因第1條和第2條所致。這2個(gè)原因發(fā)生的前提條件是環(huán)境溫度低于0℃。環(huán)境溫度的高低是不能以人的意志而改變的。所以，對(duì)空冷凝汽器的防凍只能從控制蒸汽流量與冷卻介質(zhì)(空氣)流量來(lái)實(shí)現(xiàn)。新機(jī)組投產(chǎn)初期，由于有些電廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)制約，致使空冷翅片大面積結(jié)凍，造成機(jī)組被迫停運(yùn)事故。米東電廠是新疆最早投入運(yùn)行的直接空冷機(jī)組，運(yùn)行三年來(lái)沒(méi)有發(fā)生空冷翅片結(jié)凍現(xiàn)象。

　　三、空冷凝汽器的防凍措施

　　1.入冬前的設(shè)備防凍措施

　　空冷設(shè)計(jì)要求環(huán)境溫度低于-3℃時(shí)，空冷機(jī)組運(yùn)行必須采取防凍措施。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在設(shè)備方面采取如下防凍措施。檢查擋風(fēng)墻是否完好，防止冷空氣從擋風(fēng)墻外串入。準(zhǔn)備足夠的帆布，如發(fā)生空冷翅片結(jié)凍，可將帆布覆蓋在翅片上來(lái)解凍。每列的進(jìn)汽蝶閥、凝結(jié)水閥、抽空氣閥加裝伴熱帶;確保伴熱功率足夠，并把伴熱自動(dòng)投入。運(yùn)行中將每列冷卻單元的分隔墻隔離門關(guān)閉，避免運(yùn)行單元的冷空氣串流至停運(yùn)冷卻單元。每月必須定期做真空嚴(yán)密性試驗(yàn)，要求真空下降小于130pa/min，如果超標(biāo)必須進(jìn)行真空查漏，因?yàn)楫?dāng)真空嚴(yán)密性很差的時(shí)候，空冷很容易結(jié)凍，并且機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性較差。環(huán)境溫度大于-10℃空冷采用自動(dòng)控制方式下運(yùn)行，環(huán)境溫度在-15～35℃采用手動(dòng)方式。冬季啟動(dòng)必須采用高、中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)方式(帶旁路)。

　　2.冬季機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)的防凍措施

　　冬季機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)鍋爐點(diǎn)火前，應(yīng)檢查汽機(jī)高、低旁在關(guān)閉狀態(tài)，主、再熱蒸汽管道疏水至疏水?dāng)U容器疏水門關(guān)閉。輔汽等進(jìn)入排汽裝置的疏水全部關(guān)閉，開(kāi)啟疏水至無(wú)壓放水系統(tǒng)。防止啟動(dòng)暖管的少量氣體進(jìn)入空冷凝汽器。 鍋爐點(diǎn)火，汽機(jī)抽真空，以防止誤操作后大量疏水進(jìn)入排汽裝置，導(dǎo)致真空系統(tǒng)變?yōu)檎�值，�?dǎo)致空冷防爆門、及低壓缸大氣安全門動(dòng)作。空冷程控保持在自動(dòng)投入模式。鍋爐通過(guò)過(guò)熱器疏水和集汽聯(lián)箱排大氣的方式進(jìn)行升溫升壓。當(dāng)爐側(cè)主汽壓力達(dá)到1.52MPa,溫度在200℃左右時(shí)，開(kāi)啟主、再熱蒸汽管道輸水及高、低旁，適當(dāng)進(jìn)行暖管后，盡量開(kāi)大低旁開(kāi)度可到100%，高旁保持開(kāi)度在40%～50%。保障進(jìn)入空冷散熱器中有更多的蒸汽，并擬據(jù)主汽壓力進(jìn)行調(diào)整、減緩結(jié)凍的可能性。在空冷系統(tǒng)進(jìn)汽前應(yīng)檢查各系統(tǒng)投人正常，盡可能的加快啟動(dòng)速度，盡量縮短小流量蒸汽進(jìn)入空冷系統(tǒng)的時(shí)間。合理調(diào)整燃燒，盡快達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)參數(shù).減少空冷島內(nèi)小流量蒸汽的進(jìn)汽時(shí)間。在機(jī)組并網(wǎng)后，及時(shí)安棑鍋爐加強(qiáng)燃燒，加快帶負(fù)荷的速度.使蒸汽流量能盡快達(dá)到最小流量以上.其主要意圖是加大蒸汽流量，使得整個(gè)翅片管朿的流程中都能存在汽水混合物，減小結(jié)凍的可能性。并網(wǎng)后，隨著負(fù)荷增加，空冷按照邏輯，逐漸投入各列運(yùn)行。在50MW～100MW期間可以緩慢升負(fù)荷.同時(shí)加強(qiáng)對(duì)排汽裝置的水位控制。

　　3.冬季機(jī)組跳閘及熱態(tài)啟動(dòng)防凍措施

　　在機(jī)組跳閘時(shí)，進(jìn)人空冷系統(tǒng)的蒸汽驟然減小，此時(shí)進(jìn)人空冷島的蒸汽為排汽裝置內(nèi)積存的高溫水的汽化、部分管道內(nèi)的積水、積汽以及汽封漏汽.蒸汽量不會(huì)太大，此時(shí)最容易導(dǎo)致空冷管束凍結(jié)。所以在這個(gè)時(shí)候主、再熱蒸汽系統(tǒng)的疏水不得開(kāi)啟，其原因是：開(kāi)啟后，蒸汽的流量相對(duì)會(huì)大些。此時(shí)發(fā)生結(jié)凍的可能性會(huì)更大，而且開(kāi)啟疏水主再熱蒸汽的溫度會(huì)下降得更快，不利于機(jī)組的恢復(fù)。鍋爐停爐，及時(shí)關(guān)閉減溫水，機(jī)組盡快減負(fù)荷到零。汽機(jī)跳閘，鍋爐維持溫度、壓力穩(wěn)定，汽機(jī)檢査具備啟動(dòng)條件則重新啟動(dòng)。主汽門前汽溫高于汽機(jī)上缸內(nèi)壁金屬溫度時(shí)，高、低壓旁路可不開(kāi)啟，直接進(jìn)行沖車;若汽溫低于允許參數(shù)，拉升汽溫時(shí).高旁開(kāi)度要在60%左右、低旁保持全開(kāi)。汽機(jī)掛閘沖轉(zhuǎn)前.開(kāi)啟主、再熱蒸汽管道疏水。待疏水放盡后再開(kāi)始汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)。盡量加快機(jī)組啟動(dòng)和帶負(fù)荷速度，使空冷系統(tǒng)大流量進(jìn)汽，降低結(jié)凍可能性。機(jī)組跳閘后，檢査背壓變化情況和風(fēng)機(jī)及每列散熱器停運(yùn)的情況.檢査停運(yùn)列的進(jìn)汽隔離閥關(guān)閉嚴(yán)密，防止因進(jìn)汽量小而使散熱器結(jié)凍，背壓維持在18～25KPa,太低時(shí)可停止真空泵運(yùn)行，背壓高于30KPa 時(shí)啟動(dòng)備用真空泵。

　　4.冬季機(jī)組停機(jī)時(shí)的防凍措施

　　機(jī)組滑停，隨著空冷島進(jìn)汽量的減少，維持背壓在15KPa～20KPa運(yùn)行，檢査程控運(yùn)行情況，并用紅外線測(cè)溫儀檢測(cè)進(jìn)汽隔離門后溫度.停機(jī)后除特殊原因盡量不破壞真空.使停機(jī)后系統(tǒng)內(nèi)的存水,存汽能及時(shí)返回到熱井，排汽缸不出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，一般在停機(jī)24小時(shí)后破壞真空。機(jī)組打閘后，關(guān)閉所有進(jìn)排汽裝置的疏水，檢查高、低旁及主汽門關(guān)閉的嚴(yán)密性。機(jī)組停運(yùn)后，要定期啟動(dòng)真空泵運(yùn)行，防止真空泵人口結(jié)冰而影響啟動(dòng)或凍壞設(shè)備。

　　5.機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)的防凍措施

　　當(dāng)環(huán)境溫度大于-10℃時(shí)空冷采用自動(dòng)方式運(yùn)行。當(dāng)環(huán)境溫度低于-10℃時(shí)空冷采用手動(dòng)方式運(yùn)行，原則是風(fēng)機(jī)低頻運(yùn)行，頻率不允許超過(guò)最低頻率15HZ，絕對(duì)禁止風(fēng)機(jī)高頻運(yùn)行，否則空冷翅片極易結(jié)凍。在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中隨著負(fù)荷的增加，機(jī)組背壓始終維持在阻塞背壓與額定背壓之間，讓空冷所有列都進(jìn)汽。正常運(yùn)行時(shí)每列運(yùn)行1～2臺(tái)風(fēng)機(jī)，運(yùn)行半小時(shí)啟動(dòng)該列其他風(fēng)機(jī)，將運(yùn)行風(fēng)機(jī)停運(yùn)，以防止每列長(zhǎng)期運(yùn)行固定風(fēng)機(jī)，導(dǎo)致該空冷單元的蒸汽管束過(guò)冷結(jié)冰。

　　6.空冷防凍重點(diǎn)檢查部位

　　各投運(yùn)列順流管束翅片下部、逆流管束上部。各未投運(yùn)列進(jìn)汽閥、凝結(jié)水閥、抽空氣閥等閥門前后溫度。每個(gè)冷卻單元相鄰的蒸汽散熱管束。正常運(yùn)行時(shí)，在監(jiān)盤的同時(shí)加大巡檢力度。運(yùn)行人員應(yīng)每?jī)尚�時(shí)在就地利用紅外線測(cè)溫儀，對(duì)空冷翅片重點(diǎn)防凍部位進(jìn)行一次測(cè)溫。

　　7.運(yùn)行過(guò)程中各參數(shù)控制

　　背壓設(shè)定8KPa～10 KPa。空冷風(fēng)機(jī)運(yùn)行，各運(yùn)行風(fēng)機(jī)盡量控制在同一頻率：保持低頻運(yùn)行，頻率在15HZ。風(fēng)機(jī)輪流啟動(dòng)。機(jī)組運(yùn)行時(shí)，排汽溫度與凝結(jié)水回水溫度之差(過(guò)冷度)不大于3～4℃，否則要調(diào)整排汽背壓降低過(guò)冷度�？諝獬槌龉艿臏囟扰c凝結(jié)水溫度的溫差控制在10～15℃以內(nèi)。當(dāng)抽空氣溫度小于0℃時(shí)，將該列順流風(fēng)機(jī)停運(yùn)，逆流風(fēng)機(jī)倒轉(zhuǎn)，使抽空氣溫度高于15℃。

　　四、空冷凝汽器管束發(fā)生結(jié)凍的處理

　　運(yùn)行人員檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)翅片表面溫度低于0℃時(shí)，及時(shí)將該翅片對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)停運(yùn)。如果是逆流風(fēng)機(jī)將該風(fēng)機(jī)倒轉(zhuǎn)，使抽空氣溫度達(dá)到15℃以上再啟動(dòng)該風(fēng)機(jī)。

　　如果發(fā)現(xiàn)某列風(fēng)機(jī)翅片結(jié)凍嚴(yán)重，并且發(fā)生嚴(yán)重變形，則及時(shí)將結(jié)凍翅片對(duì)應(yīng)風(fēng)機(jī)及相鄰兩邊風(fēng)機(jī)停運(yùn)，將帆布覆蓋在結(jié)凍翅片和相鄰翅片上，通過(guò)熱氣將結(jié)凍翅片解凍。

　　如果空冷翅片發(fā)生大面積結(jié)凍并變形，則立即將變形翅片所對(duì)應(yīng)的順流區(qū)域風(fēng)機(jī)停運(yùn)，對(duì)應(yīng)列的逆流風(fēng)機(jī)進(jìn)行倒轉(zhuǎn)，同時(shí)降低機(jī)組負(fù)荷，使能夠運(yùn)行的風(fēng)機(jī)頻率降至最低頻率，維持較高背壓，然后將變形翅片上覆蓋帆布，停運(yùn)的風(fēng)機(jī)風(fēng)筒入口也覆蓋帆布，阻止冷空氣流動(dòng)，利用相鄰散熱管束的熱量將凍結(jié)的管束化開(kāi)。

　　五、結(jié)語(yǔ)

　　隨著直接空冷機(jī)組在新疆大力發(fā)展，空冷安全運(yùn)行也將直接影響著電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，所以，我們各電廠人員必須掌握空冷機(jī)組的結(jié)構(gòu)、原理、控制邏輯及防凍措施，才可以確保機(jī)組、電網(wǎng)的安全運(yùn)行。