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直接空冷系统冬季试运防冻探讨

时间:2016-03-03来源: 作者: 点击: 258次



王增建

(大唐西北电力试验研究所,西安 710065

摘要:本文结合了某发电厂两台135MW的直接空冷机组,并分析了其空冷装置冬季运行被冻结的原因:由于消缺,机组长时间在低负荷运行;投运风机列数多,热量分配不均;过高的风机转速(频率)使得冷却翅片过冷冻结。并提出了相应的防冻措施,有效地克服了直接空冷系统冬季运行的冻结问题,从而提高了空冷机组运行的安全经济。

关键词:空冷系统;冬季防冻;冷却风机;翅片双排管

一.引言

随着全球一次能源枯竭和节水的需要,空冷发电机组在富煤缺水的地区逐渐被普及[1],在缺水地区采用直接空冷的发电技术取代蒸发型湿冷方式已越来越重要,尤其是对于西部的坑口燃煤发电厂。发电厂目前的空冷系统主要分为三种,即直接空冷(直冷)、表面式凝汽器间接空冷(间冷)和复合式凝汽器间冷系统[2]

常规的湿冷机组与空冷机组的区别在于冷端系统[3],空冷机组的汽轮机排汽的冷却介质是空气,因此,空气参数的变化显著影响着空冷机组的运行特性。我国北部地区属于非常典型的大陆气候,冬季低温严寒,夏季高温炎热,冬季的最低汽温可达到零下45℃,因此机组很容易被冻。从已投产的空冷机组冬季运行情况来看,运行调节稍有不慎,极易产生结冰冻结,轻则被迫减负荷化冻,重则引起空冷管束冻裂,机组被迫停运处理,给安全和经济带来很大威胁。本文就运行中结冰冻结可能原因,结合某电厂试运中二次冻结情形,探讨其冬季空冷装置试运应采取的防冻措施。

二.135MW机组直接空冷系统介绍

采用德国GEA公司技术的两台135MW直接空冷发电机组。其空冷系统的设计外界条件为:平均气温8.5℃,外界大气压为910kPa,年最低气温-28.1℃,最高气温38.9℃。 冷却元件采用热浸镀锌翅片双排管,冷却面积为342608m2

1.直接空冷系统概述

直接空冷系统主要结构为:排汽管道,凝结水汇集管道及空冷凝汽器,抽真空装置;汽轮机排汽经过低压缸双排汽并入一个排汽口,在排汽口下方放置一排汽装置,排汽主管道经过汽机房A列。主管道竖直升到27m高后接到3DN2000mm支管,该支管上升到41.8m高后,与3列空冷凝汽器蒸汽分配联箱水平连接。每支分配联箱进口设置一个蒸汽隔离阀,可根据负荷的不同进行投入或隔离。

空冷凝汽器放置在散热器平台上。空冷系统3列凝汽器分为12个冷却单元布置,每 4组空冷凝汽器为一个单元。5块散热器管束组成一组空冷凝汽器,组成等边三角形的A型结构,每列空冷凝汽器两侧布置20块散热器管束。

每组空冷凝汽器下部布置有12台轴流变频调速冷却风机,空气经过散热器外表面将排汽凝结为水,经过三根凝结水汇集水管进入凝结水箱。每台轴流风机配一套变频调节装置,放置在凝汽器一旁。

2空冷装置调试及试运行情况

机组冬季试运适逢严冬,给空冷冲洗、投运带来很大不便,其间在冲洗中由于给水泵跳闸,引起冲洗中断,20分钟后给水泵恢复,发现冲洗排水量很小,检查凝结水回水管,用点温计测量温度已降至-13℃,曾试图加大冲洗水量化冻,但终因当夜气温太低未彻底化开,分析其冻结原因,主要是给水泵跳闸恢复期间未终止真空泵运行,系统真空导致凝结水冲洗水箱凝结水回流至冲洗排水管下部并积水,再加上当时夜间温度达到-25℃,致使凝结水冲洗排水管下部在给水泵跳闸恢复期间讯速冻结,后来采取破坏真空,将冲洗水箱水排空,重新予暖操作,凝结水回水管逐渐回暖化冻,恢复正常。

带负荷试运中也曾发现第二列空冷器翅片管组除逆流区外,大部分温度异常,分别为-3~-18℃,个别管束已发现冻结变形,告知现场GEA技术工代,经详细检查,认为部分管束已冻结。冻结的具体原因有;

1)        因为消缺,长时间在低负荷运行。

2)        投运风机列数多,热量分配不均。

3)        过高的风机转速(频率)使得冷却翅片过冷冻结。

后采取维持稳定负荷运行,关闭其冻结单元冷却风机,使其适当反转,第二列空冷器翅片管束逐渐回暖化冻,恢复正常。

三.冬季运行冻结的主要原因

  从国内外有关资料看,冬季试运易冻结的主要原因有:

1.死区效应的影响

空冷凝汽器由于经济原因,多采用二或三排管,理论上进入蒸汽分配箱的蒸汽应均匀流经所有冷却管束,但实际运行中由于设计、布置等存在死区效应,这使得一些不可凝气体聚集在前排管的下部,且很快被冷却至与入口空气相同的温度,在冰冻气候条件下,这将使凝结水结冰,导致结冻管束变形、破裂且大量漏汽,不能继续运行。

2.蒸汽流量低的影响

在机组启动阶段,如锅炉点火或启动初期(流量仅为额定流量的10%),蒸汽流量远低于连续运行时的最低蒸汽流量值。当环境温度在零下时,蒸汽会逐渐在冷却管束内壁上结冰。由于管束截面面积大,在短时间内不会形成较厚的冰层,因此不会在短时间内阻塞负荷增加时蒸汽的流通。通常允许在较低负荷下运行一小时,之后蒸汽流量应在短时间内增加到额定负荷蒸汽流量的30%以上,以此在冰层厚度达到危险值之前将其溶化。但试运中影响因素较多,有时因消缺等原因难免延长时间,若将此流量(约为10%)排放到三列12个冷却单元120块冷却翅片中,在冰冻气候条件下,极易讯速凝结,致使翅片冻结。

空冷系统实际运行中,由于设计布置等原因,蒸汽流量的不均匀性常达到5%,就该厂空冷系统而言, 三列12个冷却单元由于热力和流量不均匀,在各块冷却翅片中极易产生温差,若风机转速控制不合适或不同步,会导致温差加大,极易产生局部冻结。

3.汽轮机背压过低的影响

    环境温度大大低于设计温度时,若运行汽轮机背压过低,进入ACC的排汽量减少,难以保证进入ACC的最小热负菏,极易产生局部冻结。

4.抽真空系统工作不正常或操作不当

设备本身的问题可能导致抽真空系统工作不正常,如制造误差、设计不合理、磨损等,或工作介质不合格,如射汽抽汽器的驱动蒸汽压力不达标,水环泵的冷却水量过小或冷却水温过高。当此情形出现时,也会使冷却管中空气聚集,导致凝结水排放不畅结冻。

运行负荷未满足空冷设计最低负荷,再加上投运不当,如三列全投入,也会使冷却管束温差加大,导致凝结结冻。

四.冬季试运空冷管束冻结的防范措施

通过对空冷装置运行中管束冻结的原因分析,吸收国内外空冷机组防冻的成功经验,我们认为,采取以下防范措施,可有效防止冬季试运空冷管束冻结,保证机组安全运行:对设计选型而言,应采用经长期运行检验,具有良好防冻性能的换热元件,如最好选用单排管,合理组合布置顺、逆流管束;选用满足通流量、质量可靠的排汽阀门及抽真空设备,以提高设备运行可靠性;采用设计合理、可靠的控制、监测系统,以便对凝结水温,空气抽出点温度,逆流管束温度进行监控;对所有设备进行正确的安装和测试,确保系统洁净和严密,最大程度减小管束堵塞的发生;空冷系统供货商应明确提出各环境温度下对应不同负荷工况时运行控制步序及要求,以指导运行人员正确操作;强调尽量避免在低负荷下运行,若必须在低负荷下运行,应按照规定步序投入一列,解列另外二列,保证流过冷却翅片管束的蒸汽量,并且尽可能缩短在低负荷下运行时间;运行中风机控制操作尽可能投入自动,保护必须投入,并按规定步序投入逆流风机运行;运行中应维持设计背压值,并将凝结水过冷度限制在一定范围内(6℃以内);对于中低负荷下尽可能保持各列风机低频和同频运行,冬季试运风机的频率应控制在不超过20HZ,以避免对蒸汽的过冷却;对所有关键设备定期进行检查和预防性维护(如停机后对风机逐个测试;对蒸汽隔离伐进行开关确认,应确保严密和灵活;对监控测点进行校对检查,确保准确;确保程控和保护报井可靠)。

参考文献:

[1]      白建云. 直接空冷机组防冻控制策略研究[J]. 电站系统工程,2008,01:58-60+69.

[2]      邱丽霞,郝艳红,李润林等.直接空冷汽轮机及其热力系统[M].北京:中国电力出版社,2006.

[3]      李军.大型空冷机组直接空冷系统的冻结原因及防冻措施[J].热力发电,2008,37(5):58-60.

 

王增建,男,51岁,工程师,专科,从事热能与动力工作,联系电话:18515516905,邮箱:kwy1989@163.com,联系地址:陕西省西安市雁塔区唐延路37CLASS国际公馆B13层,邮编: 710065 

                            

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