冬季空冷机组空冷岛结霜的影响以及处理

张刚张健敏张建国

中国电建集团河南工程公司河南省450000

摘要：直接空冷系统，又称为空气冷却系统，它是一种以节水为目的的火电厂冷却技术，是一种以空气取代水为冷却介质的冷却方式，是指汽轮机的排汽直接进入空冷凝汽器用空气来冷凝，空气与蒸汽进行热交换，所需的冷却空气通常由机械通风方式供应，其冷凝水由凝结水泵排入汽轮机组的回热系统。采用空冷系统的汽轮发电机组简称空冷机组。众所周知，内蒙古以丰富的煤炭资源、广阔的土地资源，邻近北京及京、津、唐电网等诸多优势，被国家列为能源、电力生产基地。但是由于我区水资源相对匮乏，以及国家要求建设内蒙古绿色生态防线的要求，走可持续发展的道路，节约用水、提高水资源利用率已成为新世纪内蒙电力工业发展的重大课题。最近几年，国家审批的电场项目反复强调优先批准空冷机组，现在我区在建和准备建设的工程项目几乎全部为直接空冷机组，所以大力推广、应运空冷直接空冷技术迫在眉睫，也是大勢所趋。随着空冷机组的运用范围不断扩大以及大量投产，如何达到优质稳定、安全文明、节能、环保和高效率的生产将是我们未来需要不断探索的方向。近年来由于厄尔尼诺现象的影响北方大部分地区出现暖冬现象，这就导致了北方频出大雾天气，持续的大雾造成空冷岛大面积结霜，空冷岛结霜严重影响空冷岛的换热效果甚至导致空冷岛部分受热面结冻，而空冷岛受热面结霜可以导致机组真空大幅度下降，从而使机组煤耗增加。所以说空冷岛的冬季防冻是空冷系统可靠工作的关键，对于空冷岛结霜原因、危害和应对措施的分析探讨也就有了实际需要。

关键词：直接空冷机组；结露；经济运行

引言

在我国工业农业不断发展的大前提下，社会对电力的需求越来越大，使得我国的电力事业不断扩展壮大起来，并取得了不错的成就。然而发电站的建设和运行在很大程度上受制于环境和气候的影响，我国北方冬季干冷的气候条件给电站的建设和运行带来了一定的挑战和困难，对此，我们研究了相关的案例并进行了有效的调查，提出了满足空冷机组防冻要求下的最优运行方式，来最大程度的提高电厂的效益。

一、冬季空冷机组空冷岛结霜原因分析

霜是水汽（也就是气态的水）在温度很低时，一种凝华现象，跟雪很类似。严寒的冬天清晨，户外植物上通常会结霜，这是因为夜间植物散热的慢、地表的温度又特别低、水汽散发不快，还聚集在植物表面时就结冻了，因此形成霜。

1、空冷岛受热面结霜

冬季大雾天气由于地表的温度特别低，而空气中含有的水汽又很大，空冷岛空冷风机频率低水汽散发不快而聚集在空冷岛受热面附近，因此形成霜。空冷岛受热面结霜后会堵塞翅片间通道，增加空气流动阻力；增加换热器热阻，换热能力下降；蒸发温度下降，能效比降低；这些后果将直接影响机组真空，从而增加了机组美煤耗。翅片间通道堵塞、换热能力下降还会引起受热面内的汽水流通不畅导致空冷受热面结冻，对机组安全运行产生巨大危害。

2、风机入口护网结霜影响空气流入

在户外环境中不可避免会有很多异物，为了避免在空冷风机正常运行巻吸一些异物，一般情况下会在空冷风机气流入口处铺设一些格网。往往这些格网间隙较小，正是这些细小的格网上会在冬季大雾天气时产生霜，长时间的这样天气天气会使这些霜在细小的格网上结的很厚，从而将风机入口堵塞，气流无法进入，造成空冷岛大量气水聚集以及空冷换热面换热能力下降。

二、冬季空冷机组空冷岛结霜的处理

针对以上两点原因在结合某厂的实际运行经验特制定了以下两步走的实施方案

1、预防

为了充分提高空冷机组经济性，在保证空冷散热器抽气口温度低于15℃或各排散热器下联箱凝结水温度低于25℃的条件下，机组真空尽量调整至接近阻塞背压对应的真空值。

（1）机组正常运行时，调节风机转速，使各排散热器下联箱凝结水温度均高于25℃。当空冷散热器凝结水的任一温度降至25℃以下，应及时查找原因，温度继续降低至15℃以下时，应降低风机转速，降低真空直至凝结水温度上升至25℃以上。若30min内温度不上升，则增开一台真空泵运行，当空冷散热器凝结水温度上升至25℃以上时停运。

（2）机组正常运行期间，当抽气口温度低于10℃时，应降低相应排的两台逆流风机频率至20HZ，若抽气口温度继续下降至5℃时，应将两台逆流风机停运，若抽气口温度继续下降，应启动两台逆流风机反转，当抽气口温度恢复至15℃以上时，将两台反转的逆流风机停运。

逆流风机反转时，同排的两台风机尽量同时启停，逆流风机同时反转的排数不得超过两排，逆流风机的反转时间一般不超过30分钟，

同时应密切监视空冷散热器凝结水温度不低于15℃，否则应及时停止反转的逆流风机运行。

（3）空冷岛正常运行期间，尽量保持各风机的频率相同，低负荷时尽可能保持各排风机多投、低频运行，最低频率为20HZ。在各排散热器下联箱凝结水温度和抽气口温度均满足条件的情况下，应尽量提高机组真空运行。

（4）空冷岛运行期间，关闭空冷岛各排散热器端部小门及同一排中各冷却单元隔离门。

（5）冬季运行期间，每班就地实测各排散热器及凝结水联箱表面温度至少两次，当发现投运散热器最低温度低于0℃或当凝结水联箱外表面温度低于0℃时，应立即通知设备部汽机点检，同时应采取相应措施，如降低风机转速、按由外到内的顺序停运空冷风机、增加机组负荷和其他保温加热措施。

（6）每班就地实测各空冷凝结水回水管外表面温度（汽机房6.8M处）两次，发现温度较正常运行时偏大较大时，及时查找原因。

（7）冬季运行期间，加强对排汽装置的补水量及排汽装置水位的监视，发现排汽装置水位下降，补水量异常增大时，应分析空冷散热器以及凝结水管道是否冻结。

（8）入冬前对空冷岛受热面进行一次全面冲洗，保证空冷受热面表面洁净。

（9）及时关注天气情况，大雾来前将空冷风机入口格栅取走。

2、结露后处理

（1）在保证机组安全运行情况下停运空冷风机。（2）启动翻转风机使热气流流向低温区。（3）拆除空冷风机入口格栅。（4）向调度申请提高机组负荷，增加排气量。

三、冬季真空优化运行

夏天由于气温高，导致机组背压高和带负荷能力有限，而冬季气温较低煤耗低，是空冷机组经济运行的最好时间。为了尽可能的提高机组运行的经济性，我们应该使机组保持满负荷高效率运行，并在机组处接近最小允许背压的条件下进行。由于冬季温度低，而机组要在低背压下运转，所以很容易出现空冷系统结冰的现象，这一隐患处理不好的话极易导致空冷管束变形损坏，给机组的安全作业带来一定的隐患。我们立足于实践出发，分析了大量的实验数据，提出了下列空冷机组真空运行的优化方案，在防冻工作有效开展的同时保持机组的高真空运行。

1、根据大气压的变化及时调整机组的真空，参考负荷的情况，大致保持机组背压在7-8kpa的范围内运转。

2、冬季气温低，适合机组在高真空度的条件下经济的运行，因此在这样的条件下应该积极与该地的电网调配有效沟通，尽量保持冬季满负荷运行，并将机组的检修周期安排在温度比较高的夏季进行，这样的话能够有效的利用资源，避免浪费的同时还能最大程度上提高公司的效益。

3、在冬季机组负荷较低的条件下，可以停运部分列空冷风机，但要参满足空冷岛在该环境温度下的最小进汽量。在停运时，关闭进汽隔离阀开启停运单元的抽空气门，保持随时可以投入带负荷运转的状态（如果进汽阀门不严，更容易结冻）。在运行列风机频率升到一定值时，要迅速投运隔离的空冷单元。

4、在机组正常运转的过程中，要严密监控各种空冷参数，根据实验来看，为达到最佳的运转状态要保持温度在四十至四十一摄氏度之间，排汽温度与凝结水母管温差应小于3℃，各列凝结水温不低于37℃。若凝结水

母温度管与排汽温度温差过大，说明部分凝结水的温度过低，这时应该立即启动备用的真空泵，保证温差小于3℃后，停止备用真空泵的运行。

5、在机组运行时要最大程度上保证各列风机的转速一致和各列空冷单元热负荷均等。如果出现某列凝结水温或抽气温度定于标准值，说明热负荷不均匀，这个时候应该及时提高机组的背压，降低风机的风速，或者可以增加启动备用的真空泵，最终达到热负荷一致的结果，保证机组的正常运行。

6、由于北方冬季的风俗（风速）比较大，而直接空冷机组对风速和风向很敏感，所以不利风的环境会使得机组背压发生很大的变化，所以在机组运行的过程中需要时刻监控环境风速。一般情况下当风速过高时，机组的空冷单元很容易发生凝结水过冷和热负荷不均的现象，在这个时候工作人员要进行及时的处理，防止部分冷却单元出现不凝气体的区域，造成空冷管中流体凝固而冻结，使得机组运转出现故障。

7、冬季容易出现昼夜温差相差比较大的情况，这就需要对机组空冷岛加强检查，防止因为气温过低造成的机器故障，在温度过低时，应该及时关闭各个冷却单元之间的隔离门，防止冷风窜流，在运行过程中一旦发现空冷管束翅片温度低时要及时联系专业人员进行修复调整，防止事故的扩大。

8、冬季机械停车时，应该及时开启高低旁调整，配合启停空冷风机，保证空冷岛的最小进汽量，防止空冷管束冻结造成的安全隐患。

四、空冷机组的最佳真空

根据以前的经验可知空冷机组的空冷风机电耗约占机组发电量的千分之十五，而真空度的数值对机组运行的损耗有很大的影响。最佳最经济的运行方式是要达到机组功率和风机耗能的最佳匹配。机组真空的提高需要风机功率提高，而这增加了机组的能耗，真空的提高将会提高机组运行的功率降低了热耗。最佳运行模式就是要在机组功率和风机能耗之间寻找一个最优解，这个最优解即为因提高真空所增加的电量和所增加的空冷风机电耗之间的差的最大值所对应的真空值，在这个真空值下运行的机组，耗能最低，产能最大。为了是机组能够在最佳真空值的条件下顺利运转，需要及时根据负荷的大小，温度的高低，风机电耗的数值来确定不同的风机转速和机组背压。

五、空冷系统的维护

要实现空冷机组的正常运转，需要工作人员在操作时定期进行检查。首要要按时做真空严密性实验，加强真空系统的查漏，并利用停机检修机对空冷系统隔离进行风压检查，及时发现问题及时处理。其次要加强对空冷系统管束散热片的清洗和维护，北方地区冬天风大雾霾大，很容易造成空冷管束内部积灰，定期冲洗散热片，有利于提高空冷岛的工作效率，减少故障的发生。最后就是要对机组的疏水系统进行定期的查漏工作，防止因阀门和系统内漏带来的机组损失。

结束语

空冷系统的运行情况是直接空冷机组安全、稳定、经济运行的重要环节，也是直接空冷机组降低煤耗、提高机组效率一个重要途径。本文通过对某电厂机组在冬季中空冷岛发生的结露异常现象研究总结得出，因大雾天气导致空冷岛严重结霜时，机组真空明显偏低，此时机组需要采取正确的方法进行及时调整。希望能通过预防措施进行有效调整，确保空冷机组的稳定运行。空冷系统的稳定运行对于火电机组的安全稳定有着重要意义，此次研究可以创造一定的经济效益和社会效益，但是我们知道这仅仅是开始，我们还有很多不足，还有许多未知领域需要我们去学习探索，我们将会更加努力，在困难中摸索，在学习中进步，同时在今后的研究中不断突破，不断进步，为企业创造更大的经济效益。

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