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達-20、-30多度，歷史上曾出現過-41.5℃的極端最低氣溫，其中-25～-35℃可持續1-2月。由于新疆冬季漫長，烏魯木齊的供暖期長達半年之久。

　　摘　要：針對火電直接空冷供熱機組冬季運行的問題，從空冷機組的結構設計、技術措施、運行操作方面，提出了相關的安全運行措施。

　　關鍵詞：工程類中級職稱論文,直接空冷;空冷凝汽器;供熱;冬季防凍

　　所以，空冷供熱機組的防凍成了機組冬季保證市區居民供熱安全的重要環節。空冷凝汽器作為汽輪發電機組的重要組成部分，它的作用就是把汽輪機排除的乏汽凝結成水，與真空抽氣裝置一起維持汽輪機排汽缸和排汽裝置內部的真空。在直接空冷凝汽器中，汽輪機排出的蒸汽在裝有翅片管束的管道內流動，冷空氣在翅片管外表面換熱，對管內的蒸汽進行冷卻。凝結后的水經過凝結水回水管路回至排汽裝置，再由凝結水泵送回汽輪機的凝結水系統，經處理后再送至鍋爐。

　　一、直接空冷系統的構成及特點

　　1.系統的構成

　　以米東電廠兩臺直接空冷為例，空冷凝汽器布置在主汽機房A排外的空冷平臺上。空冷平臺邊距主汽機廠房A列的距離為17.5m，兩臺汽輪機排汽管中心線間距為75.0m，每臺機組設30個冷卻單元，沿A排方向布置6列空冷器，每列為5個冷卻單元，每個單元由10片管束組成。每臺機組空冷平臺面積為66.84m×54.35m，兩臺機組空冷平臺之間布置寬為8.16m的連接鋼板，風機平臺高度35.00m。每列共有一個逆流單元和四個順流單元，單臺空冷凝汽器的總散熱面積為838625m2。

　　每個空冷凝汽器單元下部安裝一臺直徑約為∮9144m的軸流風機，所有風機均采用變頻調速電機，每臺電動機功率110KW。風機平臺高度35m，空冷管束冷卻元件采用單面覆鋁鋼基管、鋁翅片、單排管結構。

　　汽輪機低壓缸排出的乏汽，從通過一根DN5500mm的水平排汽管從主汽機房引至A排軸線外1.0m后設大小頭變徑為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，再從每根干管分別引出三根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，軸流風機使空氣流過管束外表面帶走熱量，將排汽凝結成水，再由凝結水管匯集，排至主汽機廠房的汽輪機排汽裝置。

　　圖1 空冷凝汽器結構示意圖

　　2.空冷凝汽器的結構特點

　　基于防凍的要求，直接空冷系統一般需設置順流凝汽器和逆流凝汽器。直接空冷系統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逆流凝汽器被冷凝。在逆流凝汽器中，由于蒸汽和凝結水的運動方向相反，凝結水不易凍結。在逆流凝汽器的頂部設有抽真空系統，可將系統內的空氣和不凝結氣體抽出。空冷凝汽器的結構有順流式、逆流式和順逆流聯合式3種。順流式：汽輪機排汽沿配汽管由上向下進入空冷凝汽器被冷凝，冷凝后的凝結水的流動方向與蒸汽流動方向相同，稱之為順流式空冷凝汽器。順流空冷凝汽器具有凝結水液膜較薄、傳熱效果好、汽阻小等特點。但在低負荷和低氣溫條件下，凝結水箱內可能出現凝結水過冷卻現象。過冷卻會使凝結水含氧量增多，引起翅片管的腐蝕，還有導致冰凍的危險。逆流式：汽輪機排汽沿配汽管由下向上進入空冷凝汽器被冷凝，冷凝后的凝結水流動方向與蒸汽流動方向相反，稱之為逆流式空冷凝汽器。逆流式空冷凝汽器雖然沒有凝結水過冷卻和冰凍現象，但散熱管管內凝結水液膜較厚，汽阻大，故傳熱效果差。順逆流聯合式：在直接空冷系統中，既要提高傳熱效果，又要防止凝結水凍結，空冷凝汽器絕大多數采用順逆流聯合方式的結構，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：主凝汽器多設計成汽水順流式，它是空冷凝汽器的主體;分凝汽器則設計成汽水逆流式，可形成空冷凝汽器的抽空氣區。米東電廠空冷機組為SPX冷卻技術公司設計生產的，每一列的第三排風機對應的是空冷的逆流段，每臺機組的30個冷卻單元，共設有300個管束，其中252個順流管束和48個逆流管束。順流面積：704445m2，逆流面積：134180m2 ， 順逆流段數比：4：1，工作原理如圖2所示。

　　圖2 空冷凝汽器工作原理

　　二、空冷凝汽器的凍結原因

　　在機組處于空負荷或低負荷運行時，蒸汽流量很小，實際運行中發現，即使加上旁路系統的蒸汽流量也不能達到空冷凝汽器全部投入時的設計流量。由于蒸汽流量很小，當蒸汽由空冷凝汽器進汽聯箱進入冷卻管束后，在由上而下的流動過程中，冷卻管束中的蒸汽與外界冷空氣進行熱交換后不斷凝結。由于環境溫度遠遠低于水的冰點溫度，其凝結水在自身重力的作用下沿管壁向下流動的過程中，其過冷度不斷增加，當到達冷卻管束的下部(冷卻管束與凝結水聯箱接口處)時達到結冰點即產生凍結現象。在冷卻過程中，蒸汽不斷凝結并在冷卻管束的下部凍結。即會出現北方地區冬季的“井口”凍結現象(冷卻管束與凝結水聯箱接口處被全部凍結)，從而造成冷卻管束內的蒸汽發生滯流，最終使冷卻管束凍壞。另外，即使空冷凝汽器內的蒸汽流量在其設計值之內，如果運行調整不當，在冷卻空氣量過剩的情況下，同樣也會出現上述凍結現象。一般來講，空冷凝汽器的凍結原因如下。

　　在環境溫度低于0℃時，空冷凝汽器內的蒸汽流量小于其設計值。

　　在環境溫度低于0℃時，冷卻介質空氣流量過剩。

　　空冷凝汽器自動控制不當。

　　空冷凝汽器風機投、停順序不當，導致凝結水自然流動不暢，形成死區。

　　在嚴寒地區K/D結構設計不當，K/D值過大。

　　在逆流區管束上部及抽氣口處由于剩余蒸汽量很小，容易形成過冷發生凍結;

　　機組真空嚴密性差， 不凝結氣體在管束形成“氣塞”導致管束內與蒸汽流動不暢形成阻滯。

　　綜上所述，空冷凝汽器冷卻管柬的凍結主要由原因第1條和第2條所致。這2個原因發生的前提條件是環境溫度低于0℃。環境溫度的高低是不能以人的意志而改變的。所以，對空冷凝汽器的防凍只能從控制蒸汽流量與冷卻介質(空氣)流量來實現。新機組投產初期，由于有些電廠運行經驗制約，致使空冷翅片大面積結凍，造成機組被迫停運事故。米東電廠是新疆最早投入運行的直接空冷機組，運行三年來沒有發生空冷翅片結凍現象。

　　三、空冷凝汽器的防凍措施

　　1.入冬前的設備防凍措施

　　空冷設計要求環境溫度低于-3℃時，空冷機組運行必須采取防凍措施。根據現場實際情況，在設備方面采取如下防凍措施。檢查擋風墻是否完好，防止冷空氣從擋風墻外串入。準備足夠的帆布，如發生空冷翅片結凍，可將帆布覆蓋在翅片上來解凍。每列的進汽蝶閥、凝結水閥、抽空氣閥加裝伴熱帶;確保伴熱功率足夠，并把伴熱自動投入。運行中將每列冷卻單元的分隔墻隔離門關閉，避免運行單元的冷空氣串流至停運冷卻單元。每月必須定期做真空嚴密性試驗，要求真空下降小于130pa/min，如果超標必須進行真空查漏，因為當真空嚴密性很差的時候，空冷很容易結凍，并且機組運行經濟性較差。環境溫度大于-10℃空冷采用自動控制方式下運行，環境溫度在-15～35℃采用手動方式。冬季啟動必須采用高、中壓缸聯合啟動方式(帶旁路)。

　　2.冬季機組冷態啟動時的防凍措施

　　冬季機組冷態啟動鍋爐點火前，應檢查汽機高、低旁在關閉狀態，主、再熱蒸汽管道疏水至疏水擴容器疏水門關閉。輔汽等進入排汽裝置的疏水全部關閉，開啟疏水至無壓放水系統。防止啟動暖管的少量氣體進入空冷凝汽器。 鍋爐點火，汽機抽真空，以防止誤操作后大量疏水進入排汽裝置，導致真空系統變為正值，導致空冷防爆門、及低壓缸大氣安全門動作。空冷程控保持在自動投入模式。鍋爐通過過熱器疏水和集汽聯箱排大氣的方式進行升溫升壓。當爐側主汽壓力達到1.52MPa,溫度在200℃左右時，開啟主、再熱蒸汽管道輸水及高、低旁，適當進行暖管后，盡量開大低旁開度可到100%，高旁保持開度在40%～50%。保障進入空冷散熱器中有更多的蒸汽，并擬據主汽壓力進行調整、減緩結凍的可能性。在空冷系統進汽前應檢查各系統投人正常，盡可能的加快啟動速度，盡量縮短小流量蒸汽進入空冷系統的時間。合理調整燃燒，盡快達到沖轉參數.減少空冷島內小流量蒸汽的進汽時間。在機組并網后，及時安棑鍋爐加強燃燒，加快帶負荷的速度.使蒸汽流量能盡快達到最小流量以上.其主要意圖是加大蒸汽流量，使得整個翅片管朿的流程中都能存在汽水混合物，減小結凍的可能性。并網后，隨著負荷增加，空冷按照邏輯，逐漸投入各列運行。在50MW～100MW期間可以緩慢升負荷.同時加強對排汽裝置的水位控制。

　　3.冬季機組跳閘及熱態啟動防凍措施

　　在機組跳閘時，進人空冷系統的蒸汽驟然減小，此時進人空冷島的蒸汽為排汽裝置內積存的高溫水的汽化、部分管道內的積水、積汽以及汽封漏汽.蒸汽量不會太大，此時最容易導致空冷管束凍結。所以在這個時候主、再熱蒸汽系統的疏水不得開啟，其原因是：開啟后，蒸汽的流量相對會大些。此時發生結凍的可能性會更大，而且開啟疏水主再熱蒸汽的溫度會下降得更快，不利于機組的恢復。鍋爐停爐，及時關閉減溫水，機組盡快減負荷到零。汽機跳閘，鍋爐維持溫度、壓力穩定，汽機檢査具備啟動條件則重新啟動。主汽門前汽溫高于汽機上缸內壁金屬溫度時，高、低壓旁路可不開啟，直接進行沖車;若汽溫低于允許參數，拉升汽溫時.高旁開度要在60%左右、低旁保持全開。汽機掛閘沖轉前.開啟主、再熱蒸汽管道疏水。待疏水放盡后再開始汽輪機沖轉。盡量加快機組啟動和帶負荷速度，使空冷系統大流量進汽，降低結凍可能性。機組跳閘后，檢査背壓變化情況和風機及每列散熱器停運的情況.檢査停運列的進汽隔離閥關閉嚴密，防止因進汽量小而使散熱器結凍，背壓維持在18～25KPa,太低時可停止真空泵運行，背壓高于30KPa 時啟動備用真空泵。

　　4.冬季機組停機時的防凍措施

　　機組滑停，隨著空冷島進汽量的減少，維持背壓在15KPa～20KPa運行，檢査程控運行情況，并用紅外線測溫儀檢測進汽隔離門后溫度.停機后除特殊原因盡量不破壞真空.使停機后系統內的存水,存汽能及時返回到熱井，排汽缸不出現超溫現象，一般在停機24小時后破壞真空。機組打閘后，關閉所有進排汽裝置的疏水，檢查高、低旁及主汽門關閉的嚴密性。機組停運后，要定期啟動真空泵運行，防止真空泵人口結冰而影響啟動或凍壞設備。

　　5.機組正常運行時的防凍措施

　　當環境溫度大于-10℃時空冷采用自動方式運行。當環境溫度低于-10℃時空冷采用手動方式運行，原則是風機低頻運行，頻率不允許超過最低頻率15HZ，絕對禁止風機高頻運行，否則空冷翅片極易結凍。在機組運行過程中隨著負荷的增加，機組背壓始終維持在阻塞背壓與額定背壓之間，讓空冷所有列都進汽。正常運行時每列運行1～2臺風機，運行半小時啟動該列其他風機，將運行風機停運，以防止每列長期運行固定風機，導致該空冷單元的蒸汽管束過冷結冰。

　　6.空冷防凍重點檢查部位

　　各投運列順流管束翅片下部、逆流管束上部。各未投運列進汽閥、凝結水閥、抽空氣閥等閥門前后溫度。每個冷卻單元相鄰的蒸汽散熱管束。正常運行時，在監盤的同時加大巡檢力度。運行人員應每兩小時在就地利用紅外線測溫儀，對空冷翅片重點防凍部位進行一次測溫。

　　7.運行過程中各參數控制

　　背壓設定8KPa～10 KPa。空冷風機運行，各運行風機盡量控制在同一頻率：保持低頻運行，頻率在15HZ。風機輪流啟動。機組運行時，排汽溫度與凝結水回水溫度之差(過冷度)不大于3～4℃，否則要調整排汽背壓降低過冷度。空氣抽出管的溫度與凝結水溫度的溫差控制在10～15℃以內。當抽空氣溫度小于0℃時，將該列順流風機停運，逆流風機倒轉，使抽空氣溫度高于15℃。

　　四、空冷凝汽器管束發生結凍的處理

　　運行人員檢查時發現翅片表面溫度低于0℃時，及時將該翅片對應的風機停運。如果是逆流風機將該風機倒轉，使抽空氣溫度達到15℃以上再啟動該風機。

　　如果發現某列風機翅片結凍嚴重，并且發生嚴重變形，則及時將結凍翅片對應風機及相鄰兩邊風機停運，將帆布覆蓋在結凍翅片和相鄰翅片上，通過熱氣將結凍翅片解凍。

　　如果空冷翅片發生大面積結凍并變形，則立即將變形翅片所對應的順流區域風機停運，對應列的逆流風機進行倒轉，同時降低機組負荷，使能夠運行的風機頻率降至最低頻率，維持較高背壓，然后將變形翅片上覆蓋帆布，停運的風機風筒入口也覆蓋帆布，阻止冷空氣流動，利用相鄰散熱管束的熱量將凍結的管束化開。

　　五、結語

　　隨著直接空冷機組在新疆大力發展，空冷安全運行也將直接影響著電網的安全穩定運行，所以，我們各電廠人員必須掌握空冷機組的結構、原理、控制邏輯及防凍措施，才可以確保機組、電網的安全運行。