火力发电厂ACC系统的防冻探讨

(内蒙古国电能源投资有限公司 锡林热电厂，内蒙古 锡林浩特 026000) 
摘 要：文章介绍了直接空冷系统的冷却过程、冻结机理 ，分析了直接空冷系统空冷凝汽器冻结的原因，并提出了防冻措施。
关键词：直接空冷系统；防冻；措施
中图分类号：TM621  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2010)02—0103—02 

目前得到应用的空冷系统分为直接空冷系统、表面式冷凝器间接空冷系统、混气式冷凝器间 接空冷机组。直接空冷系统以其初投资少、防冻性能好的特点，近几年，在我国300MW、600 MW空冷机组中已广泛应用。
1 直接空冷系统的冷却过程

锅炉产生的新蒸汽经过汽轮机做功后，将乏汽经排气管道送入空冷凝汽器进行凝结，其 凝结水汇集到排汽装置热井中，最后经水泵送入锅炉。直接空冷系统在整个冷却过程中存在 凝结水的过冷现象，如果该现象发生严重时，就有可能导致空冷凝汽器某些区域产生冻结现 象。
2 直接空冷系统的冻结机理

在机组处于空负荷或低负荷运行时，蒸汽流量很小，经试验发现，加上旁路系统的蒸汽 流量也不能达到空冷凝汽器全部投入时的设计流量。此时，即使将所有风机全部停运，由于 此时蒸汽流量很小，当蒸汽由空冷凝汽器进汽联箱进入冷却管束后，在由上而下的流动过程 中，冷却管束中的蒸汽与外界冷空气进行热交换后不断凝结。由于环境温度很低，远远低于 水的冰点温度，其凝结水在自身重力的作用下，沿管壁向下流动的过程中，其过冷度不断增 加，当到达冷却管束的下部（即冷却管束与凝结水联箱接口处）时达到结冰点，产生冻结现 象。在冷却过程中蒸汽不断凝结，并且不断在冷却管束的下部冻结，出现了北方地区进入冬 季的“井口”冻结现象，使冷却管束与凝结水联箱接口处被全部冻结，从而造成冷却管束内 的蒸汽发生滞流，最终使冷却管束冻坏。另外，即使空冷凝汽器内的蒸汽流量在其设计值之 内，如果调整不当，在冷却空气量过剩的情况下，同样也会出现上述冻结现象。

综上所述，空冷凝汽器冷却管束的冻结有两方面原因所致。①空冷凝汽器内的蒸汽 流量低于其设计值；②冷却空气量过剩。而且以上两方面原因出现的前提条件必须是环 境温度低于0℃。环境温度的高低是不以人的意志而改变的，所以，对空冷凝汽器的防 冻只能从“控制蒸汽流量与冷却介质——空气流量”来实现。
3 直接空冷系统空冷凝汽器冻结的原因

①在环境温度低于0℃时，空冷凝汽器内的蒸汽流量小于其设计值。②在环境温度低于0℃时，冷却介质空气流量过剩。③空冷凝汽器自动控制不当。④空冷凝汽器风机投停顺序不当，导致凝结水自然流动不畅，形成死区。⑤设计K/D结构不当，在严寒地区K/D值过大。⑥在逆流区管束上部及抽气口处由于剩余蒸汽量很小，容易形成过冷发生冻结。⑦机组真空严密性差（大于200Pa/min）。空气在管束内与蒸汽混合形成阻滞。
4 防冻措施
4.1 设计方面
4.1.1 翅片管。冷却元件发展的三个阶段中，圆管圆翅片作为电站空冷发展的起始阶段而得到应用。这三个 阶段是：①圆管圆翅片四排管；②矩形翅片椭圆管两排管;③单排管。从减小管内阻 力和防冻考虑，基管直径要大一些，冷却元件发展的趋势，表明了空冷系统防冻要从换热元 件做起。

在多排管的管束设计中，如两排管，其迎风面面积第一排和第二排的冷却热负荷是不一样的 ，第一排温升大于第二排的温升，导致第一排热负荷大于第二排的热负荷，第一排管内压力 降大于第二排的压力降，导致第二排蒸汽倒流至第一排管，产生死去和空气凝集现象，这对 空冷系统运行时非常不利和危险的，应予以避免。为了避免此问题，迎风面第一排管采用较 大的翅片间距，以使各管排之间的热负 荷趋于均匀。
在单排管设计中，单排管的管内截面积比两排管大30%，导致管内压降可以小一些 ，防冻性能好些。
4.1.2 “K/D”结构管束。在“K/D”结构管束中，大部分蒸汽在顺流管束中由上而下凝结，剩余蒸汽携带不凝气体进 入逆流式管束，在其中蒸汽由下而上，凝结水由上而下，防止凝结水的冻结。国内外的实践 证明，“K/D”管束结构对防止凝结水冻结是行之有效的。

进入逆流段的蒸汽经过顺流段后有一定的压力降低和温度降低，即传热温差有所降低而使冷 凝器效率下降。所以工程中对D与K面积比例的选用要进行分析研究。
4.1.3风机。空冷凝汽器运行和控制的3个任务：①保持最佳的凝汽器压力；②最小的风机电能消耗；③防冻保护。

为了达到上述3个任务，有两种基本手段：空气流量控制与蒸汽流量控制。

蒸汽流量控制需要大型蝶形切断阀等设备，安装、保护等要求较高，因此难于被采用。得到工程用的是“空气流量控制”。空冷凝汽器的控制和运行可归结为一句话，即“ 空气流量控制”。在夏季要采用大风量以提高冷却能力，在冬季，从防冻考虑，保持较低的 管间风速是非常重要的。

空气流量控制所采用的设计手段：设置挡风墙，采用双速风机，调频风机。
4.1.4 挡风墙。设置挡风墙，防止冬季外界自然风直接吹向散热器，引起两侧凝结水温度相差太大。低温条 件时，机组凝汽器平台产生热回流（风机反转），使平台上凝汽器进口气温高出环境气温， 避免冻结。
4.1.5 设置电动真空隔离阀。设置电动真空隔离阀，在冬季启动时采取关断某几列空气凝汽器，提高凝结水温度，防止凝 结水在空冷器下部出现过冷而冻结，具体设置隔离阀的个数，应根据汽机、锅炉启动曲线和 汽机旁路最小流量和冬季冷启动时环境温度确定。
4.1.6 计算汽轮机压力与环境的函数关系，以确定风机的合理运行方式。
4.2 运行方面
4.2.1 冬季启动初期，空冷防冻措施中规定：空冷开始进汽后，进汽量必须在一定时间内 达到其额定汽量的一个最低百分比（由汽轮机厂提供）。
4.2.2 冷态启动时，锅炉上水过程中，应投入空冷抽真空系统开始建立真空。关闭空冷岛 各 排散热器进汽蝶阀及凝结水回水阀，各蝶阀要求处于手动位置。机组启动时根据真空及凝结 水疏水管温度逐列投入空冷，已投入的列凝结水温度均大于35℃时方可投入下一列，并 投入启动列逆流风机、顺流风机。投完一列后再投下一列。
4.2.3 机组在停机过程中，将空冷退出自动调整，手动均匀降低各列风机转速，维持凝结 水 温度在35℃以上，无法维持时，结合当前真空情况依次解列各列空冷运行。如果各列温 度偏差大，先解列温度低的列。
4.2.4 在停机过程当中，先停顺流单元风机，后停逆流单元风机。
4.2.5 严格控制管束出口联箱凝结水的过冷度，一般不超过2～4℃。
4.2.6 预防逆流管束顶部空气出口处结冰，在严寒气候条件下，逆流风机可每运行一段时 间，停几分钟（运行中逐步积累经验）。
4.2.7 按照由变工况计算所的风机方式运行。
4.2.8 冬季机组因故甩负荷，立即将空冷切手动控制，停止所有空冷风机，将进汽蝶阀及 相 应的凝结水门关闭。适度开启旁路门，进行空冷岛防冻，注意进入排气装置的蒸汽不超温， 超压，排气安全门不动作。旁路开启后应注意锅炉侧参数，若机组能立即带负荷，要迅速接 带，按启动措施投入各列空冷运行。若机组要较长时间不能带负荷，要保证空冷的最小流量 。认真检查进汽蝶阀及凝结水门是否关严，发现不严或空冷结冰，无法提高进入空冷的蒸汽 流量时，要迅速打闸停机。将疏水倒至室外或排地沟。
4.2.9 进入严冬，停用空冷岛的周边风机，用布将风机口封住，避免冷风对流。空冷岛 正常 运行期间，尽量保持同排中各风机的频率相同，低负荷时尽可能保持各排风机多投、低频运 行。
5 结论

空冷系统的防冻问题首先应在设计初期，按照上述措施在工程实践中落实。在投产后，很据 运行经验逐步建立运行手册 ，严格按照手册运行，以利于机组安全顺利在冬季运行。
［参考文献］
［1］ 马义伟空冷器设计与应用［M］哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998.
［2］ 马义伟电站空冷若干专题的讨论(第二集)［M］哈尔滨：哈尔滨工业大学 出版，2004.
［3］ 火力发电厂直接空气冷却技术资料汇编［M］华北电力科学研究院有限责任 公司，2003.
［4］ 靳海军电厂冷却方式选取［J］电力勘测设计院，2009，(5).

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