直接空冷技术的运用及安全运行的措施探讨
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摘要：本文基于多年的工作经验对火力发电的直接空冷技术的相关知识进行了探究，首先介绍直接空冷系统的工作原理和组成，然后对各部分的特点进行了简单的介绍，最后对直接空冷系统安全运行的措施作了探讨。
关键词：直接空冷技术特点安全运行
中图分类号： TK511 文献标识码： A 文章编号：
常规火力发电厂的循环冷却水系统中，由于水在湿冷塔中直接与空气接触后蒸发冷却，所以有冷却水的蒸发、风吹损失；为维持系统水质稳定，还要排出少部分浓缩后的水，为使系统正常运行，须补充这3部分损失的新鲜水量，其量约占循环水量的2% ~3%左右。大型电站采用空冷技术要比传统的水冷技术节水3/4以上。
一、直接空冷系统的工作原理和组成
1、工作原理
直接空冷系统中不用水作为中介冷却介质，汽轮机排汽被引到空冷凝汽器中由空气直接冷却。其工作原理和系统流程如图1所示：
图1 直接空冷系统工作流程图
汽轮机排汽经大口径排汽管引出，分为数路到空冷凝汽器配汽管，然后在换热管中与空气换热凝结成水。部分配汽管上入口处装有蝶阀，可根据运行情况开关。角架换热面下方的轴流风机使空气流动速度加快，加强换热，节约了受热面投资。
为防止冬季受热面结冻，直接空冷系统一般都设有逆流凝结段，如图2所示：在逆流段，蒸汽自下而上流动，凝结后的水自上而下流动，这样凝结后的水还会吸收部分蒸汽的热量，防止因过冷而结冻。
图2 直接空冷系统抽空气流程图
2、系统组成
空冷系统包括自汽轮机低压缸排汽口至凝结水泵入口范围内的设备和管道，主要由以下几部分组成：
(1)汽轮机低压缸排汽管道；
(2)空冷凝汽器管束；
(3)凝结水系统；
(4)抽气系统；
(5)疏水系统；
(6)通风系统；
(7)直接空冷支撑结构；
(8)自控系统；
(9)清洗装置。
二、直接空冷机组的特点
1、用水量少
直接空冷系统冷却汽轮机排汽，不消耗水，较湿式冷却系统节水约70 %。
2、运行调节灵活，防冻性能好
空冷凝汽器分数十个冷却段，每段配1台变速轴流风机，可以根据机组负荷和汽温调整风机转速和启停风机。冬季汽温较低时，停止所有风机后，为防止结冻还可关闭配汽管上的防冻蝶阀退出部分冷却单元，增加其它单元热负荷。
3、占地面积小
直接空冷系统无庞大的晾水塔，空冷凝汽器位于厂房外，紧靠厂房，利用了厂房与升压站间的空间，故比一般间接空冷系统的晾水塔节约用地。
4、排汽管道长、真空系统容积大
空冷凝汽器本身容积很大，且位于主厂房外，排汽管道长，直径大，故直接空冷系统真空容积远远大于湿冷机组。大多数电厂为此设置3台100%容量的真空泵，以满足机组启动需求。
5、热力系统特点
因为机组背压较高，所以往往比湿冷机组少一级回热抽汽。因没有循环水系统，所以辅机冷却需要独立的冷却水系统。给水泵如果引到空冷岛，管道过长，系统复杂，而且凝汽器背压变化影响汽泵运行，单独设置凝汽设备系统复杂、布置困难，因此直接空冷机组大都采用电动给水泵。
6、机组背压高、变化大
空气热容量远远小于水，冷却能力小，虽然空冷凝汽器有很大的换热面积，但机组背压还是比湿冷机组高，一般设计背压为15~35 kPa，因而供电煤耗比湿冷机组高约3~5 %。气温变化对机组背压有很大影响，某电厂1台直接空冷机组夏季背压达50 kPa，冬季却在10 kPa以下。此外，风机运行方式也直接影响机组背压的变化。背压变化大就要求汽轮机低压缸能承受这样的变化，故直接空冷机组的低压缸和低压叶片需重新设计，但高中压缸可与湿冷机组通用。低压转子轴承座不能再布置于低压外缸上，而须采用落地式以防背压变化引起转子中心线位置变化过大。
7、凝结水特点
直接空冷机组背压高，因此凝结水温度也较高，夏季高达60摄氏度，有时甚至达到80摄氏度。水汽接触的换热表面积大，凝结水中CO2含量较高，铁的腐蚀产物含量高。这要求凝结水处理装置能满足高温环境的要求，有的电厂还在凝结水处理装置前设有除铁装置。
8、直接空冷机组的启动
空冷凝汽器在特定气温下有一防冻的最小蒸汽流量，进入凝汽器的蒸汽，低于此流量则可能结冻，达一定时间后结冻严重会引起设备损坏。故要求直接空冷机组能尽快启动带负荷，使蒸汽尽快满足上述要求。所以很多直接空冷机组采用中压缸启动以缩短启动时间，有的机组增大了动静间隙，采用无中心孔转子，取消了中速暖机时间。
三、直接空冷技术的安全运行
1、大风影响的减弱
直接空冷系统受不同风向和不同风速影响比较敏感，风速超过3m/s以上时，对空冷系统散热效果就有一定影响，特别是当风速达到6m/s以上时，不同的风向会对空冷系统形成热回流，甚至降低风机效率。为了使大风的影响降低到最低限度，设计上必须研究夏季高温时段，某一风速出现最大频率的风向，在设计布置时应避开，甚至适当拉大与A列的距离。另外加设挡风墙，预防大风的袭击。
2、热风再回流
电厂运行时，冷空气通过散热器排出的热气上升，呈现羽流状况。当大风从炉后吹向平台散热器，风速度超出8 m/s，羽流状况被破坏而出现热风再回流。热气上升气流回流后风压下至钢平台以下，这样的热风又被风机吸入，形成热风再循环，甚至最边一行风机出现反向转动。在工程上是增设挡风墙来克服热风再循环，挡风墙高度要通过设计确定。
3、防冻保护
1)设计上采用合理的顺流与逆流面积比，即K/D结构。对严寒地区/K/D0取小值，对炎热地区取大值。
2)采用能逆转风机，以形成内部热风循环。正确计算汽机排汽压力与环境气温的关系，以确定风机合理运行方式。严格控制逆流管束出口温度，及时调节逆流风机的运行时数。
3)在散热器下联箱处及逆流区抽空气管道加装伴热带及保温，在凝结水管道上加保温，减小ACC凝结水的过冷。系统运行中投入。在抽空气阀阀体和蒸汽隔离蝶阀阀体上加装伴热带及保温，防止阀内结冰无法开关。
4)机组在低负荷下长时间运行，通过运行采取调整措施仍有部分散热器过冷时，应将产生过冷的散热器用准备好的苫布盖好保温，并将其对应风机的风筒用苫布封堵，减少散热器的通风量，从而避免散热器的进一步过冷。
5)在冬季机组启动前(环境温度不小于0摄氏度)，应检查空冷凝汽器各列进汽隔离阀关闭，各列逆流区抽空气手动阀及电动阀开启，各列凝结水阀开启。为保证隔离阀正常开启，在空冷系统投运前两小时检查空冷凝汽器进汽隔离阀电加热投入运行，确保阀门开关灵活。空冷系统停运前一小时检查空冷凝汽器进汽隔离阀电加热投入运行，待停机后四小时停运电加热。
6)机组正常运行中，检查空冷凝汽器各列凝结水温度，应控制在50摄氏度以上运行，并保证其系统过冷度在3摄氏度~5摄氏度之间。检查空冷凝汽器各列逆流区抽空气温度，应控制在40摄氏度以上运行。
7)空冷凝汽器投入运行后，检查各列散热器之间的隔离门关闭，防止窜风。
8)冬季运行期间应定期就地实测各列散热器上、中、下部的温度，且各列散热器上、中、下部的温度差不得超过5摄氏度，顺流散热器下部温度不得小于50摄氏度，尤其应注意各列凝结水温度测点对应侧的联箱温度不得小于50摄氏度(防止空冷散热器在运行中造成局部过冷)。
9)冬季启、停机过程中应设专人对空冷凝汽器各列散热器迎风面下联箱(凝结水温度)及散热器管束进行就地温度实测，有异常时应增加检查和测量次数。
10)机组在停运过程中，随着负荷的降低，结合凝结水温度的下降，逐渐进行降转速、停风机的操作，保证凝结水温度在50摄氏度以上。
11)随着机组负荷的降低，当风机全部停运后，应逐渐停止单列散热器运行。先关单列散热器进汽隔离阀，待20 min后关闭逆流区抽空气门，凝结水阀保持全开。
结束语
21世纪我国火力发电将围绕着高效、环保、节水三大课题实现可持续发展，而大型火电直接空冷技术是适用于特定地区的实施/节水最大化、排放最小化0的新技术，因此有着光明的应用前景。
参考文献
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