直接空冷系统冬季防冻措施探讨

直接空冷凝汽器布置在外界环境中,在寒冷的冬季运行时容易发生冻结,严重时会冻裂管束。本文结合兖州煤业榆林能化有限公司50MW机组ACC系统在冬季运行时发生管束冻结为例,介绍了直接空冷系统的防冻措施,并提出了适合本工程的冬季运行防冻措施。

科技资讯2008NO.11

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工程技术

直接空冷系统冬季防冻措施探讨

李振华张卫锋

(兖州煤业榆林能化有限公司陕西榆林

719000)

摘要:直接空冷凝汽器布置在外界环境中,在寒冷的冬季运行时容易发生冻结,严重时会冻裂管束。本文结合兖州煤业榆林能化有限公司50MW机组ACC系统在冬季运行时发生管束冻结为例,介绍了直接空冷系统的防冻措施,并提出了适合本工程的冬季运行防冻措施。关键词:直接空冷系统冻结防冻措施中图分类号:TM6文献标识码:A文章编号:1672-3791(2008)04(b)-0052-

02

1直接空冷系统概述

在我国电厂空冷技术是近几年发展起来的新技术,主要是解决富煤贫水的矛盾,所以最大特点就是节水。

一般湿冷机组的发电综合水耗3kg/kwh左右,而空冷机组发电综合水耗仅0.56kg/kwh左右。

火电站直接空冷凝汽系统工作原理为:将在蒸汽轮机低压缸内做功后的乏汽从汽轮机尾部引入大口径蒸汽管道,输送至汽轮机房外的空冷平台上,经由配汽管送至数量众多的翅片管换热管束内;外界环境空气在大直径轴流风机的驱动下,穿过翅片管束的翅片间隙,从而将翅片管束内的蒸汽冷凝为凝结水,使其在重力作用下回流至凝结水箱,进入下一个工作循环。

兖州煤业榆林能化有限公司安装1台50MW直接空冷机组,直接空冷系统(简称ACC系统)管束采用三排椭圆管,单台机组共计250片管束,分为48片顺流管束和16片逆流管束;系统配置8台轴流风机;厂址位于陕西省榆林市,所在地区属干旱的大陆性气候,年平均气温8.8℃,极端最高气温38.6℃,极端最低气温-32.7℃,年平均气压897.2hPa,最大瞬时风速23m/s,常年主导风向NNE。

图1

冷凝汽器采用的就是三排管,并且在2007年12月运行时发生了管束冻结现象。

角风机、百叶窗或调频风机,根据环境温度的变化调节送风量,并在低温情况下减少送风量。

3.5在空冷平台四周设置挡风墙

为了防止在冬季寒冷的大风直接吹向空冷凝汽器表面,在空冷平台空冷凝汽器四周设置一定高度的挡风墙,来阻挡寒冷的大风。榆林能化公司在空冷平台设计有7400mm高的挡风墙。

3.6空冷系统的防冻保护控制

根据气候条件、机组负荷等因素设计完整的控制空冷风机的方案,控制方案纳入机组DCS控制系统,根据气候条件、机组负荷、排汽压力、凝结水温度、抽空气温度等的变化自动控制空冷风机的转速和抽真空系统,以达到ACC系统防冻的要求。

兖煤榆林能化公司的ACC系统设计有完整的防冻保护控制程序。

程序1、凝结水过冷保护

如果有一个凝结水温度降到20度以下并且环境温度低于2度,则发出一个警示信号,如果有一个凝结水温度降到15度以下,则发出一个报警,同时控制系统将排汽压力设定值升3kPa。如果经过30分钟过冷仍然存在,则再多启一台水环真空泵,如果凝结水的过冷消失,也就是所有的凝结水温度正常(接近排汽的温度),则停止多启的那台水环真空泵。

程序2、逆流凝汽管束回暖

当环境温度低于2℃时,逆流风机先停止,再以给定的速度,使逆流凝汽管束回暖,融化可能已形成的冰霜。

程序3、抽真空的过冷

如果排汽温度(根据下面的公式算出)与所有非隔离段的抽真空的平均温度之差超过15K(过冷)并持续10分钟,第二台水环真空泵启动。当上述两温度之差小于6K并持续5分钟(时间可调),第二台泵关闭。

3ACC系统的防冻措施

3.1翅片管的设计

ACC系统的翅片管经历了多排管、双排管、单排管的发展,其目的就是为了防止ACC系统冬季运行时管束冻结的问题。ACC系统的过冷区和与之相关的凝结水过冷问题是由翅片管束的多排管结构引起的,因此空冷凝汽器的设计人员开发设计了双排管、单排管,但是生产成本大大提高。3.2系统管束采用K/D结构

为了防止空冷凝汽器内凝结水的冻结,在空冷凝汽器设计时,将所求得的总散热面积按照一定比例分为主凝汽管束(顺流管束)和辅助凝汽管束(逆流管束),两种管束串联,这种管束结构称之为K/D结构。顺流管束是冷凝蒸汽的主要部分,管束中蒸汽由上而下可凝结75％～80％的蒸汽,剩余蒸汽携带不凝汽体进入逆流管束,蒸汽由下而上,凝结水在重力作用下与汽流逆向流回底部联箱,不凝结气体则被水环真空泵抽吸排入大气。逆流管束的设计主要就是为了能够顺畅的将系统内的空气和不凝结气体排出,避免在管束中形成不凝结区、冬季形成冻结的现象。顺流管束面积和凝流管束面积之比根据环境气温而变化,兖煤榆林能化公司ACC系统顺流逆流管束面积比为3:1。运行实践证明,管束的这种K/D结构对防止凝结水的冻结是行之有效的。3.3不凝气体的抽出

由于蒸汽中含有不凝气体,如不及时将不凝气体抽出,容易造成气阻,当温度下降到一定程度时,容易造成空冷器管束的冻结,所以在实际运行中要调整好抽真空系统,同时真空系统要严密,尽量减少外界空气漏入。3.4风量的合理控制

在运行中合理调整送风量。采用自动调

2ACC系统管束冻结的形成

由于寒冷地区冬夏气温差别很大,ACC系统受气温影响较大,ACC系统的散热器都是采用机械强制通风方式,已高架式布置呈“A”字型暴露在自然环境中,外界环境温度比较低时,由于空冷凝汽器各管排的热负荷既蒸汽流量分配不均匀,并且存在大量的不凝结气体,将导致空冷凝汽器的传热性能大大降低,严重时将发生管束的冻结,更严重时将会冻裂管束。

如图1所示,汽轮机排汽在三排管管束冷却管中的冷凝过程分为凝结阶段和过冷阶段,对应的区域分为凝结区和过冷区。迎风面第一排、第二排和第三排的冷却热负荷不一样,通过第一排的空气温升最大,第三排最小,所以第一排管的热负荷最大,第三排最小,结果使得第一排管内的压力降大于第二排管内的压力降,第二排又大于第三排的,致使第二排管内的蒸汽倒流至第一排管中,第三排管内的蒸汽又倒流入第二排管内,产生死区和空气聚集现象,聚集的不凝气体附着在冷凝管内表面,降低管束的冷却效果。在此区域内的凝结水逐渐过冷却,时间长了将发生冻结,将造成管内部流通通道堵塞,严重时将造成管束损坏。

兖州煤业榆林能化有限公司50MW机组空

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