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【摘 要】 火电厂直接空冷供热机组冬季运行中凝汽器进汽量较少，尤其是启停机过程以及供热运行状态下空冷防冻措施就显得尤为重要。通过对设备结构的不断改进、防冻措施的广泛应用，极大地减少了冬季供热机组空冷散热片冻裂现象的发生。本文就阐述了直接空冷系统冻结的原因及可以采取的防范措施。
【关键词】 直接空冷;供热机组;冻结机理;防冻措施
直接空冷系统的空冷凝汽器布置在环境大气中，其本身的性能和安全受环境因素的影响比较大，尤其在我国北方寒冷的冬季环境温度低于0℃，极易发生冻结。轻者会使空冷凝汽器传热性能大大降低，热耗增加，重者管束被冰块堵塞、真空下降，被迫停机，甚至会出现冻裂翅片管或使翅片管变形，造成永久损害，因此对寒冷地区的直接空冷系统的防冻很有必要。
一、案例简述
国电内蒙古东胜热电有限公司1号、2号机组为哈尔滨汽轮机厂设计制造的300MW亚临界、中间再热、单轴、双缸双排汽直接空冷凝汽式供热机组，空冷部分采用烟台龙源公司冷却技术。1号机组于2007年1月完成168h试运，投人商业运营，于2008年10月开始进行采暖抽汽供热。由于鄂尔多斯市市位于中国北方蒙西地区，冬季气温低于0℃，最低气温低于零下30℃，直接空冷凝汽器布置在室外环境中，冬季供热时，汽机五段抽汽供热抽汽量多数情况下在300t/h以上，凝汽器进汽量比较少，这些原因导致空冷容易冻结，必须考虑空冷的防冻问题。
二、直接空冷供热机组冻结机理分析
在机组处于空负荷或低负荷运行时，蒸汽流量很小，实际运行中发现，即使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。由于蒸汽流量很小，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（冷却管束与凝结水联箱接口处）时达到结冰点即产生冻结现象。在冷却过程中，蒸汽不断凝结并在冷却管束的下部冻结。即会出现北方地区冬季的“井口”冻结现象（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，如果运行调整不当，在冷却空气量过剩的情况下，同样也会出现上述冻结现象空冷凝汽器翅片管内饱和蒸汽发生冻结现象的一个主要原因是翅片管束冷却能力与饱和蒸汽热负荷的不平衡。对于多排管和双排管布置，前几排管容易产生死区，且第二、第三排管蒸汽倒流至第一排管，导致第一排管的下部存在死区，发生冻结现象。
此外，造成供热机组冻结的原因还有，热工测点故障或保护失灵，导致自动控制紊乱。相关真空系统的设备运行异常。空冷自动运行过程中，人为手动干预，监护不到位。备用街区进汽电动门关闭不严或关不到位。凝结水管堵塞或凝结水门未开启，抽空气未打开。
三、直接空冷供热机组防冻措施
1、采用单排管空冷凝汽器的型式。直接窄冷凝汽器大致经历了多排管、双排管和单排管的发展过程。由于单排管一般采用大直径的扁平基管，横截面积大，管内蒸汽侧通流面积增大，有利于汽液的分离和防冻，管内和窄气侧的阻力也较小，也不会像多排管束那样凼压降不同导致蒸汽回流而产生死区，这样大大减少了冻结的可能。因此在严寒地区，电厂应多采用单排管。
2、蒸汽管道设置电动真空隔离阀。空冷凝汽器冻结主要发生在严寒的冬季或低负荷运行而产生热负荷分配不均，因此，在蒸汽分配管道上需要设置真空隔离阀。当遇到冬季低负荷运行时，可关掉部分分配管上的真空隔离阀，将热量集中在其余的散热段中，以增加每段的热负荷。从而提高凝结水温，防止凝结水在空冷凝汽器中因为过冷而冻结。
3、入冬前的设备防冻措施。空冷设计要求环境温度低于-5℃时，空冷机组运行必须采取防冻措施。根据现场实际情况，在设备方面采取如下防冻措施。检查挡风墙是否完好，防止冷空气从挡风墙外串入。准备足够的帆布，如发生空冷翅片结冻，可将帆布覆盖在翅片上来解冻。每列的进汽蝶阀、凝结水阀、抽空气阀加装伴热带;确保伴热功率足够，并把伴热自动投入。运行中将每列冷却单元的分隔墙隔离门关闭，避免運行单元的冷空气串流至停运冷却单元。每月必须定期做真空严密性试验，要求真空下降小于130pa/min，如果超标必须进行真空查漏，因为当真空严密性很差的时候，空冷很容易结冻，并且机组运行经济性较差。环境温度大于-10℃空冷采用自动控制方式下运行，环境温度在-15～35℃采用手动方式。冬季启动必须采用高、中压缸联合启动方式（带旁路）。
4、冬季机组冷态启动时的防冻措施。冬季机组冷态启动锅炉点火前，应检查汽机高、低旁关闭，主、再热蒸汽管道疏水至疏水扩容器截门关闭，疏水检查门开启。锅炉点火，汽机抽真空，以防真空系统变为正值，防爆门、安全门动作。空冷第3列投逆流运行方式，空冷程控投入自动模式，锅炉通过过热器疏水和集汽联箱排大气进行升温升压。汽机高、低旁在炉侧压力达到1，5MPa、温度在200℃左右时开启，低旁尽量开大，高旁保持开度在60%，保障进入空冷散热器中有更多的蒸汽，并根据主汽压力进行调整、减缓结冻的可能性。在空冷系统进汽前应检查各系统投人正常，尽可能的加快启动速度，尽量缩短小流量蒸汽进入空冷系统的时间。合理调整燃烧，尽快达到冲转参数，减少空冷岛内小流量蒸汽的进汽时间。在机组并网后，及时安棑锅炉加强燃烧，加快带负荷的速度，使蒸汽流量能尽快达到最小流量以上，其主要意图是加大蒸汽流量，使得整个翅片管朿的流程中都能存在汽水混合物，减小结冻的可能性。并网后，随着负荷增加，空冷按照逻辑，逐渐投入各列运行。在50MW～100MW期间可以缓慢升负荷，同时加强对排汽装置的水位控制。
5、机组负荷在正常运行时，尽量控制在60%额定负荷以上运行，带城市供热机组负荷应控制在85%额定负荷以上运行。左右侧凝结水温度和排汽温度的差值一般小于3～5℃抽空气温度和排汽温度的差值小于15℃，否则，应提高排汽压力设定值。若发现顺流区散热器管束发生局部过冷，将机组排汽压力设定值适当提高后仍无效，应考虑足否机组负压区系统有泄漏点，此时应组织人员进行查漏，确保系统严密性在100Pa/min左右运行。当出现顺流散热器翅片靠近逆流区管束温度有局部1～2根有过冷出现，应及时联系值班员就地测量逆流区散热器管束温度。 6、低负荷运行机组长时间低负荷运行时，若负荷能達到20%左右，应开启旁路系统向空冷系统供汽及调整风机转速进行防冻，不必解列散热器，尽可能保持各列风机多投、低频运行。必要时应退出自动，手动进行控制。调节风机转速，使各列散热器下联箱凝结水温度均高于35℃（最低不得低于25℃）。且各排散热器凝结水过冷度均小于5℃。同时，要加强对凝结水的补水量及排汽装置水位的监视，发现凝结水补水量异常增大时，应检查空冷散热器以及凝结水管道是否冻结、排汽装置水位是否异常。发现异常及时调整。
7、运行中跳闸空冷系统的防冻措施。冬季机组跳闸后，必须根据机组排汽压山，自动或手动停运部分或全部风机运行，并根据实际情况决定关闭各列蒸汽隔离阀，但要根据当时的排汽压力决定停止的列数，切不可盲目进行;保持逆流区抽真空阀、凝结水阀全开。及时关闭进入排汽装置的疏水。
8、空冷凝汽器管束发生结冻的处理。运行人员检查时发现翅片表面温度低于0℃时，及时将该翅片对应的风机停运。如果是逆流风机将该风机倒转，使抽空气温度达到15℃以上再启动该风机。如果发现某列风机翅片结冻严重，并且发生严重变形，则及时将结冻翅片对应风机及相邻两边风机停运，将帆布覆盖在结冻翅片和相邻翅片上，通过热气将结冻翅片解冻。如果空冷翅片发生大面积结冻并变形，则立即将变形翅片所对应的顺流区域风机停运，对应列的逆流风机进行倒转，同时降低机组负荷，使能够运行的风机频率降至最低频率，维持较高背压，然后将变形翅片上覆盖帆布，停运的风机风筒入口也覆盖帆布，阻止冷空气流动，利用相邻散热管束的热量将冻结的管束化开。
四、结语
在分析直接空冷冷凝器冬季冻结机理的基础上，我们探究了300MW直接空冷供热机组在冬季严寒时期工作各个阶段防冻的措施。这些措施可对空气冷凝器冬季安全经济运行提供有力的技术支持和保障。
参考文献：
[1]王学民.300MW直接空冷机组空冷岛的防冻措施[J].工业技术，2012（4）：74—76
[2]孔昭文，白永军，直接空冷系统设计、安装、调试、运行及性能试验初探[J].内蒙古电力技术，2008，26（4）：45_47
[3]周哲一，孙丽娜，ZHOUZhe-yi，SUNLi-na. 300MW机组空冷系统空气温升的研究[期刊论文]-内蒙古石油化工2011，37（7）
[4]周哲一，侯建平，王娟，Zhou Zheyi， Hou Jianping， Wang Juan . 300MW机组直接空冷系统凝结水过冷却分析[期刊论文]-内蒙古电力技术，2010，28（z1）
【关键词】 直接空冷;供热机组;冻结机理;防冻措施
直接空冷系统的空冷凝汽器布置在环境大气中，其本身的性能和安全受环境因素的影响比较大，尤其在我国北方寒冷的冬季环境温度低于0℃，极易发生冻结。轻者会使空冷凝汽器传热性能大大降低，热耗增加，重者管束被冰块堵塞、真空下降，被迫停机，甚至会出现冻裂翅片管或使翅片管变形，造成永久损害，因此对寒冷地区的直接空冷系统的防冻很有必要。
一、案例简述
国电内蒙古东胜热电有限公司1号、2号机组为哈尔滨汽轮机厂设计制造的300MW亚临界、中间再热、单轴、双缸双排汽直接空冷凝汽式供热机组，空冷部分采用烟台龙源公司冷却技术。1号机组于2007年1月完成168h试运，投人商业运营，于2008年10月开始进行采暖抽汽供热。由于鄂尔多斯市市位于中国北方蒙西地区，冬季气温低于0℃，最低气温低于零下30℃，直接空冷凝汽器布置在室外环境中，冬季供热时，汽机五段抽汽供热抽汽量多数情况下在300t/h以上，凝汽器进汽量比较少，这些原因导致空冷容易冻结，必须考虑空冷的防冻问题。
二、直接空冷供热机组冻结机理分析
在机组处于空负荷或低负荷运行时，蒸汽流量很小，实际运行中发现，即使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。由于蒸汽流量很小，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（冷却管束与凝结水联箱接口处）时达到结冰点即产生冻结现象。在冷却过程中，蒸汽不断凝结并在冷却管束的下部冻结。即会出现北方地区冬季的“井口”冻结现象（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，如果运行调整不当，在冷却空气量过剩的情况下，同样也会出现上述冻结现象空冷凝汽器翅片管内饱和蒸汽发生冻结现象的一个主要原因是翅片管束冷却能力与饱和蒸汽热负荷的不平衡。对于多排管和双排管布置，前几排管容易产生死区，且第二、第三排管蒸汽倒流至第一排管，导致第一排管的下部存在死区，发生冻结现象。
此外，造成供热机组冻结的原因还有，热工测点故障或保护失灵，导致自动控制紊乱。相关真空系统的设备运行异常。空冷自动运行过程中，人为手动干预，监护不到位。备用街区进汽电动门关闭不严或关不到位。凝结水管堵塞或凝结水门未开启，抽空气未打开。
三、直接空冷供热机组防冻措施
1、采用单排管空冷凝汽器的型式。直接窄冷凝汽器大致经历了多排管、双排管和单排管的发展过程。由于单排管一般采用大直径的扁平基管，横截面积大，管内蒸汽侧通流面积增大，有利于汽液的分离和防冻，管内和窄气侧的阻力也较小，也不会像多排管束那样凼压降不同导致蒸汽回流而产生死区，这样大大减少了冻结的可能。因此在严寒地区，电厂应多采用单排管。
2、蒸汽管道设置电动真空隔离阀。空冷凝汽器冻结主要发生在严寒的冬季或低负荷运行而产生热负荷分配不均，因此，在蒸汽分配管道上需要设置真空隔离阀。当遇到冬季低负荷运行时，可关掉部分分配管上的真空隔离阀，将热量集中在其余的散热段中，以增加每段的热负荷。从而提高凝结水温，防止凝结水在空冷凝汽器中因为过冷而冻结。
3、入冬前的设备防冻措施。空冷设计要求环境温度低于-5℃时，空冷机组运行必须采取防冻措施。根据现场实际情况，在设备方面采取如下防冻措施。检查挡风墙是否完好，防止冷空气从挡风墙外串入。准备足够的帆布，如发生空冷翅片结冻，可将帆布覆盖在翅片上来解冻。每列的进汽蝶阀、凝结水阀、抽空气阀加装伴热带;确保伴热功率足够，并把伴热自动投入。运行中将每列冷却单元的分隔墙隔离门关闭，避免運行单元的冷空气串流至停运冷却单元。每月必须定期做真空严密性试验，要求真空下降小于130pa/min，如果超标必须进行真空查漏，因为当真空严密性很差的时候，空冷很容易结冻，并且机组运行经济性较差。环境温度大于-10℃空冷采用自动控制方式下运行，环境温度在-15～35℃采用手动方式。冬季启动必须采用高、中压缸联合启动方式（带旁路）。
4、冬季机组冷态启动时的防冻措施。冬季机组冷态启动锅炉点火前，应检查汽机高、低旁关闭，主、再热蒸汽管道疏水至疏水扩容器截门关闭，疏水检查门开启。锅炉点火，汽机抽真空，以防真空系统变为正值，防爆门、安全门动作。空冷第3列投逆流运行方式，空冷程控投入自动模式，锅炉通过过热器疏水和集汽联箱排大气进行升温升压。汽机高、低旁在炉侧压力达到1，5MPa、温度在200℃左右时开启，低旁尽量开大，高旁保持开度在60%，保障进入空冷散热器中有更多的蒸汽，并根据主汽压力进行调整、减缓结冻的可能性。在空冷系统进汽前应检查各系统投人正常，尽可能的加快启动速度，尽量缩短小流量蒸汽进入空冷系统的时间。合理调整燃烧，尽快达到冲转参数，减少空冷岛内小流量蒸汽的进汽时间。在机组并网后，及时安棑锅炉加强燃烧，加快带负荷的速度，使蒸汽流量能尽快达到最小流量以上，其主要意图是加大蒸汽流量，使得整个翅片管朿的流程中都能存在汽水混合物，减小结冻的可能性。并网后，随着负荷增加，空冷按照逻辑，逐渐投入各列运行。在50MW～100MW期间可以缓慢升负荷，同时加强对排汽装置的水位控制。
5、机组负荷在正常运行时，尽量控制在60%额定负荷以上运行，带城市供热机组负荷应控制在85%额定负荷以上运行。左右侧凝结水温度和排汽温度的差值一般小于3～5℃抽空气温度和排汽温度的差值小于15℃，否则，应提高排汽压力设定值。若发现顺流区散热器管束发生局部过冷，将机组排汽压力设定值适当提高后仍无效，应考虑足否机组负压区系统有泄漏点，此时应组织人员进行查漏，确保系统严密性在100Pa/min左右运行。当出现顺流散热器翅片靠近逆流区管束温度有局部1～2根有过冷出现，应及时联系值班员就地测量逆流区散热器管束温度。 6、低负荷运行机组长时间低负荷运行时，若负荷能達到20%左右，应开启旁路系统向空冷系统供汽及调整风机转速进行防冻，不必解列散热器，尽可能保持各列风机多投、低频运行。必要时应退出自动，手动进行控制。调节风机转速，使各列散热器下联箱凝结水温度均高于35℃（最低不得低于25℃）。且各排散热器凝结水过冷度均小于5℃。同时，要加强对凝结水的补水量及排汽装置水位的监视，发现凝结水补水量异常增大时，应检查空冷散热器以及凝结水管道是否冻结、排汽装置水位是否异常。发现异常及时调整。
7、运行中跳闸空冷系统的防冻措施。冬季机组跳闸后，必须根据机组排汽压山，自动或手动停运部分或全部风机运行，并根据实际情况决定关闭各列蒸汽隔离阀，但要根据当时的排汽压力决定停止的列数，切不可盲目进行;保持逆流区抽真空阀、凝结水阀全开。及时关闭进入排汽装置的疏水。
8、空冷凝汽器管束发生结冻的处理。运行人员检查时发现翅片表面温度低于0℃时，及时将该翅片对应的风机停运。如果是逆流风机将该风机倒转，使抽空气温度达到15℃以上再启动该风机。如果发现某列风机翅片结冻严重，并且发生严重变形，则及时将结冻翅片对应风机及相邻两边风机停运，将帆布覆盖在结冻翅片和相邻翅片上，通过热气将结冻翅片解冻。如果空冷翅片发生大面积结冻并变形，则立即将变形翅片所对应的顺流区域风机停运，对应列的逆流风机进行倒转，同时降低机组负荷，使能够运行的风机频率降至最低频率，维持较高背压，然后将变形翅片上覆盖帆布，停运的风机风筒入口也覆盖帆布，阻止冷空气流动，利用相邻散热管束的热量将冻结的管束化开。
四、结语
在分析直接空冷冷凝器冬季冻结机理的基础上，我们探究了300MW直接空冷供热机组在冬季严寒时期工作各个阶段防冻的措施。这些措施可对空气冷凝器冬季安全经济运行提供有力的技术支持和保障。
参考文献：
[1]王学民.300MW直接空冷机组空冷岛的防冻措施[J].工业技术，2012（4）：74—76
[2]孔昭文，白永军，直接空冷系统设计、安装、调试、运行及性能试验初探[J].内蒙古电力技术，2008，26（4）：45_47
[3]周哲一，孙丽娜，ZHOUZhe-yi，SUNLi-na. 300MW机组空冷系统空气温升的研究[期刊论文]-内蒙古石油化工2011，37（7）
[4]周哲一，侯建平，王娟，Zhou Zheyi， Hou Jianping， Wang Juan . 300MW机组直接空冷系统凝结水过冷却分析[期刊论文]-内蒙古电力技术，2010，28（z1）