一、技術(shù)背景

近年來間接空冷機(jī)組由于它具有顯著的節(jié)水能力,在我國(guó)北方缺水地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用。隨著間接空冷技術(shù)的普遍應(yīng)用隨之而來的問題也逐漸凸顯，由于間接空冷機(jī)組的自身結(jié)構(gòu)原因，其設(shè)計(jì)運(yùn)行背壓就高于水冷機(jī)組。夏季由于間接空冷機(jī)組的間冷塔散熱能力差，導(dǎo)致凝汽器的換熱效果不好，機(jī)組始終維持在高背壓運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)效益差；冬季環(huán)境溫度較低時(shí)間冷塔散熱能力極大提高，凝汽器的換熱效果較好，如允許機(jī)組可以在阻塞背壓附近運(yùn)行，降低背壓大大提高經(jīng)濟(jì)效益。但在冬季極端氣溫下，間冷塔防止凍害發(fā)生又成為主要問題，為了提高間冷塔出水溫度，被迫提高背壓運(yùn)行，效益白白流失。這就需要我們探索并掌握間接空冷系統(tǒng)冷卻塔扇區(qū)散熱器管束冬季結(jié)冰的關(guān)鍵參數(shù)和臨界條件，對(duì)冬季極端天氣影響機(jī)組安全運(yùn)行的原因、機(jī)理進(jìn)行深入的分析和研究，降低冷端熱源損失，在保障安全的范圍內(nèi)降低機(jī)組背壓，制定出一套較為成熟的間冷塔散熱管束防凍及回水溫度控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，降低機(jī)組背壓，節(jié)省發(fā)電煤耗，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，使得本課題具有向同類型電廠推廣的價(jià)值。

二、優(yōu)化運(yùn)行保障措施

為了在實(shí)踐中更好地解決間冷塔扇區(qū)散熱器管束的防凍問題，必須首先對(duì)散熱器管束凍結(jié)機(jī)理有比較清楚的了解。散熱器的散熱大致分為3個(gè)過程：⑴ 散熱器管束內(nèi)熱水與管內(nèi)壁的對(duì)流換熱；⑵ 散熱器管束內(nèi)壁與外壁的導(dǎo)熱；⑶ 散熱器管束外壁及表面與冷空氣的對(duì)流換熱。散熱器管束凍壞應(yīng)有兩個(gè)條件：一是環(huán)境溫度低于0℃；二是散熱器管束內(nèi)的水停止流動(dòng)。環(huán)境溫度是無法人為控制的，所以在冬季，防凍問題歸根到底是要防止散熱器管束內(nèi)的水流停滯。

目前，造成間冷塔凍害發(fā)生主要有以下幾個(gè)原因：

1、百葉窗關(guān)閉不嚴(yán)；

2、機(jī)組啟停機(jī)影響；

3、火電機(jī)組承擔(dān)綠色能源調(diào)峰任務(wù)，負(fù)荷會(huì)降得很低，進(jìn)入間冷塔的汽量減少。

間冷塔散熱器管束凍害的發(fā)生，會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，因此我公司研制了專利號(hào)為202023337626.1的《一種帶防凍裝置的間接式冷卻塔》，間接式冷卻塔防凍裝置由擋風(fēng)幕、收納罩、動(dòng)力滾筒、驅(qū)動(dòng)裝置、軌道、控制系統(tǒng)等組成。防凍裝置設(shè)置在百葉窗外側(cè)，依次首尾相接環(huán)繞安裝在冷卻塔塔體底部的散熱器散熱管束外；每個(gè)防凍裝置有兩個(gè)豎直設(shè)置的軌道安裝在散熱散熱管束外側(cè)，動(dòng)力滾筒通過各自的卷動(dòng)拉繩控制一個(gè)擋風(fēng)幕，一個(gè)或多個(gè)擋風(fēng)幕依次上下平鋪設(shè)置在兩個(gè)軌道之間；動(dòng)力滾筒和驅(qū)動(dòng)裝置安裝在扇區(qū)散熱器上部的收納罩里；擋風(fēng)幕由上至下關(guān)閉，由下至上開啟，每個(gè)防凍裝置設(shè)有就地控制箱，可實(shí)現(xiàn)就地或遠(yuǎn)程單個(gè)控制，也可實(shí)現(xiàn)就地或遠(yuǎn)程編組控制。通過調(diào)節(jié)擋風(fēng)幕的開合度來改變進(jìn)風(fēng)口實(shí)際進(jìn)風(fēng)面積，調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)量，進(jìn)而達(dá)到防凍以及控制散熱器循環(huán)水回水溫度在最佳溫度范圍內(nèi)的目的。實(shí)現(xiàn)冬季防風(fēng)可控，滿足散熱管束的防凍要求，并能保持機(jī)組在阻塞背壓附近安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行（如圖1所示）。

圖1   間接空冷機(jī)組冷卻塔防凍裝置

三、機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行背壓優(yōu)化空間

間接空冷機(jī)組冷卻塔在極端氣候環(huán)境下運(yùn)行危險(xiǎn)點(diǎn)眾多，若控制不好，極易造成間冷塔散熱器管束凍結(jié)、凝汽器背壓波動(dòng)大等問題，為使該問題得到解決，冬季運(yùn)行常常忽略機(jī)組經(jīng)濟(jì)性保持循環(huán)水高水溫運(yùn)行，造成背壓偏高發(fā)電煤耗上升?；谝陨显蛭夜狙兄屏艘惶浊袑?shí)可行的背壓自動(dòng)控制系統(tǒng)，并申請(qǐng)了國(guó)家專利，專利號(hào)為202220514445.1，名稱為《基于一種帶防凍裝置的間接式冷卻塔的自動(dòng)控制系統(tǒng)》。本文以華電集團(tuán)準(zhǔn)東五彩灣發(fā)電有限公司為例介紹間接空冷機(jī)組冷卻塔在冬季，如何采取有效措施，降低扇區(qū)散熱器回水溫度，在滿足機(jī)組間冷防凍的要求下，控制機(jī)組在最優(yōu)情況下運(yùn)行，降低機(jī)組背壓，節(jié)省發(fā)電煤耗。

1、機(jī)組概況

華電集團(tuán)新疆準(zhǔn)東五彩灣發(fā)電有限公司一期工程為2×350MW超臨界燃煤機(jī)組，鍋爐采用東方鍋爐股份有限公司的DG1200/25.4-Ⅱ4 型鍋爐。其形式為超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、采用前后墻對(duì)沖燃燒方式、平衡通風(fēng)、緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。汽輪發(fā)電機(jī)組由東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的NJK350-24.2/566/566汽輪機(jī)組，本汽輪機(jī)超臨界，一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、間接空冷凝汽式汽輪機(jī)。#1機(jī)組、#2機(jī)組分別于2012年11月27日和2012年12月19日通過168小時(shí)試運(yùn)行移交生產(chǎn)，兩臺(tái)機(jī)組分別配備一臺(tái)間冷系統(tǒng)，間冷系統(tǒng)共6個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)設(shè)計(jì)22個(gè)冷卻三角，每個(gè)冷卻三角設(shè)計(jì)8片散熱器，#1間冷系統(tǒng)由雙良節(jié)能系統(tǒng)股份有限公司生產(chǎn)，#2間冷系統(tǒng)由北京首航艾啟威節(jié)能技術(shù)股份有限公司生產(chǎn)。新疆準(zhǔn)東五彩灣發(fā)電有限公司是間冷系統(tǒng)在高寒地區(qū)的首臺(tái)機(jī)組，極寒環(huán)境溫度最低-41.6℃，如何在極寒環(huán)境溫度下保持間冷機(jī)組的安全過冬，是我國(guó)高寒地區(qū)間冷機(jī)組面臨的嚴(yán)峻考驗(yàn)。

2012年11月份試運(yùn)期間，由于間冷沒有投運(yùn)經(jīng)驗(yàn)，冬季期間間冷冷水投運(yùn)，退出泄水時(shí)間、退出后防范措施不到位等原因，導(dǎo)致冷卻三角散熱管束凍裂較多。

2013年正式投運(yùn)后，冬季扇區(qū)投運(yùn)過程頻繁發(fā)生散熱管束爆管問題，后經(jīng)過專業(yè)會(huì)議討論，根據(jù)環(huán)境溫度調(diào)整扇區(qū)進(jìn)、回水溫度、扇區(qū)退出后運(yùn)行、檢修實(shí)施相應(yīng)防范措施等方式后，扇區(qū)散熱管束凍裂情況有所緩解。正常運(yùn)行中的扇區(qū)集控盤面應(yīng)監(jiān)視：排空立管液位不低于9m、進(jìn)回水壓差＞50Kpa、百葉窗開度不大于30%、各扇區(qū)散熱管束回水溫度最高值及最低值偏差小于20℃、#3、#4扇區(qū)旁路閥關(guān)閉嚴(yán)密、地下儲(chǔ)水箱液位與扇區(qū)投運(yùn)數(shù)量對(duì)應(yīng)，各扇區(qū)回水溫度按如下標(biāo)準(zhǔn)控制：

（1）環(huán)境溫度0～-10℃時(shí)，保持扇區(qū)出水溫度不低于30℃。

（2）環(huán)境溫度-11～-20℃時(shí)，保持扇區(qū)出水溫度不低于35℃。

（3）環(huán)境溫度-21～-30℃時(shí)，保持扇區(qū)出水溫度不低于38℃。

（4）環(huán)境溫度低于-31℃時(shí)，保持扇區(qū)出水溫度不低于40℃。

間冷機(jī)組在冬季極寒環(huán)境下運(yùn)行，其冷凝能力受環(huán)境風(fēng)力的影響較大，雖然百葉窗關(guān)閉，但因百葉窗兩側(cè)邊有4-5mm間隙、百葉窗變形等因素關(guān)閉不嚴(yán)，漏風(fēng)較大。特別是在冬季低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，嚴(yán)寒大風(fēng)天氣對(duì)間接式冷卻塔迎風(fēng)面換熱散熱管束的凍裂時(shí)有發(fā)生，給安全運(yùn)行產(chǎn)生很大的影響，影響機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行，制約機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和安全運(yùn)行。在沒有其它好的防凍方法之前，多數(shù)廠家用加熱器對(duì)未進(jìn)入換熱器的水提前加溫，因進(jìn)入換熱器水量巨大，這樣造成有效熱能的極大浪費(fèi)。加熱器增加大了管道阻力，如不加加熱器，極寒大風(fēng)天氣隨時(shí)可能將換熱器凍裂，使凍裂的換熱器加盲板隔離，這些被隔離的換熱器以不能換熱并且沒辦法及時(shí)更換，待環(huán)境氣溫升高的時(shí)候會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)組背壓，高背壓運(yùn)行會(huì)嚴(yán)重影響發(fā)電的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，所以如何保證間接式冷卻塔散熱散熱管束在極寒大風(fēng)天氣不被凍裂，防止間接式冷卻塔散熱散熱管束凍裂發(fā)生非常重要。

2、間接式冷卻塔防凍裝置的防凍及低背壓運(yùn)行機(jī)理

傳統(tǒng)百葉窗為目前間接式冷卻塔設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)配置，8000㎡冷卻散熱管束表面百葉窗分為132組，入冬季防寒時(shí)安裝規(guī)程為隨溫度逐漸降低和風(fēng)向分組關(guān)閉百葉窗。

經(jīng)過我公司與專業(yè)高校合作進(jìn)行數(shù)字模型的建立，確定了溫度場(chǎng)的變化曲線，對(duì)冷卻三角散熱管束的測(cè)溫點(diǎn)和測(cè)溫部位進(jìn)行優(yōu)化，能有效避免間冷塔冷卻三角散熱管束的凍裂情況發(fā)生，通過溫度傳感器獲取每個(gè)冷卻三角散熱管束的回水溫度；同時(shí)數(shù)據(jù)處理及控制模塊用于對(duì)多個(gè)冷卻三角循環(huán)水的回水溫度信號(hào)進(jìn)行集中處理，并根據(jù)所述預(yù)設(shè)的冷卻三角循環(huán)水回水溫度的設(shè)定閾值以及測(cè)量值，分別精準(zhǔn)給出通風(fēng)控制指令和防凍控制指令至百葉窗執(zhí)行器和防凍裝置執(zhí)行器，來控制百葉窗的開度以及防凍裝置的開度，使冷卻三角管束在不發(fā)生凍害的前提下，循環(huán)水回水溫度以最低溫度運(yùn)行，從而達(dá)到及時(shí)、精確的調(diào)控機(jī)組背壓，最大限度地降低發(fā)電煤耗，進(jìn)而提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性（如圖2所示）。

圖2一種基于帶防凍裝置的間接式冷卻塔的自動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖

《一種基于帶防凍裝置的間接式冷卻塔的自動(dòng)控制系統(tǒng)》完全符合間接式冷卻塔防寒設(shè)計(jì)原則，可以起到防止散熱管束和管道結(jié)冰的作用，同時(shí)可調(diào)節(jié)循環(huán)水溫度保持恒定，在滿足間接式冷卻塔防凍的前提下，使汽輪機(jī)在最接近阻塞背壓下運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能效果。

《一種基于帶防凍裝置的間接式冷卻塔的自動(dòng)控制系統(tǒng)》通過對(duì)間冷塔本體每個(gè)冷卻三角的循環(huán)水回水溫度進(jìn)行單獨(dú)控制，即通過溫度傳感器得到的測(cè)量值與設(shè)定的溫度閾值進(jìn)行對(duì)比，達(dá)到對(duì)每個(gè)冷卻三角循環(huán)水回水溫度進(jìn)行控制的目的，只有當(dāng)冷卻三角循環(huán)水真實(shí)溫度低于設(shè)定的溫度閾值的情況下，才通過條件判斷是否需要全部或部分關(guān)閉百葉窗及防凍裝置，進(jìn)而防止管束結(jié)凍；在管束不結(jié)凍的情況下，保證每個(gè)冷卻三角的循環(huán)水回水溫度始終處于最低值，從而達(dá)到降低背壓的目的，進(jìn)而提高機(jī)組整體的經(jīng)濟(jì)性能；帶防凍裝置的間接式冷卻塔的自動(dòng)控制系統(tǒng)可保證機(jī)組背壓始終維持在阻塞背壓附近，保證機(jī)組在冬季處于最經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)下運(yùn)行；當(dāng)機(jī)組在負(fù)荷低、環(huán)境溫度低的環(huán)境條件下，通過及時(shí)、精準(zhǔn)的調(diào)控手段防止間接式冷卻塔的管束凍害，確保機(jī)組的安全運(yùn)行。

3、《一種基于帶防凍裝置的間接式冷卻塔的自動(dòng)控制系統(tǒng)》的技術(shù)特點(diǎn)

《一種基于帶防凍裝置的間接式冷卻塔的自動(dòng)控制系統(tǒng)》與采用常規(guī)百葉窗防寒法的間接式冷卻塔相比，具有如下特點(diǎn)。

●間接式冷卻塔防凍裝置的擋風(fēng)幕上升、下降雙向及開度均可就地或遠(yuǎn)程控制；

●在夏季，擋風(fēng)幕可以全部收到冷卻三角上端的收納罩里，100%不影響通風(fēng)，優(yōu)于“百葉窗式”防寒裝置；

●春秋季大風(fēng)天氣下，可以將迎風(fēng)面擋風(fēng)幕適當(dāng)關(guān)閉，改善側(cè)風(fēng)影響；

●控制循環(huán)水溫度恒定，起到防凍和運(yùn)行背壓調(diào)整的雙重作用；

●在冬季機(jī)組啟停機(jī)冷卻三角注水時(shí)，完全關(guān)閉關(guān)閉擋風(fēng)幕可以降低注水水溫，起到散熱管束防凍的作用；

●可根據(jù)循環(huán)水溫度進(jìn)行就地控制防凍裝置擋風(fēng)幕的上升、下降，通過擋風(fēng)幕的動(dòng)作來改變進(jìn)風(fēng)口實(shí)際進(jìn)風(fēng)量，進(jìn)而達(dá)到防凍和運(yùn)行背壓調(diào)整的目的。

四、結(jié)束語

間接空冷機(jī)組雖然在節(jié)水方面突出，但一般在冬季嚴(yán)寒地區(qū)迫于防凍壓力又不得已提高背壓運(yùn)行，因此提高間接空冷機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性就顯得尤為重要。本文以解決冬季防凍與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行間的矛盾為出發(fā)點(diǎn)，通過優(yōu)化間接空冷機(jī)組百葉窗和防凍裝置控制邏輯及監(jiān)視系統(tǒng)等技術(shù)改造實(shí)現(xiàn)了機(jī)組的低背壓運(yùn)行，達(dá)到了經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。