0 概述

包頭第二熱電廠擴(kuò)建工程的3號、4號機(jī)組為東方汽輪機(jī)廠設(shè)計(jì)制造的300 MW 亞臨界、中間再熱、單軸、雙缸雙排汽直接空冷凝汽式供熱機(jī)組，空冷部分采用比利時(shí)SPX公司冷卻技術(shù)。采用高中壓合缸結(jié)構(gòu)。該工程由山西電力勘測設(shè)計(jì)院總體設(shè)計(jì)、山西電建二公司承建、黑龍江電科院調(diào)試。3號機(jī)組于2006—12—15T18：18完成168 h時(shí)試運(yùn)，投人商業(yè)運(yùn)營，于2006—12—17開始進(jìn)行采暖抽汽供熱，該機(jī)組是我國首臺投人運(yùn)營的直接空冷凝汽式供熱機(jī)組

1 直接空冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能

1．1 系統(tǒng)構(gòu)成

以3號機(jī)組為例，汽輪機(jī)的排汽通過1條直徑5 500 mm大直徑的排汽管道進(jìn)人布置于主廠房A列前的空冷凝汽器?？绽淠魇怯赡鞴苁惋L(fēng)機(jī)組組成，單臺機(jī)組空冷凝汽器(簡稱ACC)由6列、每列5個(gè)單元組成。由東向西1-6列排序，每列第l～5單元由北向南排序?？绽淠鞴灿?span lang=EN-US>300片換熱管束和30臺直徑為9．54 m的軸流風(fēng)機(jī)，每臺風(fēng)機(jī)向10片管束供風(fēng)(1個(gè)空冷凝結(jié)器單元)。在這個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成中，300片翅片管束總換熱面積838 050 m2，其中252片為順流管束，48片為逆流管束。每列5個(gè)單元中，其中4個(gè)空冷凝汽器單元為順流單元，位于每列中部的1個(gè)為逆流單元。在逆流單元中，其中8片為逆流管束，兩側(cè)分別布置1片順流管束。

1．2 功能

從汽輪機(jī)排出的蒸汽經(jīng)由主排汽管道、管道系統(tǒng)分流形成6個(gè)上升管，進(jìn)人水平蒸汽分配管后進(jìn)人凝汽器管束。凝汽器為A型架構(gòu)，每個(gè)單元由平行排列的大量單排鋼管鋁翅片管組成，每個(gè)單元的管束構(gòu)成夾角為59、50?！?span lang=EN-US>60、50。的A型架構(gòu)。其上端同蒸汽分配管焊接，下端與凝結(jié)水聯(lián)箱聯(lián)結(jié)。凝汽器下部的變頻軸流風(fēng)機(jī)提供冷卻風(fēng)，冷空氣流量由變頻控制器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)。蒸汽在翅片管內(nèi)被冷凝，同時(shí)，冷卻空氣穿過翅片管外表面帶走熱量。在順流凝結(jié)器翅片管束內(nèi)，凝結(jié)水的流動(dòng)方向與蒸汽流動(dòng)方向相同，大約80％的蒸汽被冷凝，剩余的蒸汽和不凝氣體進(jìn)人逆流凝結(jié)器。逆流單元主要作用是排除不可凝氣體和防凍。在逆流凝結(jié)器翅片管束內(nèi)，水流和蒸汽方向相反。通過這種方式，凝結(jié)水從蒸汽中獲得熱量，避免發(fā)生過冷卻現(xiàn)象而凍結(jié)。凝結(jié)水聯(lián)箱匯集的凝結(jié)水通過回水管道自流到汽機(jī)房排汽裝置。逆流管束的頂部有1個(gè)管箱，凝汽器中的不凝結(jié)氣體通過管箱上的抽空氣管被抽出．與抽真空設(shè)備相連接。抽真空設(shè)備由3臺水環(huán)式真空泵組成，啟動(dòng)時(shí)，3臺泵均需投人運(yùn)行；在正常運(yùn)行時(shí)．1臺真空泵運(yùn)行即可維持真空。該空冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)為：排氣裝置與凝結(jié)水箱合二為一；在冬季時(shí)．第3列可以在全逆流模式下運(yùn)行．即整列全部從凝結(jié)水聯(lián)箱下部進(jìn)汽。

在冬季啟動(dòng)時(shí)。當(dāng)環(huán)境溫度低于一3 qC和蒸汽載荷小于10％的情況下。ACC將通過第3列以全逆流模式運(yùn)行。該列的凝結(jié)水隔離閥和抽真空隔離閥保持全開，蒸汽隔離閥保持關(guān)閉。其他列的凝結(jié)水隔離閥、抽真空隔離閥、蒸汽隔離閥保持關(guān)閉。通過打開全逆流模式管道上的蒸汽隔離閥．蒸汽從第3列凝結(jié)水聯(lián)箱下部進(jìn)汽．通過逆向流動(dòng)模式獲得冷凝．即剩余蒸汽和不可凝結(jié)氣體向上流動(dòng)，而凝結(jié)水向下流人凝結(jié)水聯(lián)箱。不凝結(jié)氣體在蒸汽分配管頂部匯集．通過安裝在蒸汽分配管上的抽空氣閥被真空泵抽走．殘余的不凝結(jié)氣體匯集到逆流凝汽器管束頂部．被真空泵抽走。

1．3 設(shè)計(jì)運(yùn)行數(shù)據(jù)

直接空冷設(shè)計(jì)運(yùn)行數(shù)據(jù)見表1所示。

2 冬季運(yùn)行防凍措施

2．1 入凍前的設(shè)備防凍措施

設(shè)備出廠要求．環(huán)境溫度低于0 qC，空冷機(jī)組運(yùn)行必須采取防凍措施。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，在設(shè)備方面采取如下防凍措施：

(1)將第6列進(jìn)汽蝶閥、抽真空閥、凝結(jié)水閥關(guān)閉嚴(yán)密．馬達(dá)停電。因臨時(shí)端沒有擋風(fēng)墻，為減少從臨時(shí)端進(jìn)人空冷散熱器的風(fēng)量．在第6列散熱器上覆蓋帆布；

(2)將每列的第1單元(即從北數(shù)第1排風(fēng)機(jī))空冷風(fēng)機(jī)停電．在風(fēng)機(jī)人口防護(hù)網(wǎng)上用帆布封堵；

(3)每列的進(jìn)汽蝶閥加裝半熱帶；

(4)運(yùn)行中將每列人行道的門關(guān)閉，減少風(fēng)在各單元之間的流動(dòng)；

(5)進(jìn)行空冷島系統(tǒng)的正壓氣密性試驗(yàn)，對系統(tǒng)進(jìn)行查漏堵漏，要特別注意檢查安全門、防爆門的嚴(yán)密性。

2．2 機(jī)組啟、停時(shí)的防凍措施

2．2．1 冬季機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)的防凍措施

(1)冬季機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)鍋爐點(diǎn)火前，應(yīng)檢查汽機(jī)高、低旁關(guān)閉，主、再熱蒸汽管道疏水至疏水?dāng)U容器截門關(guān)閉，疏水檢查門開啟。鍋爐點(diǎn)火，汽機(jī)抽真空，以防真空系統(tǒng)變?yōu)檎?，防爆門、安全門動(dòng)作?？绽涞?span lang=EN-US>3列投逆流運(yùn)行方式，空冷程控投人自動(dòng)模式：

(2)鍋爐通過過熱器疏水和集汽聯(lián)箱排大氣進(jìn)行升溫升壓。汽機(jī)高、低旁在爐側(cè)壓力達(dá)到1．5 MPa、溫度在200 qC左右時(shí)開啟，低旁盡量開大，高旁保持開度在60％ 。保障進(jìn)人空冷散熱器中有更多的蒸汽，并根據(jù)主汽壓力進(jìn)行調(diào)整、減緩結(jié)凍的可能性：

(3)主、再熱蒸汽管道疏水在汽機(jī)高、低旁開啟后．方可允許開啟至疏水?dāng)U容器截門：

(4)在空冷系統(tǒng)進(jìn)汽前應(yīng)檢查各系統(tǒng)投人正常．盡可能的加快啟動(dòng)速度．盡量縮短小流量蒸汽進(jìn)人空冷系統(tǒng)的時(shí)間：

(5)合理調(diào)整燃燒，盡快達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)參數(shù)，減少空冷島內(nèi)小流量蒸汽的進(jìn)汽時(shí)間。在機(jī)組并網(wǎng)后．及時(shí)安排鍋爐啟動(dòng)第2臺磨煤機(jī)并調(diào)整燃燒．加快帶負(fù)荷的速度．使蒸汽流量能盡快達(dá)到150 t／h以上．其主要意圖是加大蒸汽流量，使得整個(gè)翅片管束的流程中都能存在汽水混合物．減小結(jié)凍的可能性；

(6)并網(wǎng)后，隨著負(fù)荷增加，機(jī)組背壓增加，按4、2、5、1列的順序，逐漸投人各列運(yùn)行；

(7)在50～100 MW 期間緩慢升負(fù)荷．加強(qiáng)對排汽裝置的水位控制。

2．2．2 冬季機(jī)組掉閘及熱態(tài)啟動(dòng)防凍措施

(1)在機(jī)組掉閘時(shí)．進(jìn)人空冷系統(tǒng)的蒸汽量驟然減小，此時(shí)進(jìn)人空冷島的蒸汽為排汽裝置內(nèi)積存的高溫水的汽化、部分管道內(nèi)的積水、積汽以及汽封漏汽．蒸汽量不會(huì)太大。此時(shí)，主、再熱蒸汽系統(tǒng)的疏水不得開啟，其原因是：開啟后，蒸汽的流量相對會(huì)大一些．此時(shí)發(fā)生結(jié)凍的可能性會(huì)更大；而且開啟疏水主再熱蒸汽的溫度會(huì)下降得更快，不利于機(jī)組的恢復(fù)：

(2)鍋爐滅火，及時(shí)關(guān)閉減溫水，機(jī)組盡快減負(fù)荷到零。汽機(jī)掉閘，鍋爐維持溫度、壓力穩(wěn)定，汽機(jī)檢查具備啟動(dòng)條件則重新啟動(dòng)。主汽門前汽溫高于汽機(jī)上缸內(nèi)壁金屬溫度時(shí)，高、低壓旁路可不開啟，直接進(jìn)行沖車；若汽溫低于允許參數(shù)(450 c【=】，拉升汽溫時(shí)．高旁開度要在60％左右、低旁全開；

(3)汽機(jī)掛閘沖轉(zhuǎn)前，開啟主、再熱蒸汽管道疏水。拉干凈疏水后方可沖轉(zhuǎn)；

(4)盡量加快機(jī)組啟動(dòng)和帶負(fù)荷速度，使空冷系統(tǒng)大流量進(jìn)汽，降低結(jié)凍可能性；

(5)機(jī)組掉閘后，檢查背壓變化情況和風(fēng)機(jī)及每列散熱器停運(yùn)的情況．檢查停運(yùn)列的進(jìn)汽隔離閥和凝結(jié)水閥、抽真空閥關(guān)閉嚴(yán)密，防止因進(jìn)汽量小而使散熱器結(jié)凍。背壓維持在2O一25 kPa，太低時(shí)可停止真空泵運(yùn)行，背壓高于30 kPa時(shí)啟動(dòng)備用真空泵。

2．2．3 冬季機(jī)組停機(jī)時(shí)的防凍措施

(1)機(jī)組滑停，隨著空冷島進(jìn)汽量的減少，維持背壓在15～20 kPa運(yùn)行，檢查程控動(dòng)作情況，并按1、5、2、4的順序停運(yùn)散熱器，用紅外線測溫儀檢測進(jìn)汽隔離門后溫度。停機(jī)后除特殊原因(軸系問題等)盡量不破壞真空，使停機(jī)后系統(tǒng)內(nèi)的存水、存汽能及時(shí)得到凝結(jié)，排汽缸不出現(xiàn)超溫現(xiàn)象(一般在停機(jī)24 h后破壞真空)：

(2)機(jī)組打閘后，關(guān)閉所有進(jìn)排汽裝置的疏水，檢查高、低旁及主汽門關(guān)閉的嚴(yán)密性。機(jī)組停運(yùn)后，要定期啟動(dòng)真空泵運(yùn)行，防止真空泵人口結(jié)冰而影響啟動(dòng)或凍壞設(shè)備。

2.3 機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)的防凍措施

2．3．1 空冷防凍重點(diǎn)檢查部位

當(dāng)汽輪機(jī)的進(jìn)汽量大于7O％額定進(jìn)汽量時(shí)．采暖供熱可以投入運(yùn)行。環(huán)境溫度越低，采暖抽汽量越大，進(jìn)入空冷島的蒸汽量越少，對空冷島的防凍更加困難?？绽鋶u防凍必須設(shè)專人進(jìn)行檢查，每2 h時(shí)上空冷島檢查1次，采用紅外線點(diǎn)溫儀及手感方式測溫度，并對指定部位的溫度作好記錄。重點(diǎn)檢查部位如下：

(1)各投運(yùn)列順流管束下部、逆流管束上部；重點(diǎn)檢查部位為第3單元2片順流管束下部及8片逆順管束上部的管束溫度；

(2)各未投運(yùn)列進(jìn)汽閥、凝結(jié)水閥、抽空氣閥等閥門前、后溫度；

(3)空氣抽出管、凝結(jié)水管溫度。

2.3．2 運(yùn)行過程中各參數(shù)控制

(1)背壓設(shè)定15～20 kPa；

(2)空冷風(fēng)機(jī)在自動(dòng)方式下運(yùn)行，各運(yùn)行風(fēng)機(jī)盡量控制在同一頻率：

(3)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，排汽溫度與凝結(jié)水回水溫度之差(過冷度)不大于3℃，否則要調(diào)整排汽背壓降低過冷度：

(4)空氣抽出管的溫度與凝結(jié)水溫度的溫差控制在1O一15℃ 以內(nèi)：

(5)由于供熱蝶閥后(即低壓缸進(jìn)汽)沒有壓力表，為保護(hù)低壓缸末級葉片和保障空冷島正常運(yùn)行中最低進(jìn)汽量，需控制6段(17／21級后)抽汽壓力不低于0．055 MPa；

2．3.3 正常運(yùn)行中空冷島運(yùn)行參數(shù)的控制與調(diào)整

(1)背壓的調(diào)整：根據(jù)環(huán)境溫度設(shè)定排汽背壓，當(dāng)環(huán)境溫度較低、機(jī)組抽汽量大、空冷島進(jìn)汽量小時(shí)，背壓可設(shè)置高一些。當(dāng)機(jī)組背壓降低，接近設(shè)定值的0．6倍．有可能跳步解列某一列散熱器時(shí)，為防止該列進(jìn)汽隔離閥頻繁開、關(guān)，造成隔離閥密封面不嚴(yán)，以致漏汽產(chǎn)生結(jié)凍的可能性發(fā)生，此時(shí)應(yīng)將空冷自動(dòng)運(yùn)行解為手動(dòng)，采用風(fēng)機(jī)降速或停運(yùn)的方法以降低對流換熱強(qiáng)度，避免進(jìn)汽隔離閥的頻繁開、關(guān)。當(dāng)機(jī)組抽汽量較大，背壓較低，需解列一列散熱器運(yùn)行時(shí)，應(yīng)將進(jìn)汽隔離閥手動(dòng)關(guān)嚴(yán)，并定期測試門后溫度。在環(huán)境溫度低于一3。C時(shí)，投運(yùn)的逆流風(fēng)機(jī)每隔1 h停運(yùn)5 min。在自動(dòng)方式下運(yùn)行時(shí)，排汽背壓一般設(shè)定較高，無特殊情況，不得降低。另外環(huán)境溫度較低時(shí)，盡量采用運(yùn)行2臺真空泵，以減少空氣在空冷系統(tǒng)的聚集。

當(dāng)環(huán)境溫度較高、空冷島進(jìn)汽量較大時(shí)，或空氣抽出管的溫度與凝結(jié)水溫度的差值較接近時(shí)，背壓可設(shè)置低一些，此時(shí)運(yùn)行較為經(jīng)濟(jì)。當(dāng)環(huán)境溫度大于O。C時(shí)，背壓可設(shè)置在lO～15 kPa運(yùn)行。

(2)空氣抽出管的溫度與凝結(jié)水溫度差值的監(jiān)視與調(diào)整，是空冷凝結(jié)器整體運(yùn)行情況的反映，運(yùn)行中要加強(qiáng)對散熱器翅片溫度和對空氣抽出管的溫度與凝結(jié)水溫度的差值的檢查與調(diào)整。當(dāng)環(huán)境溫度較低或空冷島進(jìn)汽量較小時(shí)。空氣抽出管的溫度與凝結(jié)水溫度的差值較大．此時(shí)易造成空冷系統(tǒng)結(jié)凍，可采用增加負(fù)荷、停運(yùn)風(fēng)機(jī)、使風(fēng)機(jī)倒轉(zhuǎn)．或啟動(dòng)備用真空泵，對逆流區(qū)內(nèi)蒸汽和不凝結(jié)氣體進(jìn)行強(qiáng)制流動(dòng)，使管束溫度上升或達(dá)到減少空氣抽出管的溫度與凝結(jié)水溫度的差值．使部分凍結(jié)的管束迅速融化。

(3)加強(qiáng)對凝結(jié)水溶氧的監(jiān)視與調(diào)整：凝結(jié)水溶氧大或不合格，反映出空冷系統(tǒng)嚴(yán)密性較差。真空系統(tǒng)漏泄，易造成局部系統(tǒng)凍結(jié)，此時(shí),可適當(dāng)提高低壓缸汽封進(jìn)汽壓力，并對安全門、防爆門、負(fù)壓系統(tǒng)進(jìn)行查漏、堵漏工作，直至溶氧合格。

(4)凝結(jié)水過冷卻度：正常情況下凝結(jié)水過冷卻度控制在3。c之內(nèi)，空冷系統(tǒng)聚集空氣或環(huán)境溫度越低、進(jìn)汽負(fù)荷越小的情況下，凝結(jié)水過冷卻度越大。此時(shí)也越容易造成局部系統(tǒng)凍結(jié)?？刹捎迷黾迂?fù)荷、啟動(dòng)備用真空泵、停運(yùn)風(fēng)機(jī)或使風(fēng)機(jī)倒轉(zhuǎn)的方法進(jìn)行調(diào)整，以減少凝結(jié)水過冷卻度。

3 結(jié)束語

2006年一2007年采暖期，包頭第二熱電廠3號直接空冷供熱機(jī)組最大采暖抽汽量為380 t／h，直接空冷系統(tǒng)運(yùn)行正常，特別是在尖寒期機(jī)組分別啟、停4次。沒有結(jié)凍現(xiàn)象，反映出防凍措施正確、執(zhí)行到位。其他同類型電廠可借鑒