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[摘 要]结合定洲电厂两台660MW直接空冷机组的实际情况，分析了空冷系统冻结的原理，提出了直接空冷系统在冬季启停和运行过程中采取的具体措施，有效解决了直接空冷系统在冬季运行的冻结问题。
[关键词]直接空冷机组；防冻；空冷风机
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06-0188-01
1、前言
神华河北国华定洲发电厂二期工程机组汽轮机为哈尔滨汽轮机厂生产的CLNZK660-24.2/566/566型超临界、一次中间再热、单轴、二缸二排汽、直接空冷凝汽式汽轮机。空冷凝汽器由8排A型拱顶散热翅片管组成，每排由7个单元组成，其中1、3、4、5、7为顺流单元，2、6为逆流单元，每个单元配置一台轴流变频调速冷却风机。
汽轮机低压缸排汽通过两根水平排汽管道从主厂房引至室外，向上爬升至一定高度后，分成两根干管，再从每根干管分别引出两根支管至空冷凝汽器顶部的蒸汽分配管，80% 的排汽在顺流管束中被冷凝，不凝结气体在逆流管束的顶部附近聚集并被抽真空系统抽出。定洲电厂位于河北省中部偏西，华北平原西缘，属暖温带半干旱季风气候，冬季寒冷少雪，冬季最低温度-20.2℃。因此，定洲电厂冬季两台机组的防冻问题必须引起足够的重视。
2、直接空冷系统冻结的原因
直接空冷机组以环境空气作为汽轮机排汽的冷却介质，环境空气在轴流风机的作用下流过空冷凝汽器的翅片管束，将凝汽器内的汽轮机排汽凝结为水。汽轮机排汽为湿蒸汽，凝汽器热负荷为汽轮机排汽焓与凝汽器出口凝结水的焓差。考虑到空冷凝汽器的作用是将汽轮机排汽中未冷凝的饱和蒸汽凝结为水，因此使用饱和蒸汽凝结为水所释放的热量表示凝汽器热负荷。
冬季环境温度低于0℃时，冷却空气温度低，空冷凝汽器散热过多，使得凝结水温度过低，排汽或凝结水在散热器内结冰，无法实现正常的汽水循环流动，从而阻塞空冷凝汽器内汽水工质的正常凝结和流动，如果不及时处理，可能因管道机械负载大和冲击振动以及大面积冰冻而造成设备损坏。
以上分析可以看出，空冷系统的翅片管冻结受两大因素的影响：① 管内热负荷过小；② 管外冷负荷过大；因此，空冷系统的防冻应从这两个因素入手。
2.1 管内热负荷过小
空冷凝汽器热负荷为单位质量蒸汽热负荷与蒸汽量的乘积。空冷凝汽器管内热负荷过小的原因为：①单位质量蒸汽热负荷过小；②蒸汽量过小；
2.1.1 单位质量蒸汽热负荷过小
翅片管内凝结的水只有在温度下降到0℃以下才会冻结，单位质量蒸汽热负荷暂定为汽轮机排汽焓与0℃凝结水的焓差。汽轮机排汽焓与汽轮机排汽背压成比例关系，排汽背压越高，排汽焓值越大。因此，为了提高单位质量蒸汽热负荷，可适当提高机组背压。
2.1.2 蒸汽量过小
机组冬季启动、停机或低负荷运行时，蒸汽流量小，翅片管内热负荷低，容易发生冻结现象。因此，应采取各种措施增大蒸汽流量，减少空冷岛接受较低蒸汽流量的时间，可分别采取以下措施：①启动时：在满足锅炉升温升压要求下，尽快增加燃料量，保证旁路开启时进入空冷岛的蒸汽量大于最小防冻蒸汽量；②停机时：尽早开启低压旁路，增大空冷岛的进汽量。停机后，尽快将空冷岛翅片管、凝结水管内的水排尽，并通过抽空气系统抽尽残存蒸汽，保证空冷凝汽器内部不留存水和蒸汽。③低负荷运行时：节假日夜间，定州电厂二期两台机组要参与河北南网的调峰，负荷可能降至240MW，空冷岛风机全停后背压仅能维持在7Kpa，此时可投入2、6列逆流风机反转，提高翅片管所处空气温度，以度过这段难熬的时间。
2.2 管外冷负荷过大
翅片管管外冷负荷为轴流风机旋转带来的冷空气。冷空气的冷负荷为单位质量空气冷负荷与空气量的乘积。空冷岛冷负荷过大的原因为：①单位质量空气冷负荷过大；②冷空气量过大；
2.2.1 单位质量空气冷负荷过大
单位质量冷空气的冷负荷仅与空气温度有关，空气温度越低，单位质量冷空气的冷负荷越大。空冷岛最容易冻结的部位在逆流段，为了满足防冻要求，将空冷岛每排的2、6号逆流风机设计成具有反转功能。在逆流段翅片管有冻结危险时，将逆流风机调整为反转运行，抽吸顺流风机吹向空冷岛上方的热空气来加热逆流段，提高吹向逆流管束的空气温度，以防止逆流段翅片管的冻结。
2.2.2 冷空气量过大
冷空气量与空冷风机的转速和环境风速有关，在风速较小情况下，风机转速越快，冷空气量越大。随着环境温度和机组负荷的降低，应及时降低空冷风机的转速甚至停止风机运行，以减少通过翅片管的冷空气量。
3、直接空冷系统的防冻
3.1 启动过程的防冻
（1）冬季环境温度低，启动初期空冷系统不能进汽，当过热器压力达到1.5 MPa时，投入高低压旁路，同时锅炉增加燃料，空冷岛进汽量在30 分钟内达到其额定汽量的20%以上。
（2）汽轮机采用高中压联合启动的方式冲车，启动过程中，应控制机组背压始终≥10KPa。
（3）空冷凝汽器进汽后严密监视各排凝结水温度和抽空气温度，凝结水下联箱温度≥30℃，抽空气管温度≥20℃。
3.2 正常运行中的防冻
（1）机组在冬季正常运行期间，如果环境温度低于2℃，机组负荷400MW以上时，维持背压在7.5～8.5KPa；机组负荷400MW以下时，维持背压在8.0～9.0KPa。
（2）当环境温度或机组负荷变化时，及时调整机组背压，保证凝结水下联箱温度≥30℃，抽空气管温度≥20℃，凝结水下联箱两侧温度偏差≤5℃。
（3）若某排抽空气管温度降低或凝结水下联箱温度偏差较大，应降低本排逆流风机转速，直至停止风机运行，若温度偏差仍存在，还应降低本排顺流风机转速，当顺流风机转速降至10Hz仍不能维持机组背压时，应逐台停止顺流风机运行，停风机时应先停第1列，其次为3、4、5列，最后为第7列。
（4）夜间调峰时，机组负荷最低降至240MW，全停空冷风机时机组背压仍<8.0KPa，此时可投入2、6列逆流风机反转，提高翅片管所处空气温度，维持机组背压在8.0KPa以上。
（5）冬季大雾时，空冷凝汽器散热管束表面易出现结霜现象。大雾期间，应加强空冷凝汽器就地检查，发现散热管束表面结霜时，应及时降低本风机转速直至停止。
3.3 停机过程中防冻措施
（1）冬季滑参数停机过程中，为了避免空冷凝汽器内部出现大量结冰现象，应满足空冷凝汽器防冻所需的最小热量，机组在滑停过程中通过旁路系统配合来保证机组背压≥10KPa，根据背压变化情况降低风机转速，直至风机全部停止。
（2）冬季停机过程中，应设专人对空冷岛各排凝结水下联箱及散热管束进行就地温度实测，有异常时应开大旁路增加空冷岛的进汽量。
（3）锅炉MFT后，关闭高低压旁路，关闭主、再热蒸汽至排汽装置的所有疏水门，通过抽空气系统尽快抽尽翅片管内残存蒸汽，保证翅片管不留存水和蒸汽。
4、结论
环境温度低时，避免小流量蒸汽长时间通过空冷散热器是防止空冷凝汽器管束冻结的有效办法。运行中充分考虑空冷凝汽器背压和旁路控制，密切监视各排凝结水收集联箱的凝结水和抽空气管的温度变化，发现异常及时调整，有效防止了空冷凝汽器冻结。在冬季环境温度低的华北地区，直接空冷机组采取上述防冻措施，能够保证直接空冷机组安全、经济运行。
参考文献
[1] 孙立国，孙康明，田亚钊.直接空冷机组冬季启停冻结问题及防范措施.电力设备，2006，（10）：70～72.
[2] 段刚，耿真.直接空冷机组冷却系统防寒防冻措施。吉林电力，2006，（10）：39～40.
[3] 华北电力大学.高寒地区直接空冷系统运行技术研究——结题报告.
[关键词]直接空冷机组；防冻；空冷风机
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06-0188-01
1、前言
神华河北国华定洲发电厂二期工程机组汽轮机为哈尔滨汽轮机厂生产的CLNZK660-24.2/566/566型超临界、一次中间再热、单轴、二缸二排汽、直接空冷凝汽式汽轮机。空冷凝汽器由8排A型拱顶散热翅片管组成，每排由7个单元组成，其中1、3、4、5、7为顺流单元，2、6为逆流单元，每个单元配置一台轴流变频调速冷却风机。
汽轮机低压缸排汽通过两根水平排汽管道从主厂房引至室外，向上爬升至一定高度后，分成两根干管，再从每根干管分别引出两根支管至空冷凝汽器顶部的蒸汽分配管，80% 的排汽在顺流管束中被冷凝，不凝结气体在逆流管束的顶部附近聚集并被抽真空系统抽出。定洲电厂位于河北省中部偏西，华北平原西缘，属暖温带半干旱季风气候，冬季寒冷少雪，冬季最低温度-20.2℃。因此，定洲电厂冬季两台机组的防冻问题必须引起足够的重视。
2、直接空冷系统冻结的原因
直接空冷机组以环境空气作为汽轮机排汽的冷却介质，环境空气在轴流风机的作用下流过空冷凝汽器的翅片管束，将凝汽器内的汽轮机排汽凝结为水。汽轮机排汽为湿蒸汽，凝汽器热负荷为汽轮机排汽焓与凝汽器出口凝结水的焓差。考虑到空冷凝汽器的作用是将汽轮机排汽中未冷凝的饱和蒸汽凝结为水，因此使用饱和蒸汽凝结为水所释放的热量表示凝汽器热负荷。
冬季环境温度低于0℃时，冷却空气温度低，空冷凝汽器散热过多，使得凝结水温度过低，排汽或凝结水在散热器内结冰，无法实现正常的汽水循环流动，从而阻塞空冷凝汽器内汽水工质的正常凝结和流动，如果不及时处理，可能因管道机械负载大和冲击振动以及大面积冰冻而造成设备损坏。
以上分析可以看出，空冷系统的翅片管冻结受两大因素的影响：① 管内热负荷过小；② 管外冷负荷过大；因此，空冷系统的防冻应从这两个因素入手。
2.1 管内热负荷过小
空冷凝汽器热负荷为单位质量蒸汽热负荷与蒸汽量的乘积。空冷凝汽器管内热负荷过小的原因为：①单位质量蒸汽热负荷过小；②蒸汽量过小；
2.1.1 单位质量蒸汽热负荷过小
翅片管内凝结的水只有在温度下降到0℃以下才会冻结，单位质量蒸汽热负荷暂定为汽轮机排汽焓与0℃凝结水的焓差。汽轮机排汽焓与汽轮机排汽背压成比例关系，排汽背压越高，排汽焓值越大。因此，为了提高单位质量蒸汽热负荷，可适当提高机组背压。
2.1.2 蒸汽量过小
机组冬季启动、停机或低负荷运行时，蒸汽流量小，翅片管内热负荷低，容易发生冻结现象。因此，应采取各种措施增大蒸汽流量，减少空冷岛接受较低蒸汽流量的时间，可分别采取以下措施：①启动时：在满足锅炉升温升压要求下，尽快增加燃料量，保证旁路开启时进入空冷岛的蒸汽量大于最小防冻蒸汽量；②停机时：尽早开启低压旁路，增大空冷岛的进汽量。停机后，尽快将空冷岛翅片管、凝结水管内的水排尽，并通过抽空气系统抽尽残存蒸汽，保证空冷凝汽器内部不留存水和蒸汽。③低负荷运行时：节假日夜间，定州电厂二期两台机组要参与河北南网的调峰，负荷可能降至240MW，空冷岛风机全停后背压仅能维持在7Kpa，此时可投入2、6列逆流风机反转，提高翅片管所处空气温度，以度过这段难熬的时间。
2.2 管外冷负荷过大
翅片管管外冷负荷为轴流风机旋转带来的冷空气。冷空气的冷负荷为单位质量空气冷负荷与空气量的乘积。空冷岛冷负荷过大的原因为：①单位质量空气冷负荷过大；②冷空气量过大；
2.2.1 单位质量空气冷负荷过大
单位质量冷空气的冷负荷仅与空气温度有关，空气温度越低，单位质量冷空气的冷负荷越大。空冷岛最容易冻结的部位在逆流段，为了满足防冻要求，将空冷岛每排的2、6号逆流风机设计成具有反转功能。在逆流段翅片管有冻结危险时，将逆流风机调整为反转运行，抽吸顺流风机吹向空冷岛上方的热空气来加热逆流段，提高吹向逆流管束的空气温度，以防止逆流段翅片管的冻结。
2.2.2 冷空气量过大
冷空气量与空冷风机的转速和环境风速有关，在风速较小情况下，风机转速越快，冷空气量越大。随着环境温度和机组负荷的降低，应及时降低空冷风机的转速甚至停止风机运行，以减少通过翅片管的冷空气量。
3、直接空冷系统的防冻
3.1 启动过程的防冻
（1）冬季环境温度低，启动初期空冷系统不能进汽，当过热器压力达到1.5 MPa时，投入高低压旁路，同时锅炉增加燃料，空冷岛进汽量在30 分钟内达到其额定汽量的20%以上。
（2）汽轮机采用高中压联合启动的方式冲车，启动过程中，应控制机组背压始终≥10KPa。
（3）空冷凝汽器进汽后严密监视各排凝结水温度和抽空气温度，凝结水下联箱温度≥30℃，抽空气管温度≥20℃。
3.2 正常运行中的防冻
（1）机组在冬季正常运行期间，如果环境温度低于2℃，机组负荷400MW以上时，维持背压在7.5～8.5KPa；机组负荷400MW以下时，维持背压在8.0～9.0KPa。
（2）当环境温度或机组负荷变化时，及时调整机组背压，保证凝结水下联箱温度≥30℃，抽空气管温度≥20℃，凝结水下联箱两侧温度偏差≤5℃。
（3）若某排抽空气管温度降低或凝结水下联箱温度偏差较大，应降低本排逆流风机转速，直至停止风机运行，若温度偏差仍存在，还应降低本排顺流风机转速，当顺流风机转速降至10Hz仍不能维持机组背压时，应逐台停止顺流风机运行，停风机时应先停第1列，其次为3、4、5列，最后为第7列。
（4）夜间调峰时，机组负荷最低降至240MW，全停空冷风机时机组背压仍<8.0KPa，此时可投入2、6列逆流风机反转，提高翅片管所处空气温度，维持机组背压在8.0KPa以上。
（5）冬季大雾时，空冷凝汽器散热管束表面易出现结霜现象。大雾期间，应加强空冷凝汽器就地检查，发现散热管束表面结霜时，应及时降低本风机转速直至停止。
3.3 停机过程中防冻措施
（1）冬季滑参数停机过程中，为了避免空冷凝汽器内部出现大量结冰现象，应满足空冷凝汽器防冻所需的最小热量，机组在滑停过程中通过旁路系统配合来保证机组背压≥10KPa，根据背压变化情况降低风机转速，直至风机全部停止。
（2）冬季停机过程中，应设专人对空冷岛各排凝结水下联箱及散热管束进行就地温度实测，有异常时应开大旁路增加空冷岛的进汽量。
（3）锅炉MFT后，关闭高低压旁路，关闭主、再热蒸汽至排汽装置的所有疏水门，通过抽空气系统尽快抽尽翅片管内残存蒸汽，保证翅片管不留存水和蒸汽。
4、结论
环境温度低时，避免小流量蒸汽长时间通过空冷散热器是防止空冷凝汽器管束冻结的有效办法。运行中充分考虑空冷凝汽器背压和旁路控制，密切监视各排凝结水收集联箱的凝结水和抽空气管的温度变化，发现异常及时调整，有效防止了空冷凝汽器冻结。在冬季环境温度低的华北地区，直接空冷机组采取上述防冻措施，能够保证直接空冷机组安全、经济运行。
参考文献
[1] 孙立国，孙康明，田亚钊.直接空冷机组冬季启停冻结问题及防范措施.电力设备，2006，（10）：70～72.
[2] 段刚，耿真.直接空冷机组冷却系统防寒防冻措施。吉林电力，2006，（10）：39～40.
[3] 华北电力大学.高寒地区直接空冷系统运行技术研究——结题报告.