超临界直接空冷机组调试及运行技术研究

超临界直接空冷机组调试及运行技术研究

刘凯

大唐彬长发电有限责任公司   陕西省咸阳市 713600

摘要：火电生产运行中，如何控制电力生产环节的资源投入已成为行业众多科研人员的关注核心。传统火电发电过程需消耗大量淡水资源，而我国人均淡水资源总量很低，加之历史因素影响，我国北方地区已出现全年缺水的严酷现状。文章针对超临界直接空冷机组调试及运行技术进行初步分析与探讨，希望借此可对相关从业人员起到一定借鉴价值。

关键词：超临界直接空冷；空冷机组调试；运行技术

引言

我国电力生产以煤炭资源为主，而煤炭资源多分布在陕西、山西、内蒙古、新疆等西北内陆地区，这些地区水资源匮乏，极大限制区域火电建设与可持续发展。与传统冷却模式不同，超临界空冷机组同步融合超临界机组的高效节能与空冷机组生产机组，可大幅减少火电生产过程中的水资源消耗，因此，超临界直接空冷机组已成为我国北方地区火电生产的首选建设机制。

1、超临界空冷机组的结构特征

1.1、表面凝汽式间接空冷系统

表面凝汽式间接空冷系统主要分为表面式凝汽器与空冷塔两个部分，其中，冷却水系统为密闭式循环，并由众多表面镀锌的椭圆形钢管外套矩形钢翅片组合而成散热矩阵。与其他散热模式相比，表面凝汽式间接空冷系统所需设备资源较少，散热结构相对简单，且散热过程不会过度消耗电能，冷却水系统与汽水系统保持隔离状态，火电厂可依照二者各自的应用特点对水质进行控制。但表面凝汽式简介空冷系统的冷却水需要进行二次交换，其整体导热能力欠佳，在相同设计气温条件下，汽轮机背压相对较高，因此，系统经济效益并不明显。

1.2、混合式简介空冷系统

混合式间接空冷系统主要由喷射式凝汽器与装有散热器的空冷塔共同组成。混合式间接空冷系统内部，冷却水在进入凝汽器后，将会与汽轮机乏汽混合，进而使其快速冷却。冷却水受热后，多数水体将会在循环泵的带动下输送至空冷塔散热装置中，借助空气对流的作用，将冷却水进行冷却，并继续进入到喷射式凝汽器完成冷却循环。与其他散热系统相比，混合式间接空冷系统整体装置体积相对较小，汽轮机排汽管道很短，整体经济效益明显。但混合式间接空冷系统需要在很小的空间内部署大量设备，系统复杂度较高，实际安装维护难度较大。此外，混合式间接空冷系统采用混合式凝汽器，因此，系统内部冷却水需求总量是锅炉用水的30倍以上，水资源节约效果不明显，且冷却散热过程很容易受到气温与风力影响。

1.3、直接空冷系统

直接空冷系统可将汽轮机的乏汽直接冷却，而冷却介质为空气，空气循环可借助机械装置，整个散热装置则是由众多表面镀锌的椭圆形钢管外套矩形钢翅片组合而成的散热矩阵。与其他冷却模式相比，直接空冷系统一次投资较低，环境适应性良好，可广泛应用于我国各个地区。但直接空冷系统需借助机械装置实现空气循环，风机运行需消耗大量电能，加之冷却空气与汽轮机乏汽直接进行热交换，热能利用率不高。

2、超临界直接空冷汽轮机结构与系统特点

2.1、汽轮机结构特点

超临界直接空冷汽轮机背压较高，蒸汽的焓较低，因此，想要与湿冷汽轮机保持相同的发电出力，则火电厂技术人员则要对汽轮机结构进行升级改造，主要处理汽轮机低压部分的热力设计与动力设计，从整体层面优化汽轮机发电机制，改善发电水平，并减少能源消耗。

2.2、凝气系统结构特征

超临界直接空冷凝气系统中，真空装置需占用较大空间，通常情况下，其体积会达到传统湿冷机组的4倍左右。夏季高温场景下，凝结水的温度多保持在50℃至65℃之间，而这一数值要超出传统湿冷机组很多，因此，为避免温度较高的凝结水对相关设备带来不良影响，火电厂技术人员应注意控制凝结水中钠离子与氧气的整体含量。技术人员可在空冷机组凝结水回水管道位置设置低压除氧器，亦或是采用特制的雾化喷头，进一步改善凝结水除氧效率，避免凝结水的对管道及设备带来不良影响。

2.3、辅机系统结构特点

超临界直接空冷汽轮机组需配备变频空冷风机，且系统内部应额外配备辅机循环水，借此可完成对闭冷水及冷油器等相关装置的冷却作业，为保证辅机循环水运行正常，火电厂也要搭配使用独立的湿冷水塔或机力冷却塔。

2.4、超临界直接空冷机组给水泵结构特点

通常情况下，直接空冷机组需对应三台容量为50%的电动给水泵，而在超临界直接空冷系统内部主汽参数相对较高，给水泵的出口压力需长时间保持在30MPa以上，而给水泵每小时供水量需达到1000吨。

3、超临界直接空冷机组的调试及运行关键技术

3.1、酸洗作业

与其他机组类型不同，超临界直接空冷机组的直流锅炉不会配备汽包，难以快速完成排污作业，因此，系统运行期间对于水质的要求十分严格。为进一步改善冷却机组水质，火电厂技术工作者可从酸洗过程进行管控，做好水质问题的全面把关。对于超临界直接空冷机组而言，其酸洗作业要求很高，且作业范围大，工作人员需同步完成锅炉本体、循环泵、凝汽器以及高低压给水系统的酸洗处理。同时酸洗结束之后，工作人员也要对主要位置进行检查，判断酸洗作业的实际成效。

3.2、吹管作业

调查研究表明，超临界直接空冷机组多采用稳压或降压吹管作业机制。与传统机组相比，超临界机组蓄热量相对较小，此时，采用稳压吹管可有效避免吹管作业自身对锅炉各个承压结构及装置带来负面影响，有效吹管时间更长，吹管效果更好。但是，稳压或降压吹管作业实施过程较为复杂。

具体表现为：吹管作业过程蒸汽流量相对较大，燃烧强度较高，若采用投粉吹管措施，则很容易造成过热器或再热器温度超标；同时，稳压吹管除盐水量消耗很大，若控制工作不严谨，则很容易超出设计补水能力；此外，机组本身需额外配备众多辅机装置，辅助辅汽需求量很大。

稳压吹管作业实施期间，相关人员应在过热器出口位置设置减温水管道，同步安装临时补水系统，进一步提高系统自身对凝汽器的补水能力。同时，火电厂也要对给水泵进行改良，给水泵需满足给水流量在额定工况的30%以上，若超临界直接空冷机组已配备汽泵装置，则火电厂应保证至少投入一台电泵与汽泵。

3.3、空冷系统的热态冲洗

空冷系统热态冲洗过程中，相关作业人员应着重判断化学取样口的实际位置，确保化学取样口低于水箱液面，避免出现放不出水的异常现象。通常情况下，排放出水口应在目视条件下可见，如此可有利于冲洗作业的实时观察与管控。实际应用表明，空冷系统的管道结构很容易出现氧化锈蚀现象，因此，管道安装环境环节，相关人员也要做好清理作业，可使用钢丝刷等辅助装置，对排汽管道等直径较大的管道进行清理，如此可避免后续热态冲洗环节受到干扰。

3.4、空冷系统真空捡漏

超临界直接空冷机组的真空系统体积很大，且机组本身对于真空条件的要求十分严格，因此，火电厂应在设备安装阶段做好空冷系统真空捡漏作业。空冷系统真空捡漏不仅要进行常规的灌水捡漏机制，也要采用正压方式完成气密性试验。正压试验阶段，试验要应保持在0.3bar左右，持续时间为24小时，若试验期间的压降数值不超过50mbar，则说明整体密闭效果可满足应用需求。正压试验结束后，为确保试验结果的准确性，部分设备制造企业也会在正压试验结束1小时后进行负压试验作业，待全部完成后，应及时拆除排汽管道大堵板，并安装防爆膜。

4结束语

超临界直接空冷机组在我国北方地区应用广泛，尤其是适用于煤炭资源丰富而淡水资源相对匮乏区域，节能减排效果相对理想。火电厂应结合实际需求，综合技术应用特点，进一步优化机组选型以及各项工作处理，注重超临界机组运行安全性与稳定性。

参考文献

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