一、技術背景

近年來間接空冷機組由于它具有顯著的節(jié)水能力,在我國北方缺水地區(qū)得到了廣泛的應用。隨著間接空冷技術的普遍應用隨之而來的問題也逐漸凸顯，由于間接空冷機組的自身結構原因，其設計運行背壓就高于水冷機組。夏季由于間接空冷機組的間冷塔散熱能力差，導致凝汽器的換熱效果不好，機組始終維持在高背壓運行，經(jīng)濟效益差；冬季環(huán)境溫度較低時間冷塔散熱能力極大提高，凝汽器的換熱效果較好，如允許機組可以在阻塞背壓附近運行，降低背壓大大提高經(jīng)濟效益。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)散熱器管束冬季結冰的關鍵參數(shù)和臨界條件，對冬季極端天氣影響機組安全運行的原因、機理進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)，實現(xiàn)精準控制，降低機組背壓，節(jié)省發(fā)電煤耗，提高機組經(jīng)濟性，使得本課題具有向同類型電廠推廣的價值。

二、優(yōu)化運行保障措施

為了在實踐中更好地解決間冷塔扇區(qū)散熱器管束的防凍問題，必須首先對散熱器管束凍結機理有比較清楚的了解。散熱器的散熱大致分為3個過程：⑴ 散熱器管束內(nèi)熱水與管內(nèi)壁的對流換熱；⑵ 散熱器管束內(nèi)壁與外壁的導熱；⑶ 散熱器管束外壁及表面與冷空氣的對流換熱。散熱器管束凍壞應有兩個條件：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。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)生主要有以下幾個原因：

1、百葉窗關閉不嚴；

2、機組啟停機影響；

3、火電機組承擔綠色能源調(diào)峰任務，負荷會降得很低，進入間冷塔的汽量減少。

間冷塔散熱器管束凍害的發(fā)生，會嚴重影響機組安全經(jīng)濟運行，因此我公司研制了專利號為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幕、收納罩、動力滾筒、驅動裝置、軌道、控制系統(tǒng)等組成。防凍裝置設置在百葉窗外側，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；每個防凍裝置有兩個豎直設置的軌道安裝在散熱散熱管束外側，動力滾筒通過各自的卷動拉繩控制一個擋風幕，一個或多個擋風幕依次上下平鋪設置在兩個軌道之間；動力滾筒和驅動裝置安裝在扇區(qū)散熱器上部的收納罩里；擋風幕由上至下關閉，由下至上開啟，每個防凍裝置設有就地控制箱，可實現(xiàn)就地或遠程單個控制，也可實現(xiàn)就地或遠程編組控制。通過調(diào)節(jié)擋風幕的開合度來改變進風口實際進風面積，調(diào)節(jié)進風量，進而達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。實現(xiàn)冬季防風可控，滿足散熱管束的防凍要求，并能保持機組在阻塞背壓附近安全經(jīng)濟運行（如圖1所示）。

圖1   間接空冷機組冷卻塔防凍裝置

三、機組經(jīng)濟運行背壓優(yōu)化空間

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

1、機組概況

華電集團新疆準東五彩灣發(fā)電有限公司一期工程為2×350MW超臨界燃煤機組，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)變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、采用前后墻對沖燃燒方式、平衡通風、緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結構Π型鍋爐。汽輪發(fā)電機組由東方汽輪機廠生產(chǎn)的NJK350-24.2/566/566汽輪機組，本汽輪機超臨界，一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、間接空冷凝汽式汽輪機。#1機組、#2機組分別于2012年11月27日和2012年12月19日通過168小時試運行移交生產(chǎn)，兩臺機組分別配備一臺間冷系統(tǒng)，間冷系統(tǒng)共6個扇區(qū)，每個扇區(qū)設計22個冷卻三角，每個冷卻三角設計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)能技術股份有限公司生產(chǎn)。新疆準東五彩灣發(fā)電有限公司是間冷系統(tǒng)在高寒地區(qū)的首臺機組，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組的安全過冬，是我國高寒地區(qū)間冷機組面臨的嚴峻考驗。

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

2013年正式投運后，冬季扇區(qū)投運過程頻繁發(fā)生散熱管束爆管問題，后經(jīng)過專業(yè)會議討論，根據(jù)環(huán)境溫度調(diào)整扇區(qū)進、回水溫度、扇區(qū)退出后運行、檢修實施相應防范措施等方式后，扇區(qū)散熱管束凍裂情況有所緩解。正常運行中的扇區(qū)集控盤面應監(jiān)視：排空立管液位不低于9m、進回水壓差＞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)旁路閥關閉嚴密、地下儲水箱液位與扇區(qū)投運數(shù)量對應，各扇區(qū)回水溫度按如下標準控制：

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

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

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

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

間冷機組在冬季極寒環(huán)境下運行，其冷凝能力受環(huán)境風力的影響較大，雖然百葉窗關閉，但因百葉窗兩側邊有4-5mm間隙、百葉窗變形等因素關閉不嚴，漏風較大。特別是在冬季低負荷運行狀態(tài)下，嚴寒大風天氣對間接式冷卻塔迎風面換熱散熱管束的凍裂時有發(fā)生，給安全運行產(chǎn)生很大的影響，影響機組平穩(wěn)運行，制約機組經(jīng)濟運行和安全運行。在沒有其它好的防凍方法之前，多數(shù)廠家用加熱器對未進入換熱器的水提前加溫，因進入換熱器水量巨大，這樣造成有效熱能的極大浪費。加熱器增加大了管道阻力，如不加加熱器，極寒大風天氣隨時可能將換熱器凍裂，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更換，待環(huán)境氣溫升高的時候會嚴重影響機組背壓，高背壓運行會嚴重影響發(fā)電的經(jīng)濟指標，所以如何保證間接式冷卻塔散熱散熱管束在極寒大風天氣不被凍裂，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行機理

傳統(tǒng)百葉窗為目前間接式冷卻塔設計的標準配置，8000㎡冷卻散熱管束表面百葉窗分為132組，入冬季防寒時安裝規(guī)程為隨溫度逐漸降低和風向分組關閉百葉窗。

經(jīng)過我公司與專業(yè)高校合作進行數(shù)字模型的建立，確定了溫度場的變化曲線，對冷卻三角散熱管束的測溫點和測溫部位進行優(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冷卻三角散熱管束的回水溫度；同時數(shù)據(jù)處理及控制模塊用于對多個冷卻三角循環(huán)水的回水溫度信號進行集中處理，并根據(jù)所述預設的冷卻三角循環(huán)水回水溫度的設定閾值以及測量值，分別精準給出通風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行，從而達到及時、精確的調(diào)控機組背壓，最大限度地降低發(fā)電煤耗，進而提高機組運行的經(jīng)濟性（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控制系統(tǒng)》完全符合間接式冷卻塔防寒設計原則，可以起到防止散熱管束和管道結冰的作用，同時可調(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，使汽輪機在最接近阻塞背壓下運行，達到節(jié)能效果。

《一種基于帶防凍裝置的間接式冷卻塔的自動控制系統(tǒng)》通過對間冷塔本體每個冷卻三角的循環(huán)水回水溫度進行單獨控制，即通過溫度傳感器得到的測量值與設定的溫度閾值進行對比，達到對每個冷卻三角循環(huán)水回水溫度進行控制的目的，只有當冷卻三角循環(huán)水真實溫度低于設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閉百葉窗及防凍裝置，進而防止管束結凍；在管束不結凍的情況下，保證每個冷卻三角的循環(huán)水回水溫度始終處于最低值，從而達到降低背壓的目的，進而提高機組整體的經(jīng)濟性能；帶防凍裝置的間接式冷卻塔的自動控制系統(tǒng)可保證機組背壓始終維持在阻塞背壓附近，保證機組在冬季處于最經(jīng)濟的狀態(tài)下運行；當機組在負荷低、環(huán)境溫度低的環(huán)境條件下，通過及時、精準的調(diào)控手段防止間接式冷卻塔的管束凍害，確保機組的安全運行。

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

《一種基于帶防凍裝置的間接式冷卻塔的自動控制系統(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。

●間接式冷卻塔防凍裝置的擋風幕上升、下降雙向及開度均可就地或遠程控制；

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

●春秋季大風天氣下，可以將迎風面擋風幕適當關閉，改善側風影響；

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

●在冬季機組啟停機冷卻三角注水時，完全關閉關閉擋風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)水溫度進行就地控制防凍裝置擋風幕的上升、下降，通過擋風幕的動作來改變進風口實際進風量，進而達到防凍和運行背壓調(diào)整的目的。

四、結束語

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