1、北方空冷机组自然通风空冷塔散热器防冻技术总第 89 期第 2 期2004 年 6 月电站辅机PowerStationAuxiliaryEquipmentVo1.89,NO.2June.2004文章编号:16720210(2004)02 002707北方空冷机组自然通风空冷塔散热器防冻技术王佩璋(山西省电力勘测设计院,山西太原 030001)摘要:总结了国内北方空冷机组采用自然通内空冷塔不同散热器的受冻损坏情况 ,研究了与防冻有关联的散热器的排空气与放水技术,分析了受冻机理,完善了防冻措施经验,介绍了防冻新措施.关键词:空冷散热器;受冻损坏;排空气与放水;防冻新措施中图分类号:TM621.7 文
2、献标识码:AAntifreezingTechnologyoftheRadiatorontheAirCoolingTowerwithNaturalDraftofAirCoolingUnitinNorthChinaWANGPe=hang(ElectricProspectingDesnInstituteofShanxiProvince,TaiYuan,Shanxi,030001,China)Abstract:Anewantiffeezingthnoledgehasbeenpresentedinthispaperbasedondamagedstatesofdifferentradiatorsonair
3、oolingtovcers,thnaturaldra:tofairo00IingunitinNorthChina,alsoontheresearchofthetechnologiesofairexhaustandwaterdldJl“ltgeofradiatorconnected,阿 i山 antiffeezing.theanalysisoffreezingmechanismandp 日I9ctexpelilceofantifregmeasu2nmnt.Keyub:air 地 radiatca-;fieezeddarmge;airexhamxardw 缸 dralnsge;nweanti 一
4、e 殴lgnrE 盯僦1 问题的提出近十年来,我国在富煤缺水地区,为寻求建设大型燃煤电厂的技术途径,先后于 80 年代末与 90 年代初,兴建了节水型燃煤电厂 8台 200MW 空冷机组.实践证明,这些空冷机组不仅比同容量湿冷机组可节水 65%,而且若运行维护得当,可达到湿冷机组的同等水平.由于北方已投运的空冷机组多采用自然通风空冷塔,其中空冷散热器有 6 台 200MW采用全铝制并布置在塔外围,竖直安放;另 2台 200MW 采用全钢制并布置在塔内,卧式安放.这些散热器在北方冬季容易受冻损坏,严重时造成水循环中断,被迫停机,而散热器因其修复技术难度和工作量都很大,直接影响电厂安全运行和经济效
5、益.为此,总结其防冻经验,完善防冻措施,研究防冻新技术就十分必要了.收稿日期:20031029作者简介:王佩璋(1932), 男 ,河北怀来人,高级工程师,1966 年毕业于北京水利水电学院水工专业,一直在电力设计院从事火电水工专业技术工作,长期从事火电厂节水,节水型火电空冷技术的设计,研究和教学工作,发表论文百余篇.272 散热器受冻损坏2.1 竖直安放在塔外的全铝制散热器2.1.1 散热器结构及工作原理(1)结构散热器是由若干个冷却柱管束组成.每个冷却柱管束由 3 节长约 5m,共 15m,240根b18mm0.75mm 铝管,上下水室,进,出水短管,q3Omm2.5mm 排空气铝管等组成
6、.每个冷却柱管束,将 240 根铝管分为 6排交错排列的管群,其中 3 排为上升管束,3排为下降管束,构成双流程管束.(2)工作原理热水通过冷却柱管束向上转,朝下流动,与由高大自然通风筒抽吸的经进风口百叶窗进入冷却柱前沿的冷空气进行交叉逆流换热.空冷系统水回路正常运行时,来自冷却柱下方的环形热水管的热水从散热器进水短管进入下水室,经过 3 排上行管束,行程 15m长,与被加热的空气对流换热降温进到上水室,经折流转入 3 排下降管束,行程 15m 长,与新鲜冷空气第二次对流换热降温,汇集到下水室至散热器出口短管,进入冷却柱下方的环形冷水管.冷空气通过 6 排管群受热升温,从空冷塔通风筒排至大气,
7、使循环水得到冷却.空冷系统启动充水很有讲究,热水从散热器出水短管进入下水管,经原来 3 排下降管束进入上水室,冷却柱内的空气通过上水室顶部的排空气支管,接到排气管,经竖管排至大气.按照空冷系统可编程序控制器(PLC)指令,充水时,先对下降管束充水,lOs后再对上行管束充水,这使冷却柱三排管束内的空气也经同一排空气支管排出,使其完成充水.PLC 启动程序设计是为了使冷却柱下降管群与上行管群两侧内部空气同时排出,240 根铝管内的水位同时到达上水室,然后进入正常工作状态.空冷系统水道路的放水也有讲究.关键28是放水子系统应畅通,阀门灵活.2.1.2 散热器受冻损坏情况(1)A 电厂在 1988 年
8、 11 月 #6 机组(200Mw)在运行中由于微机误动而使水轮机停运,旁路节流阀未能自动打开,使水循环中断,在控制盘上又不能远动操作放水,结果使 119 个冷却三角中有 34 个(占 29%)发生不同程度的泄漏,累计有 93 根铝管冻裂(由该塔的 1.6%o).(2)B 电厂在 1993 年 10 月至 1994 年 3月期间,#4 机组(200MW)有 84 个冷却柱(占该塔的冷却柱总数的 39%)冻坏.其中20 个冷却柱属于管束全部冻坏.在 1994 年#5 机组(200Mw)冬季试运,仍有 24 个冷却柱(占 10%)不同程度的冻坏.2.2 卧式安放在塔内的全钢制散热器2.2.1 散热
9、器结构及工作原理(1)结构散热器是由若干个冷却柱管束组成.每个冷却柱管束由一整根长约 15m,175 根,36141.5 椭圆钢管,前,后水室,进,出水短管,排空气管等组成.每个冷却柱管束,将175 根椭圆钢管分为两排交错排列的管群,其中一排为上倾管束,另一排为下坡管束,构成双流程管束.(2)工作原理热水通过冷却柱管束向前,返回流动,与由高大自然通风筒抽吸的进入空冷塔内经百叶窗进入冷却柱前沿的冷空气进行交叉逆流换热,参见图 1,图 2;空冷系统的启动充水和停用或故障放水的控制均采用程序控制.充水可以手动进行,也可自动进行,既可正常充水,也可快速充水,最后用液位开关来监视各扇形段的充水情况,用高
10、位水箱水位来反映系统总压力.冬季正常充水是开启一台充水泵向高位水箱补水至溢流状态.当冬季循环水温上升到 45以上时,关闭准备充水扇形段的放水阀.全关准备充水扇形段百叶窗,稍开扇形图 1C 电厂空冷散热器在塔内的布置.同图 2C 电厂 200MW 燃煤机组用自然通风空冷塔内的 126 个钢制冷却三角散热器卧式锥形布置段进水阀门向扇形段配水管充水,待其充满水后,开启该扇形段出口阀门,由高位水箱快速向冷却三角充水.之后关闭该段放水阀,全开进水阀,扇形段投入运行.2.2.2 散热器受冻损坏情况(1)C 电厂自 1994 年投产至 1998 年 2月,两座空冷塔内的全钢制散热器泄漏者达6275 根,占总
11、根数 88200 根管的 7.1%,变形管达 3296 根占 3.7%,两者共占 10.8%,经济损失达千万元.3 竖直安放在塔外的空冷散热器的排空气与放水坚直散热器配备适宜的排空气与放水系统是保证其散热器安全过冬必不可少的环节.很显然,没有正确的排空气系统,放水也不能畅通,空冷散热器在冬季就会受冻损坏.3.1 竖直散热器的排空气系统散热器由冷却柱群构成,每个冷却柱由上水室排空气支管,空冷塔上环管,扇形段竖管等组成.(1)上水室排空气支管每个冷却柱上水室设有两个排空气支管接口,若一个扇形段有 40 个冷却柱,则有 80 根排空气支管.一台 2o0MW 机组则有 476 根排空气支管,原设计管径
12、为 1 根/25mm,现改为 2 根+36mm.(2)空冷塔上环管用来连接上水室排气支管构成上环管,经125mm 排气管接竖管.(3)扇形段竖管每个扇形段配有一根150mm 竖管,一台 2o0MW 机组则有 6根竖管.这些竖管向上引出直至空冷塔通风筒内壁处,易于排出空气.竖管高度从冷却柱顶部排气管口至竖管顶部,其高度为 3m.竖管直径约为+150mm.竖管加热保温装置现改为“电加热垫一油一竖管内水“三传递加热 ,并在加热垫外面增设保温层.3.2 竖直散热器的放水系统该散热器的放水系统由每个扇形段的放水阀门,放水管道,贮水箱以及安全放水阀门等组成.散热器放水分两种情况,一种是停机放水,另一种是维
13、修放水.停机放水常是由于系统内设备故障而引起,或是冬季时冷却水温低于 12以下而开启安全放水阀门而放水.3.3 卧式安放在塔内的空冷散热器的排空气与放水3.3.1 卧式散热器系统的特点该系统的特点之一是个密闭式冷却水循环系统,在该系统内水面以上的空间完全充满了氮气,与外界大气隔绝.29为保持系统的水循环设置了补水稳压装置.在空冷塔内一定标高处设有高位水箱,塔内零米处设有稳压水泵从塔内地下贮水箱中向系统补水并通过高位水箱溢流管形成循环,保持高位水箱水位恒定,即保持卧式散热器顶部压力恒定,维护系统的水循环.3.3.2 卧式散热器的排空气每个扇形段设有150mrn 排气管与高位水箱相连,以使各扇形段
14、诸散热器顶部能充满水,不会受冻损坏.3.3.3 卧式散热器的放水原设计卧式散热器的放水管道直径为900mm,与排气管150rnm 两者不协调,现放水管径已改为350mm.3.3.4 维持系统稳压,两个高位水箱间水位必须平衡(1)在两个高位水箱的空气侧运行后新近设置了200rnrn,约 200m 长的平衡管,消除了虹吸现象,水系统压力稳定,有利于冬季防冻.经两年多实践证明,这项措施不仅改善了水工况,且有利于冬季防冻,还使泄漏点大为减少(#7 塔由原泄漏点 1009 处,第一年减至 439 处,减少了 57%;第二年减至 291处,共减少 71%,#8 塔亦然),机组夏季出力稍有提高.4 空冷散热
15、器受冻机理分析根据八座空冷塔散热器冬季部分受冻损坏的情况分析,散热器受冻条件一是低于0环境温度的冷空气通过百叶窗进入散热器,二是散热器管群内热水流动缓慢或中断而促成.4.1A,B 两电厂的竖直安放在塔外的全铝制散热器该散热器在进风口处设有百叶窗.造成这种散热器及其连接系统的水流缓慢或中断与下述几项因素有关.4.1.1 在空冷系统稳定运行工况下30(1)由于水轮机(或节流阀)失控与扇形段顶部压力消失或过高,或循环水泵故障或系统严重泄漏,都可造成散热器缺水.(2)混合式凝汽器水位过低,水系统内混入空气,形成气塞.(3)水系统总压与扇形段顶部压力过高或过低水循环受阻.4.1.2 充水,放水情况下(1
16、)扇形段充水过程是扇形段排出空气过程,同时又是扇形段竖管压力形成过程.若充水阶段,扇形段排空气不畅,会造成断水.(2)扇形段放水过程是竖管压力消失过程,容易使水系统形成断水.(3)连续不断地充水放水,放水充水,使水系统放水不净而冻结.4.2C 电厂卧式安放在塔内的全钢制散热器该散热器下侧设有百叶窗,而在进风口处却没有百叶窗.造成这种散热器水位波动,水压不稳与其连接的高位水箱有关.详见 3.2.4 的论述.4.2.1 从空气侧分析卧式散热器受冻机理(1)受冻机理分析C 电厂空冷塔在进风口(高约 15m)处,没有竖直百叶窗,无法控制调节进塔的空气量,这是造成冬季冻裂散热器的原因之一.塔内风速,风温
17、分布不均,对防冻不利.经测定,卧式冷却三角上部部位风速大,风温低,而下部部位风速小,风温高,因此上部位易被冻.5 防冻措施经验5.1 运行中防冻措施经验5.1.1 竖直散热器(1)正常运行时,散热器出口水温受环境温度,进塔热水温度,百叶窗开度影响.根据两个电厂的试验结果来看,在百叶窗不同的开度下,散热器沿程水温分布是有规律的.A 电厂空冷塔试验段出口水温随百叶窗开度增大而相应降低.开度从 0%30%变化 ,2 下降了 18.4,开度从 30%60%,tw2 只下降了 4.97t3,说明 30%开度影响很大.B 电厂空冷塔试验段不仅说明了此问题,而且指出了在百叶窗开度 30%和 45%以下时,散热器管束的最低温度分布在散热
