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    • 空冷岛冻结状态监测方法及系统

        在我国北方大部分地区早晚温差较大,冬季夜晚气温可降至-40℃,这时空气冷却能力很强,给冬季的运行防冻带来很大挑战,尤其是机组在冬季启、停及低负荷运行时,所需的空冷换热面积很小,空冷凝汽器管束极易发生冻结,严重影响机组的安全运行[1]。现有的预测冻结手段主要是监测易冻部位温度与冻点温度差值的变化。但当现有系统测温仪显示出监测部位温度异常时,冷却管束往往已发生冻结,说明该预测方法存在滞后,无法准确、快速实时预测空冷凝汽器的冻结情况。滞后的原因是由于监测的是表象,而没有从发生冻结的本质考虑。所以有必要研究一种行之有效的空冷岛冻结状态在线监测方法。

        

        空冷岛一般呈m排n列布置,共有m×n个空冷单元。目前在役空冷岛对每台空冷风机的运行参数都进行监测,但却只监测每排的凝结水温。这样每一空冷单元的气汽两侧的实时换热状况并不清楚,而换热过度还是不足是影响空冷系统优化运行和安全运行的关键[2,3]。只有监测到位,才能全面了解各空冷单元的换热状况。所以,本研究设计了基于空冷单元的多点多参数监测系统,从冻结本质出发,研究空冷岛冻结状态在线监测新技术。

        

        1 基于空冷单元的多点多参数监测系统

        

        针对600MW机组7排8列空冷岛,设计了基于空冷单元的多点多参数监测系统。在空冷岛每一个散热单元安装11个测点:空气进口温度测点1个,安装位置位于空冷风机一侧1.5m处;每个Λ型斜面垂直高度约5cm处安装2个温度传感器测量空气出口温度,安装位置分别为Λ型斜面的1/3和2/3处;冷却管束壁面温度测点传感器每侧2个,安装位置为Λ型斜面的1/2处和靠近顶端的位置,并与出口空气温度测点错开布置;两侧凝结水管内凝结水温度测点安装于凝结水下集箱内部,整个空冷岛共布置616个测点。

        

        空冷凝汽器每排有一逆流空冷单元,用于排出漏入的空气等不凝结气体,维持空冷凝汽器真空(图2)。当环境气温低于0℃时,凝汽器各排逆流单元往往先于顺流单元发生冻结。逆流管束是防冻的重点监测对象,管束表面温度测点布置要多。同时,结合逆流管段的抽气温度,对逆流冷却单元的冻结情况进行综合判断。如若管束壁面温度较低甚至小于0℃时或抽真空气体温度出现异常时,应立即采取相应的措施防止管束发生冻结,如减小风机转速或停运风机,若部分管束已经发生冻结,则需反转风机实施暖管解冻。当环境气温很低时,顺流单元开始出现冻结风险,重点监测各空冷单元凝结水的过冷度。

        

        2 基于空冷单元供需传热平衡的冻结预测方法

        

        空冷单元发生冻结的本质是因为空气提供的冷却量大于汽轮机排汽所需的冷却量。在机组运行中,这两个量都是实时变化的,空气的冷却能力随环境温度的降低和冷却风量的增加而逐渐增强,汽轮机排汽所需冷却量随排汽参数(排汽温度、压力和流量)的变化而不同。根据空冷岛各空冷单元发生冻结的本质,本研究提出了一种新的空冷单元冻结预测方法。以空冷岛内的各散热单元为监测对象,提出一个反映其冻结程度的状态参量:冻结系数。通过比较空冷管束内、外工质的传热强度实时计算各单元的冻结系数,给出冻结报警信号,同时给出逆流单元基于凝结水过冷度和真空抽气温度的冻结预警信号。

        

        2.1 冻结系数

        

        冻结发生的本质是空气提供的冷却量大于汽轮机排汽所需冷却量。随着环境温度的降低和机组负荷的减少,通过降低空冷风机转速或停运风机来调节空气冷却量,保持供需热量平衡以防冻结。但当风机停运后,空气自然对流提供的冷却量则无法调节,供需传热就会出现不平衡。若空冷单元当时需求的传热量小于空气自热对流传热量,则空气提供的冷却量较大,空冷单元有发生冻结的趋势。定义空冷单元冻结系数为Zdj=Kmin/K,Kmin为当前空气温度下的自然对流总传热系数,K为强制对流总传热系数,Kmin和K根据相关文献计算得到。

        

        2.2 空冷单元冻结程度判别

        

        当冻结系数Zdj>1时,表明在当前凝汽热负荷下空气自然通风提供的冷却能力过大,冷却管束有发生冻结的趋势。冻结系数越大冷却管束发生冻结的可能性越大,此时需采取防冻措施:减少散热面积、增加凝汽热负荷或反转逆流风机;当冻结系数Zdj=1时,空冷风机停转,空气自热对流传热与乏汽冷凝需求的传热达到平衡,此时可视为临界冻结状态;当冻结系数Zdj<1时,说明空气自然冷却能力有限,不足以满足乏汽冷凝需求,应投运空冷风机,提高空气侧换热能力。不同排汽流量下空冷凝汽器的冻结系数及防冻需要关停的风机排数。

        

        3 结语

        

        由于逆流管束蒸汽流量较小,应密切关注管束上部表面温度,布置多个温度传感器加强对冷却管束表面温度的实时测量,及时掌握凝汽器内蒸汽分配及局部凝结状况,通过对逆流段真空抽气温度的监测,综合评判逆流单元的冻结情况。凝结水过冷度能够反映顺流凝汽器的换热状况。本监测系统对各空冷单元两侧换热管束的凝结水温进行实时在线监测。当凝结水过冷度超过3℃或当前运行工况下凝结水过冷度增加速度异常时,应及时降低空冷风机转速或关停风机,若在空气自然对流条件下凝结水过冷度超过3℃则应考虑反转风机。

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