一、空冷岛低背压目的及意义

直接空冷技术的应用在很大程度上解决了电厂地区“富煤缺水"的难题。随着空冷技术的不断发展，其技术和经济方面的优点为直接空冷系统在大容量机组上的应用奠定了坚实基础，空冷技术优势己经在很多地方得到电厂的认同和使用。

有资料表明空冷机组背压每变化1kPa，影响供电标煤耗1.8g/kWh，由此可见汽轮机背压运行对机组经济性的重要性。空冷机组冬季具备低背压运行条件，但要研究空冷岛防冻问题。

防冻概念：当环境温度低于2℃时，从严格意义上空冷系统已进入冬季运行期。机组在冬季运行时，遇有启、停操作或深调工况，或切缸供热工况，在低背压运行时必须采取相应的防冻措施。

二、空冷岛组成

直接空冷系统主要由排汽管道系统、空冷凝汽器系统、空气供汽系统、凝结水系统（包括疏水系统）和空冷凝汽器冲洗系统。

三、空冷岛冻结成因

1、从宏观上讲

空冷岛发生冰冻源于热源和冷源的较量，理论上讲，进入空冷岛蒸汽携带的热量只要能使蒸汽和凝结水通过的金属管道壁温不低于0℃，蒸汽或凝结水就不会在金属表面结冰。如果进入空冷岛的热量不足，难以保证散热器管束和凝结水管道金属温度保持0℃以上，那么凝结水在此金属表面上就要结冰，从而严重损坏散热器管束，产生裂纹变形。

空冷系统进汽携带热量的多少与蒸汽流量和蒸汽温度有关，空冷岛散热量与冷源的环境温度、风速、光照、风机转速有关。环境温度是影响冷源的主要因素。发生冰冻主要是冷源和热源不匹配造成的。机组深度调峰和切缸供热使空冷系统进汽量减少，导致空冷系统防冻更加困难。

2、从微观上讲

霜是指贴近地面的空气受地面辐射冷却的影响而降温到霜点（指露点低于0℃）以下，在地面或物体上凝华而成的白色冰晶。当物体表面的温度很低，而物体表面附近的空气温度高，在空气和物体表面之间形成一个温度差，较暖空气和较冷物体表面相接触时空气就会冷却。空气中水蒸汽达到过饱和时，多余的水汽就会析出形成凝结水。如果温度0℃及以下，在某一点达到水的饱和温度时多余的水汽就在物体表面上凝华为冰晶，这就是霜。

空冷岛抽真空管内结霜原理与上面讲解原理相通，只不过结霜是在管子内表面发生而已。抽真管内的水蒸汽会随着抽真空管温度下降而在管壁某位置凝结成水。水的饱和温度会随着压强的降低而提高，抽真空过程就是沿抽汽管道气压逐渐下降的过程。抽真空管某一点的凝结水因压力波动快速蒸发时（水会在此处吸收大量的热量）或外界温继续降低时，造成局部温度降至0℃以下，此处就会结霜。当结霜后，长时间达不到消除就会结霜增大，直至将抽真空管堵死，进而发生冻结。空冷岛抽真空管结霜堵死后空冷岛就不能进入新蒸汽，导致空冷岛全部冻结。

3、从设备缺陷讲

1)进汽蝶阀不严，是造成空冷系统冻结的主要原因。

空冷系统运行中，当进汽量偏低时需要切列关闭进汽蝶阀。如果关闭不严有漏量，漏入的汽量小，但散热器的冷却效果强，导致冷源能量远远大于热源的能量，结冰肯定发生。所以空冷系统阀门严密性是空冷防冻的关键所在。

2)空冷系统漏入空气。

当空冷系统漏入空气时，首先是漏气点处温度低，由于漏入冷空气使该处温度下降，同时漏入空气使凝结水过冷度增加，漏入的不凝结气体窜到哪，就会导致那里的凝结水过冷却，严重的达到0℃以下时就会使某处空冷岛结冰。XX热电厂空冷系统由于1号机1排左侧凝结水母管有三道焊口有裂纹，在排汽温度60℃时，左侧凝结水温度只有10℃，把裂纹处理后，凝结水温度升至58℃。所以，空冷系统的严密性是空冷系统防冻的另一个重要原因。

3)监测手段不到位

因空冷岛设计、安装过程可能存在不合理，导致空冷岛有冷却不均的现象。空冷岛散热面积太大导致空冷岛监测温度不能完全反应空岛的运行状况。空冷岛部分冰冻点没能及时被发现，出现小区域冰冻点逐渐扩大最后形成大面积冻结现象。

空冷换热管束外表面温度远远低于排汽温度且有低于5℃的下降趋势时，就产生了空冷岛凝结水过冷却。换热面过冷时没有及时采取措施过冷继续深度发展，当空冷换热管束外表面温度低于0℃，此时换热管束内部已经发生结霜，只是结霜没有阻断管束通流面。此时若采取回暖或其他有效措施，能很快消除冰冻。若此时未进行有效预防措施，结霜管束将很快产生冻结，阻断换热管束汽侧通流面，产生空冷岛冻结。此时空冷岛冻结已经很难溶开，只能依靠外部措施（如：覆盖电热毯、使用热风枪等）消除。

四、空冷岛防冻预案

1、提高空冷岛温度场监测手段

空冷岛防冻措施中空冷岛测温尤为重要，在准确掌握温度场的前提下，才能作出积极有效的调整。空冷岛防冻期应不间断的测量空冷岛换热面温度，随时掌握空冷岛散热面温度场情况，给空冷岛防冻操作提供直接、有效的调整依据。

空冷岛感温电缆是一种技术革新，通过感温电缆上的感温芯片将温度传送到后台，实时反应空冷监测点散热面温度。优点：价格低，易于实现；缺点：只能反应感温电缆检测点的温度，仍不能代表整个空冷岛扇面上的温度。

当前空冷岛测温最先进的系统是空冷岛热成像温度可视化监控系统。在空冷岛上安装可移动的红外热成像仪，实时检测整个空冷岛温度，形成温度场给供运行人员参考。

2、技防措施

增加空冷岛的报警功能，在深调工况下或切缸供热工况下，一定要对空冷岛的低背压运行进行试验，在试验可行的基础上列出空冷岛各报警参数的实际范围，报警准确才能保证空冷岛刚有冻结时能够及时提醒。下面的报警为内蒙古X电厂的试验报警值，仅供参考：

1）运行列空冷凝结水温度低30℃报警，报警逻辑为立管阀开状态且凝结水温度低30℃。

2）停止列空冷凝结水温度低20℃报警，报警逻辑为立管阀关状态且凝结水温度低20℃。

3）抽真空管温度低10℃报警，报警逻辑为立管阀开状态且抽真空温度低10℃。当立管阀关时抽真空管温度不报警

4）空冷风机允许启条件第5条修改为：该列凝结水温度≥20℃，顺流单元风机在远方，且无变频器故障；逆流单元风机无凝结水温度限制，逆流单元风机在远方且无变频器故障。

5）空冷岛X列防冻保护动作值，当前设置为在凝结水温低于35℃增加3KPa。改为凝结水温低于35℃增加0KPa，低于30℃增加3KPa，制作成一个函数。

6）机组冬季运行时，根据空冷岛设计的最小进汽流量，增加空冷岛最小进汽流量报警。

2、物防措施

为防止冬季空冷岛冻结，生技部应保证空冷岛及时消缺，并配备部分棉被以作备用。空冷岛漏风孔洞及时封闭。根据公司的技改情况，可以增加空冷岛防冻封堵装置。

3、人防措施

1) 对所有运行人员进行空冷岛防冻技术培训。要求运行人员全部熟悉防冻方案。

2) 保证空冷岛各列散热器端部小门以及各冷却单元的隔离门在关闭位置。

3) 机组遇有重大操作时，必须提前了解并监视气象条件的变化。

4) 保证空冷岛的进汽量不低于最小流量，以满足防冻的要求。该切列时及时切列。

5) 当某列空冷切除时，应先将该列风机全停或逆流单元反转，在疏水温度和抽真空管温度全部接近于饱和温度且平稳后，关闭该列的立管阀。列切除后监视该列的疏水温度不能过低，暂定疏水温度不能低于15℃，低于15℃时及时进行投入该列操作。

6) 当某列空冷切除后，1小时以内需要对隔离阀后进行测温、听音，发现隔离阀内漏时要填写缺陷单并将该列投入。

7) 当某个隔离列刚投入时，应在该列全部温度点达到饱和温度或接近饱和温度且平稳后再投入空冷风机运行。

8) 遇有大风降温极端气象时，运行人员应适当增加机组负荷或提高运行背压等手段，防止大风降温，再加上散热面热量分布不均发生局部冻结事故。

9) 低背压运行中，空冷岛应按时就地使用便携式红外热成像仪对各列散热器进行测温并记录，散热片温度低于5℃应报运行调整。

10) 空冷风机防冻停止原则：先外围后中央，先最外列后中间列，优先处理温度低的区域。

11) 为保证空冷岛低背压运行，对空冷背压随环境温度变化而变化进行规定。（因低背压为首次实施，运行过程中可以根据实际情况修订：-5℃以上7KPa，-15℃以上10KPa，-30℃以上12Kpa；柔性切缸供热机组，应增加防冻封装置冬季运行背压：-5℃以上4KPa，-15℃以上6KPa，-30℃以上8Kpa，全切缸运行时按切缸要求控制背压保证低压缸安全）。

12) 空冷岛每列立管阀在手动位，需要操作时人为手动投切。进入冬季后空冷岛进汽蝶阀的伴热带投入。

13) 环境-5℃以下时投入空冷岛反暖程序，注意空冷背压的变化。

14) 通过试验确定，空冷岛运行列凝结水管温度不允许低于30℃，正常控制在35℃以上。运行列抽真空管温度不允许低于10℃，正常控制在15℃以上。停止列的凝结水温度不允许低于15℃，正常控制在20℃左右。空冷岛感温电缆温度不允许低于5℃。

15) 抽真空管温度低于10℃时，应当通过停逆流风机检查温度是否回升，反转逆流风机检查温度是否回升，检查空冷岛的最小流量值可以对空冷岛进行切列操作检查温度是否回升，提高背压检查温度是否回升等手段进行调整。

16) 凝结水温度低于30℃时，应当通过减低空冷风机运行频率检查疏水温度是否回升，反转逆流风机检查温度是否回升，检查空冷岛的最小流量值可以对空冷岛进行切列操作检查温度是否回升，提高背压检查温度是否回升等手段进行调整。

17) 停止列凝结水温度低于15℃时，应当检查隔离阀是否严密，可以通过提高背压的方法检查温度是否回升，检查空冷岛的最小流量值可以对空冷岛进行该列的投入操作检查温度是否回升等手段进行调整。

18) 空冷岛感温电缆的温度正常控制5℃以上。当发现温度低时应当就地监测感温电缆处散热片温度是否真低于5℃。否则通过减低空冷风机运行频率检查温度是否回升，反转逆流风机检查温度是否回升，检查空冷岛的最小流量值可以对空冷岛进行切列操作检查温度是否回升，提高背压检查温度是否回升等手段进行调整。

19) 环境温度低于0℃需对空冷岛进行测温并记录至测温本中。测温工作要求集控运行和外委维护分别进行测量，当发现散热片温度低于5℃时，要通知运行对空冷岛进行调整。

20) 切除列根据实际环境温度高低及时恢复供汽。如果环境温度低于-15℃，每隔1.5小时投入一次；环境温度-10～-15℃，每隔2小时投入一次；环境温度-5～-10℃，每隔3小时投入一次，若运行人员发现停止空冷岛有冻结现象时可随时投入切除列运行。若有其它原因切除列最长4小时必须投入运行。

21) 空冷岛切列操作需人为手动操作，不允许程序自动进行切列操作。

22) 空冷岛冬季按指导背压执行，但发现空冷岛有结霜或冻结现象时可提高背压以提高空冷岛整体温度。原则上背压不允许超过15KPa，超过时一定要汇报专工进行说明。

23) 机组深度调峰且带供热运行时应注意监视低压缸排汽温度变化情况，保证低压缸隔板温度不高于120℃，否则通过加负荷或减少供热量的方法进行调整。

24) 加强空冷岛系统各个参数监视，保证空冷岛抽真空管及凝结水系统畅通。

五、结论

在机组深调工况或柔性切缸供热工况下，直接空冷机组防冻是确保机组安全运行亟需解决的一个重要问题，必须做好预控措施。在机组生产、运行过程中不断摸索、总结，逐步形成适合于本公司实际需要的空冷岛低背压运行策略，以确保机组安全、经济运行。

本文站在实际运行的角度论述了空冷岛低背压运行时结冻的成因分析与措施，对空冷系统低背压工况下从人防、物防、技防等各方面进行了论述，希望给大家一定的借鉴作用。