超臨界直接空冷機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行期間溶氧濃度升高的異常分析

1 異常現(xiàn)象概述

某電廠350 MW超臨界直接空冷機(jī)組的空冷系統(tǒng)由6列空冷排氣裝置組成，每列空冷排氣裝置有6個(gè)空冷排氣裝置單元，其中4個(gè)為順流單元，2個(gè)為順、逆流混合單元。機(jī)組抽真空系統(tǒng)采用2臺(tái)100%容量的水環(huán)式機(jī)械真空泵，機(jī)組正常啟動(dòng)后，保持其中1臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。從汽輪機(jī)排出的大量蒸汽在空冷島各管束中被冷凝，剩余的不凝結(jié)氣體被機(jī)組真空泵抽走。

該機(jī)組在最近一次檢修啟動(dòng)后發(fā)現(xiàn)，在低負(fù)荷運(yùn)行期間，凝結(jié)水溶氧濃度異常升高，高于《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量》規(guī)定的“直接空冷機(jī)組凝結(jié)水溶氧濃度應(yīng)小于100 μg/L”的標(biāo)準(zhǔn);機(jī)組在高負(fù)荷運(yùn)行期間，凝結(jié)水溶氧濃度正常波動(dòng)，均在規(guī)定值以下，如圖1所示。凝結(jié)水溶氧濃度超標(biāo)不僅會(huì)嚴(yán)重縮短設(shè)備的使用壽命，影響機(jī)組的安全運(yùn)行，而且會(huì)使機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性變差。

2 原因分析及解決措施

機(jī)組在空冷系統(tǒng)檢修期間，新增1組蒸汽隔離門和抽氣隔離門，確保機(jī)組在冬季運(yùn)行時(shí)起到防凍保護(hù)作用。我們?cè)跈z查空冷系統(tǒng)DCS畫面數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行期間，空冷系統(tǒng)凝結(jié)水回水溫度部分測點(diǎn)異常，過冷度增大，部分測點(diǎn)溫度比排氣溫度低10 ℃，而機(jī)組在高負(fù)荷運(yùn)行期間，凝結(jié)水回水溫度與排氣溫度相近，符合機(jī)組正常運(yùn)行期間的參數(shù)變化要求。我們選取其中一個(gè)測點(diǎn)的凝結(jié)水對(duì)回水溫度與排氣溫度進(jìn)行比較，凝結(jié)水回水溫度、排氣溫度與溶氧濃度的關(guān)系如圖2所示。

從圖2可以看出，空冷島凝結(jié)水回水溫度變化與溶氧濃度趨勢密切相關(guān)。凝結(jié)水回水溫度較排氣溫度明顯下降時(shí)，溶氧濃度立即異常升高;反之，凝結(jié)水回水溫度升高，溶氧濃度也隨之下降。在直接空冷系統(tǒng)中，飽和蒸汽被管外空氣冷凝變成凝結(jié)水，管束內(nèi)同時(shí)存在蒸汽和水的兩相流動(dòng)。凝結(jié)水在管束表面或以膜狀流動(dòng)，或形成液滴落下，滴狀凝結(jié)只在特殊情況下產(chǎn)生，因此，管內(nèi)主要以膜狀凝結(jié)為主[1]。若凝結(jié)水無法正?；厮僚艢庋b置，就會(huì)滯留在空冷島而使凝結(jié)水回水溫度降低，過冷度增大，溶氧濃度升高。

下面進(jìn)一步分析凝結(jié)水回水滯留在空冷島的原因。

（1）凝結(jié)水回水管道堵塞或凝結(jié)水回水管道閥門開度不到位，導(dǎo)致回水不暢。機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行期間會(huì)產(chǎn)生大量的冷凝水，但此時(shí)凝結(jié)水溶氧濃度下降，系統(tǒng)背壓正常，說明凝結(jié)水回水管道暢通。

（2）機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行期間排氣裝置內(nèi)壓力升高，導(dǎo)致凝結(jié)水回水不暢。考慮是否為機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行期間存在漏空現(xiàn)象，經(jīng)分析可能是機(jī)組汽封效果不好。機(jī)組汽封主要是向主汽輪機(jī)和2臺(tái)給水泵汽輪機(jī)的軸封提供密封蒸汽，保證汽輪機(jī)形成真空，機(jī)組汽封來源主要有兩路，輔助蒸汽或冷再蒸汽用于低負(fù)荷期間的機(jī)組密封，高負(fù)荷期間機(jī)組形成自密封。

機(jī)組啟動(dòng)前對(duì)2臺(tái)給水泵汽輪機(jī)進(jìn)行了軸封改造。改造前機(jī)組給水泵汽輪機(jī)軸封為手動(dòng)門控制，位置高且不易控制，改造后為電動(dòng)調(diào)整門自動(dòng)跟蹤。為判斷是否為機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)小機(jī)軸封漏空，選取機(jī)組低負(fù)荷穩(wěn)定工況時(shí)段，將2臺(tái)給水泵汽輪機(jī)軸封進(jìn)汽電動(dòng)調(diào)整門自動(dòng)切至手動(dòng)控制，開大調(diào)整門，保證給水泵汽輪機(jī)軸封密封嚴(yán)密，經(jīng)數(shù)小時(shí)運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)，凝結(jié)水溶氧濃度及背壓無明顯變化，說明機(jī)組給水泵汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)正常，機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行期間不存在漏空現(xiàn)象。

（3）低負(fù)荷運(yùn)行期間，空冷島內(nèi)部管道有不凝結(jié)氣體存在，根據(jù)道爾頓定律，混合氣體的全壓力等于各組成氣體的分壓力之和?？绽鋶u的總壓力（即背壓）等于不凝結(jié)氣體的分壓力與蒸汽的分壓力之和。不凝結(jié)氣體的積聚使蒸汽的分壓力減小，其對(duì)應(yīng)的飽和溫度降低，造成空冷島凝結(jié)水溫度降低[2]。

啟動(dòng)備用真空泵，2臺(tái)真空泵同時(shí)出力抽走不凝結(jié)氣體，2 h后效果明顯，空冷系統(tǒng)凝結(jié)水回水溫度上升，溶氧濃度恢復(fù)正常，但停用備用真空泵后，部分凝結(jié)水回水溫度又開始下降，溶氧濃度又持續(xù)升高，這說明機(jī)組空冷系統(tǒng)不凝結(jié)氣體回氣不暢。

基于此，打開空冷系統(tǒng)抽真空管道的真空冷卻器旁路門觀察機(jī)組運(yùn)行，機(jī)組溶氧濃度下降明顯，從而判斷是機(jī)組真空冷卻器內(nèi)部積水嚴(yán)重導(dǎo)致不凝結(jié)氣體回氣不暢。關(guān)閉真空冷卻器旁路門，敲打真空冷卻器底部回水管道進(jìn)行疏通，發(fā)現(xiàn)機(jī)組溶氧濃度降至正常值。這充分證明機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行期間的溶氧濃度異常是真空冷卻器底部回水管道回水不暢所致。

3 結(jié)語

不凝結(jié)氣體需在真空冷卻器冷卻后才會(huì)進(jìn)入真空泵，真空冷卻器底部放水管道不暢，使得不凝結(jié)氣體中的水蒸氣冷卻凝結(jié)后積聚在真空冷卻器內(nèi)，阻滯了不凝結(jié)氣體的流動(dòng)，導(dǎo)致回氣不暢，不凝結(jié)氣體在空冷島內(nèi)部大量積聚，又會(huì)造成水蒸氣的分壓力減小，其對(duì)應(yīng)的飽和溫度降低，從而使空冷島凝結(jié)水回水溫度降低，溶氧濃度升高。而機(jī)組在高負(fù)荷運(yùn)行期間，因蒸汽量多，不凝結(jié)氣體溫度高、熱量多，能夠帶走真空冷卻器內(nèi)的水分，使得不凝結(jié)氣體回氣暢通，不會(huì)在空冷島內(nèi)部管道積存，影響凝結(jié)水過冷度，從而在真空冷卻器底部放水管道堵塞的情況下，不會(huì)影響機(jī)組溶氧濃度。

空冷機(jī)組凝結(jié)水的溶氧濃度與機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行密切相關(guān)，機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)溶氧濃度異常升高，當(dāng)出現(xiàn)此類問題時(shí)，運(yùn)行人員應(yīng)將空冷系統(tǒng)的真空冷卻器作為重點(diǎn)檢查對(duì)象，或者在真空冷卻器前后增設(shè)溫度測點(diǎn)，以便直接觀察真空冷卻器的運(yùn)行情況，從而節(jié)省查找問題所需的時(shí)間。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 丁爾謀.發(fā)電廠空冷技術(shù)[M].北京：水利電力出版社，1992.

[2] 馬云輝.空冷島抽真空過冷原因分析及處理措施——某電廠100 MW直接空冷機(jī)組[J].科技傳播，2016（9）：142-143.

收稿日期：2020-06-22

作者簡介：孟文雄（1990—），男，山西永濟(jì)人，助理工程師，從事電廠運(yùn)行工作。