带供热机组直接空冷系统：安全、经济与设备检修质量管理的深度剖析

带供热机组直接空冷系统：安全、经济与设备检修质量管理的深度剖析一、引言1.1研究背景与意义在全球能源结构中，火力发电占据着重要地位，是电力供应的主要方式之一。然而，传统火力发电厂的冷却系统多依赖水资源，采用水冷凝汽器机组，冷却塔的蒸发损失量极大，约占全厂耗水量的90%以上。随着全球工业化进程的加速，水资源短缺问题日益严峻，这对火力发电行业的可持续发展构成了重大挑战。据统计，我国人均水资源占有量仅为世界平均水平的四分之一，属于水资源严重短缺的国家。在我国北方地区，如“三北”（华北、西北、东北）地区，虽然煤炭资源丰富，具备建设大型火力发电厂的资源条件，但水资源匮乏成为制约其发展的瓶颈。为了解决富煤缺水地区的电力生产与水资源短缺之间的矛盾，直接空冷系统应运而生。直接空冷技术是指汽轮机的排汽直接用空气来冷凝，空气与蒸汽间进行热交换，这种冷却方式无需大量水资源，可实现发电厂节水的目的。其冷却系统本身可节水97%以上，全厂性节水约65%以上，是火电厂节水量最多的一项技术。直接空冷系统还具有结构比较简单，所需空冷元件比较少，投资相对较低等特点，能有效解决富煤贫水地区的发电问题，在世界上获得了快速发展。到目前为止，全世界已投入运行的直接空冷机组已超过800台，约占全世界空冷机组总容量的60%，占主导地位。在我国，从上个世纪80年代开始发展空冷机组，截至2011年底，已有60多台直接空冷机组投入运行。尽管直接空冷系统在节水和经济投资方面具有显著优势，但其运行过程中也面临诸多挑战。例如，在冬季寒冷气候条件下，直接空冷机组容易出现空冷凝汽器冻结的问题。我国北方高寒地区冬季最低温度一般达-40°C以下，冻结位置主要发生在管束的中下部，且冻结不均匀。空冷凝汽器内的蒸汽流量低于其设计值或冷却空气量过剩，都会导致空冷凝汽器发生冻结。在启、停过程以及夜间深度调峰或低负荷运行等汽轮机排汽量较小的工况下，较小流量的蒸汽在庞大的空冷系统中，不可避免地存在着各冷却单元蒸汽流量和热量分配不均的问题，在蒸汽流量偏小的空冷单元中，将使凝结水产生过冷却，进而发生冰冻。不凝气体在空冷管束内聚积形成死区也会导致空冷凝汽器发生冻结。当环境温度极低时，在逆流段抽气口附近管束内表面，凝结水在向下排出之前可能被冻结成冰晶体形成絮状结冰，造成逆流段抽气不畅，形成气塞，并在逆流段形成不凝气体的死区，使蒸汽流速流量低于设计值，空冷凝汽器管束换热量降低，进而在顺流段管束中形成结冰现象。环境气温、风速、风向的变化，系统本身存在的设计、安装缺陷，抽真空系统故障，伴热系统故障，运行调节手段不合理，监测不到位等也是引起空冷凝汽器发生冻结的主要因素。凝结水溶氧超标也是直接空冷机组运行中常见的问题。根据火力发电厂水汽化学监督导则的有关规定，600MW级发电机组凝结水溶氧量应小于30μg/L。但经过长期实践运行来看，直接空冷机组凝结水的溶氧量一般都高于该值。这主要是因为空冷系统空冷散热器面积大、焊口多、空气漏入量大，机组真空严密性严重不合格；再者凝结水泵入口阀门盘根不严，凝结水泵机械密封不严，疏水泵盘根不严，运行中长期有空气漏入凝结水中。补水系统连接方式不合理，化学补水没有进行深度除氧，且凝结水箱真空除氧能力差，在补充水量加大而喷淋装置存在结构缺陷时，很容易造成凝结水的溶氧超标。机组汽阻大，传热端差大，凝结水的过冷度大。与同等容量的湿冷机组相比，直接空冷机组没有所谓的热井，没有经过凝汽器的真空除氧，造成凝结水溶氧率增大。凝结水溶氧超标会对设备及其附属管道造成腐蚀，影响机组的安全稳定运行和使用寿命。直接空冷系统中的空冷凝汽器冷却风机故障也会对机组运行产生严重影响。空冷凝汽器冷却风机是直接空冷系统的核心部件，主要由电动机、减速机、风叶和变频调节装置四部分组成，其故障将直接影响机组背压，威胁机组的安全、经济运行。受沙尘、环境灰尘以及杨柳絮等因素的影响，空冷散热器翅片容易积垢、污染，这将增加散热器风阻，同时降低换热系数，大大影响机组的经济性。这些安全和经济问题不仅影响直接空冷机组的稳定运行，还会增加发电成本，降低能源利用效率。设备检修质量管理对于保障直接空冷系统的安全经济运行至关重要。通过科学合理的设备检修管理，可以及时发现并解决设备潜在的问题，预防故障的发生，提高设备的可靠性和运行效率。定期的设备维护和检修可以确保空冷凝汽器的散热效果，避免因散热不良导致的机组背压升高和能耗增加；及时修复泄漏点可以提高机组的真空严密性，降低凝结水溶氧含量，减少设备腐蚀。有效的设备检修质量管理还可以延长设备的使用寿命，降低设备更换成本，提高发电厂的经济效益。因此，深入研究带供热机组的直接空冷系统的安全经济性及设备检修质量管理具有重要的现实意义。通过对直接空冷系统运行过程中的安全问题和经济性能进行全面分析，提出针对性的改进措施和优化方案，可以提高直接空冷系统的运行稳定性和经济性，为富煤缺水地区的火力发电提供可靠的技术支持。加强设备检修质量管理的研究，建立完善的设备检修管理体系和质量控制标准，对于保障直接空冷系统的长期安全稳定运行，促进火力发电行业的可持续发展具有重要的推动作用。1.2国内外研究现状直接空冷系统作为解决富煤缺水地区火力发电的关键技术，在国内外都受到了广泛关注，众多学者和研究机构围绕其技术特性、安全运行、经济性能以及设备管理等方面展开了深入研究。在技术研究方面，学者们对直接空冷系统的工作原理、系统构成和关键设备进行了全面分析。肖金平、郭民臣在《发电厂直接空冷技术研究现状及展望》中详细介绍了直接空冷技术在国内外的发展历程，阐述了直接空冷系统的工作原理是汽轮机的排汽直接用空气来冷凝，空气与蒸汽间进行热交换。直接空冷系统主要由排汽装置、排汽管道、散热器、凝结水管道、抽真空管道、空冷风机、真空泵、支承立柱、支撑钢构架、挡风护墙、空冷冲洗装置以及相关的阀门等构成。戴振会、孙奉仲、王宏国等在《国内外直接空冷系统的发展及现状》中总结了近年来国内外空冷系统关键技术的发展，如空冷凝汽器管束从早期的圆形截面基管，发展到后来的椭圆形截面基管以及单排扁平形大扁管，单排管技术具有重量轻、传热效率高、抗冻性能好等优点，但材料成本较高。在系统优化方面，李坤、熊扬恒在《新型直接空冷系统的可行性研究》中基于节约燃料、改善空冷机组真空的目的，提出了新的能源回收型直接空冷系统，对现有的空冷系统进行改造设计研究，计算结果表明新型直接空冷系统改造设计不仅满足技术上的要求，而且能产生明显的经济效益，在300MW、600MW空冷机组上具有较大的实用价值。在安全运行研究领域，大量研究聚焦于直接空冷机组运行中出现的问题及解决措施。郑国宽、王宪辉、李翠翠在《直接空冷机组运行存在问题分析及其措施探讨》中指出，直接空冷机组在实际运行过程中存在冬季防冻、凝结水溶氧超标、热风再循环等问题。在冬季防冻方面，分析了空冷凝汽器冻结的机理，如蒸汽流量低于设计值、冷却空气量过剩、不凝气体聚积等因素都会导致冻结。针对这些问题，提出了改进工艺设计，采用单排大口径椭圆形翅片管、设置挡风墙、采用顺逆流联合式结构、加强监测与调节等措施。在凝结水溶氧超标问题上，分析了空冷散热器面积大、焊口多、空气漏入量大、补水系统连接方式不合理、机组汽阻大等原因，并提出了相应的解决措施，如提高真空严密性、优化补水系统、降低机组汽阻等。《直接空冷机组空冷系统的运行和维护管理》一文认为，受季节及天气情况的影响，直接空冷机组在夏季高温大负荷时段，背压急剧升高可能导致机组保护动作跳闸；在冬季环境温度低于0℃时，空冷凝汽器易发生管内流体凝结、堵塞和冻结，使传热性能降低、电耗增加，甚至导致机组停运。针对这些问题，提出了夏季运行调整措施，如保持控制背压值与背压保护曲线间留出一定余量，加强对空冷风机相关设备的检查监视；冬季运行防冻措施，如根据气象情况调整机组负荷或背压，根据散热器温度偏差调节空冷风机转速，采用逆流散热器风机反转进行防冻，备好防冻物资，加强对散热管束表面温差的监视调整等。在经济性能研究方面，不少学者对直接空冷系统的经济性进行了评估与分析。高晓刚在《空冷技术的发展及应用》中提到，从投资角度看，直接空冷系统机组造价高，运行期间热耗率也较高，但是在富煤贫水地区，建造电厂及运行所需的费用远比水源充足地区的煤炭运输费用低，并且节约大量用水，从长远利益考虑，其整体经济性将高于水冷机组。刘红彬在《浅析直接空冷技术的应用前景》中也指出，在水资源日益紧张、水价不断提高、环保要求日益突出的背景下，直接空冷系统在经济性方面的优越性更加突出，其节水特性创造了更高的社会价值。在设备管理研究方面，部分文献涉及直接空冷系统设备的维护与管理。如刘文利、张启安在《直接空冷系统在火力发电厂中的应用》中总结归纳了空冷系统在启动、正常运行、停机、定期保护检查、真空严密性试验及真空系统查漏中的操作要点，为员工在机组启停操作上提供了依据，对提高员工的操作水平起到了推动作用。还有研究提出要定期进行真空严密性试验，加强对空冷凝汽器冷却风机的维护，包括检查电动机绕组温度、振动、声音，减速机声音、油位、油质、箱体渗油及电加热系统等；定期对空冷散热器管束翅片进行高压水冲洗，当实际初始温差大于不同负荷下设计值2℃时，立即投运空冷岛冲洗，冲洗前要做好相关设备的防护措施。尽管国内外在直接空冷系统研究方面已取得了丰硕成果，但仍存在一些不足与空白。在技术研究方面，对于新型直接空冷系统的研发和优化仍需深入探索，以进一步提高系统的效率和稳定性。在安全运行研究中，虽然针对常见问题提出了相应措施，但对于一些极端工况下的安全保障技术研究还不够充分，如在超低温、强风沙等恶劣环境条件下，如何确保直接空冷系统的安全稳定运行。在经济性能研究方面，缺乏对直接空冷系统全生命周期成本的综合分析，包括设备采购、安装调试、运行维护、设备更新等各个阶段的成本，以及对环境成本的量化评估。在设备管理研究中，目前的研究主要集中在设备的日常维护和故障处理，对于设备检修质量管理体系的系统性研究较少，缺乏科学的检修计划制定方法、质量控制标准和人员培训体系等。1.3研究方法与内容本研究将综合运用多种研究方法，全面深入地探讨带供热机组的直接空冷系统的安全经济性及设备检修质量管理。在研究方法上，首先采用案例分析法，以包头二电厂的直接空冷工程项目为具体案例，深入分析其在实际运行过程中所面临的安全、经济以及设备检修管理等方面的问题。通过对该案例的详细剖析，获取第一手数据和资料，了解直接空冷系统在实际运行中的真实情况，为后续的研究提供现实依据。这种方法能够使研究更加贴近实际，增强研究成果的实用性和可操作性。理论研究法也是重要的研究手段之一。通过对直接空冷系统的工作原理、系统构成、关键技术以及相关的设备监理管理理论等进行深入研究，从理论层面分析系统安全经济性的影响因素以及设备检修质量管理的要点。参考肖金平、郭民臣在《发电厂直接空冷技术研究现状及展望》中对直接空冷系统工作原理的阐述，明确汽轮机排汽与空气在空冷凝汽器中进行热交换的过程，为分析系统的安全经济性提供理论基础。借鉴设备监理管理理论，制定科学合理的设备检修管理策略，确保设备的正常运行。数据统计分析法同样不可或缺。收集包头二电厂直接空冷系统在运行过程中的各类数据，如机组背压、凝结水溶氧含量、空冷风机电耗、设备故障率等。对这些数据进行统计和分析，找出数据之间的内在联系和变化规律，从而定量地评估直接空冷系统的安全经济性，为提出针对性的改进措施提供数据支持。通过对不同季节、不同负荷下机组背压数据的统计分析，了解环境因素和负荷变化对机组背压的影响，进而分析其对系统经济性的影响。在研究内容方面，将围绕直接空冷系统的安全经济性和设备检修质量管理两大核心展开。深入分析直接空冷系统运行中的安全问题，全面剖析空冷凝汽器冻结的原因，包括蒸汽流量与冷却空气量的匹配失衡、不凝气体的聚积、环境因素（如气温、风速、风向）的变化以及系统自身的设计、安装缺陷等。结合郑国宽、王宪辉、李翠翠在《直接空冷机组运行存在问题分析及其措施探讨》中的研究，进一步探讨这些因素如何相互作用导致冻结现象的发生。对凝结水溶氧超标问题进行深入研究，分析空冷散热器面积大、焊口多、空气漏入量大、补水系统不合理、机组汽阻大等因素对凝结水溶氧超标的影响机制，以及凝结水溶氧超标对设备腐蚀和系统安全运行的危害。在经济性能分析上，从多个角度对直接空冷系统的经济性进行评估。计算直接空冷系统的投资成本，包括设备采购、安装调试、基建工程等方面的费用，并与传统水冷系统进行对比，分析其在投资方面的差异。参考高晓刚在《空冷技术的发展及应用》中的研究，探讨直接空冷系统在富煤贫水地区相对于水冷系统在煤炭运输成本和用水成本方面的优势，评估其长期经济效益。深入分析直接空冷系统的运行成本，如空冷风机的电耗、设备维护费用、补水费用等，研究如何通过优化运行管理和技术改进降低运行成本，提高系统的经济性。分析直接空冷系统在不同工况下的热耗率变化，评估其能源利用效率，探讨提高能源利用效率的方法和途径。设备检修质量管理研究也是本研究的重点内容之一。建立完善的设备检修质量管理体系，明确设备检修的目标、原则和流程。制定科学合理的设备检修计划，根据设备的运行状况、使用寿命、故障历史等因素，确定检修的时间间隔、检修内容和检修标准。参考刘文利、张启安在《直接空冷系统在火力发电厂中的应用》中对空冷系统操作要点的总结，制定设备检修的操作规范和质量控制标准，确保检修工作的质量和效果。加强设备检修过程中的质量控制，对检修过程进行全程监督和管理，严格执行检修质量验收制度，确保设备检修后能够达到预期的性能指标。建立设备检修质量反馈机制，及时收集和分析设备检修后的运行数据，对检修质量进行评估和总结，不断改进设备检修质量管理工作。注重设备检修人员的培训和管理，提高检修人员的专业技能和素质，加强检修人员的责任心和安全意识，确保设备检修工作的顺利进行。二、带供热机组的直接空冷系统概述2.1系统组成与工作原理直接空冷系统主要由空冷凝汽器、空冷风机、抽真空系统、排汽管道、凝结水系统等部分构成，各部件协同工作，实现汽轮机排汽的冷凝与热量传递。空冷凝汽器是直接空冷系统的核心换热设备，其作用是实现汽轮机排汽与空气之间的热交换，使排汽冷凝成水。空冷凝汽器通常由管束、翅片、管箱等部分组成。管束是蒸汽和凝结水的通道，翅片则安装在管束外表面，用于增加空气与管束的接触面积，强化换热效果。常见的管束类型有圆形截面基管、椭圆形截面基管以及单排扁平形大扁管等。早期的直接空冷凝汽器多采用圆形截面基管，随着技术的发展，椭圆形截面基管和单排扁平形大扁管因其具有重量轻、传热效率高、抗冻性能好等优点，得到了越来越广泛的应用。例如，单排管技术能使换热面积得到更充分的利用，空气侧流动阻力小，不易冰冻，更有利于大机组的应用。管箱则用于连接管束和排汽管道，确保蒸汽能够均匀地分配到各个管束中。空冷风机为空气提供动力，使空气强制流过空冷凝汽器的翅片管束，带走蒸汽的热量。空冷风机主要由电动机、减速机、风叶和变频调节装置等组成。电动机提供动力，通过减速机降低转速并增大扭矩，驱动风叶旋转，产生强制气流。变频调节装置则可根据机组负荷、环境温度等因素，灵活调节风机的转速，从而控制空气流量，以适应不同工况下的冷却需求。在夏季高温时段，机组负荷较大，需要增大风机转速，提高空气流量，增强冷却效果；而在冬季或低负荷工况下，则可降低风机转速，减少电耗，同时避免空冷凝汽器过度冷却导致冻结。抽真空系统用于维持空冷凝汽器及排汽管道内的真空状态，确保汽轮机排汽能够顺利进入空冷凝汽器，并在真空环境下进行高效冷凝。抽真空系统一般由真空泵、真空管道、阀门及相关仪表等组成。真空泵的作用是抽出系统内的不凝气体和漏入的空气，以维持系统的真空度。常见的真空泵有液环式真空泵、射水式真空泵和射汽式真空泵等。液环式真空泵由于具有结构简单、工作可靠、运行维护方便等优点，在直接空冷系统中应用较为广泛。排汽管道负责将汽轮机排出的乏汽输送至空冷凝汽器。排汽管道通常采用大直径的管道，以减小蒸汽流动阻力，降低压力损失。管道材料一般选用碳钢，具有良好的强度和耐腐蚀性，能够满足蒸汽输送的要求。排汽管道的布置需要考虑蒸汽的流动方向、坡度以及热膨胀等因素，确保蒸汽能够顺畅地进入空冷凝汽器，同时避免因热胀冷缩导致管道损坏。凝结水系统则用于收集和输送空冷凝汽器中冷凝形成的凝结水。凝结水系统主要包括凝结水管道、凝结水泵、凝结水箱等设备。凝结水在重力作用下流入凝结水联箱，再通过凝结水管道汇集到凝结水箱。凝结水泵将凝结水箱中的凝结水升压后，输送回锅炉，重新参与热力循环。为保证凝结水的水质，凝结水系统中通常还设有凝结水精处理装置，对凝结水进行除盐、除铁等处理，去除水中的杂质和盐分，满足锅炉给水的要求。直接空冷系统的工作原理基于热交换原理，利用空气作为冷却介质，实现汽轮机排汽的冷凝。汽轮机做完功的乏汽通过粗大的排汽管道被引至室外的空冷凝汽器内。空冷风机启动后，驱动空气以一定流速流过空冷凝汽器的翅片管束。乏汽在翅片管束内流动，与管外流动的冷空气进行表面换热。由于空气的温度低于乏汽的温度，乏汽中的热量传递给空气，自身温度逐渐降低并冷凝成水。冷凝水在重力作用下，沿管束流下，汇集到凝结水联箱，再通过凝结水系统返回锅炉。未冷凝的蒸汽和不凝气体则被抽真空系统抽出，以维持空冷凝汽器内的真空状态，保证系统的正常运行。在直接空冷系统中，为提高换热效率，空冷凝汽器通常采用顺逆流联合的布置方式。一般来说，70%-80%的蒸汽在顺流管束中被初步冷凝，顺流管束中的蒸汽与凝结水同向流动。剩余的蒸汽则进入逆流管束，在逆流管束中，蒸汽与凝结水逆向流动，进一步被冷凝。这种顺逆流联合的布置方式能够充分利用蒸汽的热量，减少凝结水的过冷度，提高系统的经济性和可靠性。同时，通过合理调节空冷风机的转速和运行台数，可以根据环境温度、机组负荷等变化，灵活调整空气流量，确保空冷凝汽器在不同工况下都能保持良好的换热性能。在环境温度较低时，适当降低风机转速或停运部分风机，减少空气流量，防止空冷凝汽器冻结；在环境温度较高或机组负荷较大时，提高风机转速或增加运行风机台数，增大空气流量，保证足够的冷却能力。2.2系统特点与优势带供热机组的直接空冷系统具有一系列显著特点与优势，使其在富煤缺水地区的火力发电领域得到广泛应用。设备少、系统简单是直接空冷系统的突出特点之一。相较于间接空冷系统，直接空冷系统不需要冷却水等中间介质，减少了循环水系统、表面式凝汽器或混合式凝汽器等设备。直接空冷系统主要由大管径排汽管道、空冷凝汽器、轴流冷却风机和凝结水泵等组成，系统构成相对简洁。这种简洁的系统结构不仅降低了设备采购、安装和调试的成本，还减少了设备之间的连接部件和复杂的管道布置，降低了系统故障的发生概率，提高了系统的可靠性和可维护性。直接空冷系统在占地面积方面具有明显优势。直接空冷凝汽器一般采用机械通风，布置在汽机房A列外高架平台上，平台下面仍可布置变压器、出线架构和空冷风机配电间等建构筑物，占地空间得到充分利用。与间接空冷系统相比，间接空冷塔为自然通风冷却，散热器全部布置在空冷塔内，塔的直径较大，占地面积较多，即使脱硫设施和烟囱可以布置在空冷塔内使得间接空冷系统占地相对减少，但总体占地还是大于直接空冷系统。例如，某电厂的直接空冷系统，其空冷凝汽器平台长X宽约为240X102m²，而相同规模的间接空冷系统的空冷塔底部直径可能达到228m左右，两座空冷塔之间还需留有一定间距，直接空冷系统冷却设施的占地约为间接空冷系统的1/3。节水性能是直接空冷系统的重要优势之一。在水冷凝汽器机组中，冷却塔的蒸发损失量极大，约占全厂耗水量的90%以上。而直接空冷凝汽器采用空气冷却，减少了中间的水冷过程，可实现发电厂节水的目的。据统计，采用直接空冷凝汽器系统的机组比水冷凝汽器机组节水70%以上，冷却系统本身可节水97%以上，全厂性节水约65%以上。这对于水资源匮乏的富煤地区来说，具有至关重要的意义，能够有效缓解当地水资源紧张的局面，减少对水资源的依赖，降低取水成本和污水处理成本，提高水资源的利用效率。直接空冷系统的防冻性能也较为出色。该系统可通过多种方式实现灵活可靠的防冻调节。通过改变风机转速、停运部分或全部风机来调节空冷凝汽器的进风量，避免空冷凝汽器过度冷却。在低气温和低负荷工况下，能有效地防止蒸汽过冷却和凝结水结冰，避免空冷凝汽器损坏。部分直接空冷系统还可使风机反转吸取热风来防止系统冻结，这种调节方式相对灵活，效果好而且可靠。通过合理配置顺逆流比例，也能减少凝结水过冷和结冰的风险，确保系统在冬季寒冷工况下的安全稳定运行。与间接空冷系统相比，直接空冷系统在初始温差、投资成本等方面也具有一定优势。直接空冷系统不需要中间介质，汽轮机排汽直接与空气进行热交换，初始温差大，有利于提高换热效率。在投资成本方面，虽然直接空冷系统机组造价相对较高，但由于其设备少、系统简单，在建设过程中可减少部分基建工程和设备采购费用，总体投资成本相对具有竞争力。而且在富煤贫水地区，考虑到煤炭运输成本和用水成本等因素，直接空冷系统从长远利益看，其整体经济性将高于水冷机组和间接空冷机组。直接空冷系统的调节灵活性更高，能够根据机组负荷、环境温度等变化，快速调整空冷风机的运行状态，实现对系统冷却能力的精准控制，更好地适应不同工况的需求。2.3在供热机组中的应用现状在我国，水资源分布不均，北方地区煤炭资源丰富，但水资源匮乏，富煤缺水的现状制约了传统火电的发展。直接空冷系统以其卓越的节水性能，在北方地区的供热机组中得到了广泛应用。以北方某地区为例，截至2023年，该地区已有超过50%的新建供热机组采用了直接空冷系统。其中，包头二电厂作为典型代表，其直接空冷工程项目具有重要的参考价值。包头二电厂位于富煤缺水地区，水资源短缺问题严重，直接空冷系统的应用有效地解决了电厂冷却用水难题。该电厂的直接空冷系统采用了先进的空冷凝汽器技术，配置了高效的空冷风机和抽真空系统，确保了机组的稳定运行。在实际运行过程中，该系统表现出了良好的节水性能，与传统水冷系统相比，节水率达到了70%以上，大大降低了电厂的用水成本。从全国范围来看，近年来直接空冷系统在供热机组中的应用呈现出快速增长的趋势。根据相关统计数据，2015-2023年期间，我国新建供热机组中采用直接空冷系统的比例从30%增长至60%，装机容量也逐年增加。这一增长趋势主要得益于国家对节能环保政策的大力推动，以及直接空冷系统技术的不断成熟和完善。随着水资源保护意识的不断提高，火电行业对节水技术的需求日益迫切，直接空冷系统作为一种高效节水的冷却方式，受到了越来越多的关注和应用。在应用过程中，直接空冷系统也面临着一些挑战，如冬季防冻、夏季高温时段机组背压升高导致出力下降等问题。为应对这些挑战，各电厂采取了一系列措施。在冬季防冻方面，通过优化空冷凝汽器的结构设计，采用单排大口径椭圆形翅片管、设置挡风墙、采用顺逆流联合式结构等方式，增强了空冷凝汽器的防冻性能；加强对机组运行参数的监测与调节，根据环境温度和机组负荷变化，及时调整空冷风机的转速和运行台数，避免空冷凝汽器冻结。在夏季高温时段，通过提高空冷风机的运行效率、增加喷淋冷却装置等措施，降低机组背压，保证机组的出力和安全运行。随着技术的不断进步，直接空冷系统在供热机组中的应用前景十分广阔。未来，直接空冷系统将朝着更加高效、节能、环保的方向发展。一方面，通过研发新型的空冷凝汽器材料和结构，进一步提高系统的换热效率和性能，降低设备的投资和运行成本；另一方面，加强对系统运行优化的研究，利用先进的自动化控制技术和智能监测系统，实现对直接空冷系统的精准调控，提高系统的可靠性和稳定性，更好地满足供热机组的运行需求。三、直接空冷系统的安全性分析3.1常见安全问题及原因3.1.1冬季管束冻结在冬季，直接空冷系统面临的一个严峻问题便是管束冻结，这一问题严重威胁着系统的安全稳定运行。其成因是多方面的，主要包括环境因素、系统运行工况以及设备自身特性等。冬季环境温度显著降低，当环境温度低于0℃时，直接空冷凝汽器翅片管内饱和蒸汽热负荷与翅片管冷却能力之间的平衡极易被打破，这是导致管束冻结的关键因素之一。在低负荷运行状态下，汽轮机的排汽量减少，进入空冷凝汽器的蒸汽流量低于其设计值，而冷却空气量却相对过剩。此时，蒸汽所携带的热量不足以抵消空气带走的热量，使得管束内的凝结水温度迅速下降，当降至冰点以下时，就会发生冻结现象。热负荷分配不均也是导致管束冻结的重要原因。直接空冷凝汽器通常由多个冷却单元组成，在实际运行中，由于蒸汽分配管道的阻力差异、各冷却单元的安装位置和角度不同等因素，容易导致各冷却单元之间的蒸汽流量和热量分配不均匀。在蒸汽流量偏小的空冷单元中，凝结水产生过冷却，进而发生冰冻。在汽轮机启、停过程以及夜间深度调峰或低负荷运行等工况下，这种热负荷分配不均的问题更为突出，使得部分管束更容易受到冻结的威胁。不凝结气体的存在也会加剧管束冻结的风险。在直接空冷系统运行过程中，不可避免地会有一些不凝气体混入蒸汽中。这些不凝气体在空冷管束内聚积，形成死区。由于不凝气体的导热系数远低于蒸汽，会阻碍蒸汽与空气之间的热交换，导致该区域的蒸汽流速和流量低于设计值，空冷凝汽器管束换热量降低，进而使凝结水温度下降，引发结冰现象。在逆流段抽气口附近管束内表面，当环境温度极低时，凝结水在向下排出之前可能被冻结成冰晶体，形成絮状结冰，造成逆流段抽气不畅，形成气塞，进一步加剧不凝气体的聚集，导致顺流段管束也发生结冰。空冷凝汽器管束冻结会对系统安全运行产生诸多不利影响。冻结会导致管束的传热性能急剧下降，使得蒸汽无法有效地冷凝成水，进而使汽轮机排汽压力升高，机组背压增大。这不仅会降低机组的热效率，增加能耗，还可能导致汽轮机轴向推力增大，影响汽轮机的安全运行。严重的冻结甚至会使管束被冰块堵塞，真空下降，迫使机组停机，造成巨大的经济损失。冻结还可能导致管束因冰的膨胀力而发生变形、破裂，损坏设备，增加维修成本和维修难度。3.1.2机组漏真空直接空冷机组相较于同容量的湿冷机组，其真空系统的容积大幅增大，约为湿冷机组的5-6倍。这一庞大的真空系统涵盖了低压缸、排汽装置、空冷岛、抽空气、疏水、低压旁路以及众多连接管道等部件，由于设备制造、安装、运行等多方面因素的影响，使得漏真空的几率显著增加。在设备制造环节，若真空系统中的设备，如管道、阀门、法兰等，存在质量缺陷，如材料强度不足、密封性能不佳等，就容易在运行过程中出现泄漏。一些阀门的密封面加工精度不够，无法实现良好的密封，导致空气泄漏；管道的焊接质量不过关，存在砂眼、裂缝等缺陷，也会成为漏真空的隐患。安装过程中的问题同样不容忽视。如果安装人员技术不熟练，在管道连接、设备安装过程中未能严格按照工艺要求进行操作，就可能导致密封不严。管道连接时，法兰之间的垫片未正确安装，或者螺栓紧固不均匀，都会使空气有机会进入真空系统。在运行过程中，设备的振动、温度变化等因素也会对真空系统的密封性产生影响。长期的振动可能使管道连接处的密封件松动，温度的大幅波动会导致设备材料的热胀冷缩，从而破坏密封性能。机组漏真空会对机组的经济性和设备寿命产生严重危害。漏真空会使不凝结气体增多，这些不凝结气体混入蒸汽中，会增加凝汽器内的压力，导致排汽压力和温度升高。排汽压力的升高会使汽轮机的有效焓降减小，机组的热效率降低，从而增加煤耗，降低机组的经济性。据相关研究表明，以300MW机组为例，背压每增加1KPa，影响机组热耗大约为55.87kJ/kW・h，标准煤耗增加2.15g/kW・h。漏真空还会造成凝结水含氧量增加，氧气会与凝结水中的金属发生化学反应，加剧管道和设备的腐蚀，缩短设备的使用寿命。空气积聚在空冷系统内部，还会形成空气阻，阻碍蒸汽与空气之间的热交换，降低传热效果，进一步影响机组的运行效率。3.1.3空冷凝汽器冷却风机故障空冷凝汽器冷却风机作为直接空冷系统的核心部件，主要由电动机、减速机、风叶和变频调节装置四部分组成，其正常运行对于维持机组的稳定运行至关重要。然而，在实际运行过程中，风机故障时有发生，严重威胁机组的安全、经济运行。电动机故障是导致风机故障的常见原因之一。电动机在长期运行过程中，由于电流的热效应、机械磨损以及环境因素的影响，容易出现绕组短路、断路、绝缘老化等问题。电动机绕组短路会导致电流过大，使电动机发热甚至烧毁；绝缘老化则会降低电动机的绝缘性能，增加漏电风险，影响电动机的正常运行。减速机故障也不容忽视。减速机内部的齿轮在长期啮合传动过程中，会因磨损、疲劳等原因导致齿面损坏、断齿等故障。减速机的轴承也可能因润滑不良、过载等原因发生损坏。这些故障会导致减速机的传动效率降低，甚至无法正常工作，从而影响风机的运行。风叶故障同样会对风机性能产生重大影响。风叶在高速旋转过程中，受到气流的冲击、振动以及沙尘等环境因素的侵蚀，容易出现变形、断裂等问题。风叶变形会导致风机的动平衡被破坏，引起风机振动加剧，不仅会影响风机的正常运行，还可能对风机的其他部件造成损坏；风叶断裂则会使风机失去平衡，引发严重的安全事故。变频调节装置故障也会影响风机的运行。变频调节装置通过改变电源的频率来调节风机的转速，以适应不同的运行工况。如果变频调节装置出现故障，如控制电路故障、功率模块损坏等，就无法准确地调节风机转速，导致风机无法根据机组负荷和环境温度的变化进行合理的调节，影响空冷凝汽器的冷却效果。空冷凝汽器冷却风机故障将直接影响机组背压。当风机出现故障时，其提供的冷却空气量会减少，导致空冷凝汽器内的蒸汽无法及时被冷却，排汽压力升高，机组背压增大。机组背压的升高会使汽轮机的有效焓降减小，机组的热效率降低，增加能耗，影响机组的经济性。过高的背压还可能导致汽轮机轴向推力增大，威胁汽轮机的安全运行。风机故障还可能引发连锁反应，导致其他设备的损坏，进一步影响机组的安全稳定运行。3.2安全运行保障措施3.2.1冬季防冻措施为有效预防冬季直接空冷系统管束冻结，需综合运用多种措施，从运行调节、设备维护等多方面入手，确保系统安全稳定运行。在运行调节方面，当冬季遇有大风降温或风力较大的气象情况时，运行人员应采取适当增加机组负荷或提高运行背压等手段。增加机组负荷可使汽轮机排汽量增加，提高进入空冷凝汽器的蒸汽流量，从而增加管束内的热量，防止因大风、降温、散热器热量分布不均造成管束冻结损坏事故。提高运行背压能使排汽温度升高，增强蒸汽的放热能力，也有助于预防管束冻结。机组负荷一定时，运行背压越高，排汽温度和排汽量越大，越有利于防冻，但需注意将汽轮机背压限制在对应工况下背压保护曲线的报警值以内。调节风机转速是控制空冷凝汽器冷却能力的重要手段。机组在运行期间，应根据空冷凝汽器散热器温度偏差来调节空冷风机的转速。当发现某一区域的散热器温度偏低时，可降低该区域空冷风机的转速，减少冷却空气量，避免该区域管束因过度冷却而冻结；反之，当某区域温度偏高时，可适当提高风机转速，增强冷却效果。通过逆流散热器风机的反转，使顺流散热器出口的热风倒流人逆流散热器的空气入口进行防冻，这一方法能有效利用热风的热量，提高逆流散热器的温度，防止逆流管束冻结，实现对空冷系统的防冻或回暖等功能。在设备维护和管理方面，空冷岛进入冬季运行工况，应备好苫布、棉被等防冻物资。进入严寒期间，对长期停用列风机，对每个换热单元在进风口护网上用苫布遮盖，堵住进风口，避免冷风对流，减少热量散失，防止管束冻结。为了防止进汽蝶阀不严导致乏汽漏入停运的空冷列，每年检修期对各进汽蝶阀进行检修，同时更换密封胶圈，确保阀门的密封性，避免蒸汽泄漏造成局部过热或冻结。冬季巡检中要加强对散热管束表面温差的监视调整，就地实际测量凝结水联箱温度。尤其机组在低负荷运行期间，应加强空冷岛各散热管束表面温度偏差的检查测量。单个散热管束表面温度不允许有低于0℃情况出现，否则应继续降低风机转速或增加机组负荷。因为当散热管束表面温度低于0℃时，管束内的凝结水极易冻结，所以一旦发现温度异常，必须及时采取措施，保证管束安全。3.2.2防止漏真空措施防止机组漏真空对于保障直接空冷系统的安全经济运行至关重要，需从多个环节入手，采取一系列有效措施。定期进行真空严密性试验是发现漏真空问题的重要手段。按照相关标准，300MW以下机组真空下降速度≤130Pa/min为合格；300MW以上机组真空下降速度≤100Pa/min为合格。若试验不合格，应积极查找漏点并消除。可采用氦气或专用的检漏仪器进行检漏，这些仪器能够精准检测出真空系统中的微小泄漏点。对于发现的漏点，要及时进行修复，如对管道焊缝进行补焊、更换密封不良的阀门垫片等，确保真空系统的严密性。在运行过程中，要严格控制排汽参数。冬季直接空冷机组运行中如果排汽参数调整不当，将导致空冷凝汽器管束受冻变形或冻裂，负压系统出现漏真空现象。所以在低气温下，要密切关注各项参数，合理调整机组运行状态，降低风机转速，采取冬季防冻回暖控制，防止发生空冷散热器管束与配合汽管处焊口等设备冻裂。因为设备冻裂会导致真空系统泄漏，使不凝结气体增多，排汽压力和温度升高，降低机组经济性，还会造成凝结水含氧量增加，加剧管道腐蚀。机组在大、小修后应对其真空系统进行全面查漏工作。在大修期间，对真空系统中的设备进行解体检查，如检查低压缸、排汽装置、空冷岛等设备的密封面是否完好，管道是否存在磨损、腐蚀等情况。对发现的问题及时进行修复和处理，确保设备在重新投入运行后能够保持良好的密封性。小修时，也应对真空系统的关键部位进行检查，如检查阀门的开关灵活性和密封性、抽真空系统的性能等，及时发现并解决潜在的漏真空问题。3.2.3冷却风机维护措施空冷凝汽器冷却风机的正常运行是直接空冷系统稳定工作的关键，因此必须加强对其维护，从多个方面确保风机性能良好。日常运行中要加强对电动机的检查，检查绕组温度是否正常，避免因温度过高导致绕组绝缘损坏。电动机在运行过程中，由于电流的热效应，绕组会产生热量，如果散热不良或负载过大，绕组温度就会升高。一般来说，电动机绕组的正常工作温度应在其绝缘等级允许的范围内，如B级绝缘的电动机，绕组温度不应超过130℃。还需检查电动机的振动情况，正常运行的电动机振动应在规定的允许值内，若振动过大，可能是由于电机轴承损坏、转子不平衡等原因引起，这不仅会影响电机的正常运行，还可能导致其他部件的损坏。同时，要注意倾听电动机声音是否正常，若出现异常声响，如摩擦声、撞击声等，可能意味着电动机内部存在故障，需及时停机检修。减速机作为风机传动系统的重要组成部分，也需要定期检查。检查减速机声音是否正常，若出现异常噪音，可能是由于齿轮磨损、轴承损坏等原因导致。查看油位是否在正常范围内，油位过低会导致减速机润滑不良，加速齿轮和轴承的磨损；油位过高则可能引起油温升高，影响减速机的正常运行。检查油质是否合格，若油质变差，如出现乳化、变黑、杂质增多等情况，应及时更换润滑油。还要检查减速机箱体有无渗油现象，若发现渗油，需及时找出渗油点并进行修复，防止润滑油泄漏过多影响减速机的正常工作。检查减速机内电加热系统是否良好，在冬季或环境温度较低时，电加热系统可确保减速机润滑油的粘度适宜，保证减速机的正常启动和运行。四、直接空冷系统的经济性分析4.1影响经济性的因素4.1.1背压变化的影响背压作为直接空冷系统运行中的关键参数，对机组的经济性有着显著影响。背压的变化直接关联着机组的热效率和煤耗率，运用等效热降理论能够深入剖析这种影响机制。等效热降理论是基于热力学第一定律和第二定律发展而来的一种热经济性分析方法，它将热力系统中的各种热力过程进行等效简化，以蒸汽在汽轮机中的等效焓降为核心，来分析系统的热经济性。在直接空冷系统中，背压的改变会使汽轮机的排汽焓发生变化，进而影响蒸汽在汽轮机内的等效焓降。当背压升高时，汽轮机的排汽焓增大，蒸汽在汽轮机内的等效焓降减小，这意味着每千克蒸汽在汽轮机中所做的功减少，机组的热效率降低。为了维持机组的输出功率，就需要消耗更多的燃料，从而导致机组煤耗率增加。反之，当背压降低时，排汽焓减小，等效焓降增大，机组热效率提高，煤耗率降低。通过厂用电转换系数，可以进一步建立背压与供电煤耗率之间的关系。厂用电转换系数是指厂用电消耗与发电量之间的比例关系。在直接空冷系统运行过程中，空冷风机、抽真空系统等设备的运行需要消耗一定的厂用电。当背压发生变化时，这些设备的运行工况也会相应改变，从而影响厂用电的消耗。背压升高时，为了维持空冷凝汽器的冷却效果，空冷风机可能需要提高转速，增加冷却空气量，这将导致风机电耗增加，厂用电消耗上升。而厂用电的增加会使供电煤耗率升高，因为发电总量不变的情况下，厂用电消耗越多，向外输送的电量就越少，单位供电量所消耗的煤量就会增加。以某300MW直接空冷机组为例，通过实际运行数据和理论计算可知，当背压从15kPa升高到20kPa时，机组的热耗率增加了约150kJ/kW・h，煤耗率升高了约5.5g/kW・h。这充分表明背压的微小变化都会对机组的经济性产生较大影响。因此，在直接空冷系统的运行过程中，严格控制背压在合理范围内至关重要。通过优化空冷风机的运行方式，根据环境温度、机组负荷等因素及时调整风机转速和运行台数，确保空冷凝汽器的冷却效果，维持较低且稳定的背压，能够有效提高机组的热效率，降低煤耗率，提升直接空冷系统的经济性。4.1.2凝结水过冷度的影响凝结水过冷度是指排汽压力下的饱和水温度与凝结水实际温度的差值，它是衡量直接空冷系统运行经济性的重要指标之一。凝结水过冷度的产生与系统的设计、运行工况等多种因素密切相关，对机组的经济性有着不容忽视的影响。在直接空冷系统中，凝汽器的结构和运行状态是导致凝结水过冷度产生的主要原因之一。凝汽器内管束排列不合理，冷却水管束布置过密或排列不当，会使汽气混合物在通往凝汽器管束中心和下部时存在较大的汽阻，引起凝汽器内部绝对压力从凝汽器入口到抽气口逐渐降低，使得凝汽器大部分区域的蒸汽实际凝结温度低于凝汽器入口处的饱和温度，从而形成过冷度。这种情况下，蒸汽所凝结的水通过密集的管束时，在冷却水管外侧形成一层水膜，起到再冷却凝结水的作用，进一步加剧了凝结水的过冷却。空气漏入凝汽器或抽气器工作不正常也会导致凝结水过冷度增大。机组运行过程中，处于真空状态下的汽轮机排汽缸、凝汽器以及低压给水加热系统等部分，若有不严密处，会造成空气漏入；抽气器工作不正常，不能及时把凝汽器内漏入的空气抽走，使凝汽器内积存的空气等不凝结气体增加。这些不凝结气体不仅会在冷却水管表面形成传热不良的空气膜，降低传热效果，增加传热端差，还会使凝汽器内的汽气混合物中空气成分增高，造成空气分压提高、蒸汽分压降低。由于凝结水是在对应蒸汽分压的饱和温度下冷凝，此时凝结水温度必然低于凝汽器压力下的饱和温度，从而产生凝结水过冷却。凝结水过冷度对机组经济性的影响主要体现在增加抽汽量和降低机组效率两个方面。凝结水过冷度会增加冷源损失，引起作功能力的损失，降低系统的热经济性。通过对N15-4.9/470型汽轮机实例计算结果表明，当凝结水过冷却度增加2℃时，新蒸汽等效焓降减少0.457kJ/kg，机组效率相对降低0.051%，电厂标准煤耗增加0.198g/kW.h。这是因为凝结水过冷，其温度低于饱和温度，在回热加热过程中，需要消耗更多的抽汽来加热凝结水，使其达到合适的温度进入锅炉循环，这就导致抽汽量增加，而抽汽量的增加意味着进入汽轮机做功的蒸汽量减少，机组的发电效率降低。凝结水过冷度还会使凝结水的溶氧量增大，引起低压设备和管道的氧腐蚀，降低设备的安全可靠性。溶解于水中的气体量和热井水面上气体的分压力成正比，凝结水过冷度存在会导致凝结水温度过低，即凝结水水面上的蒸汽分压力降低，气体分压力增高，使得溶解于水中的气体含量增加，含氧量也随之增加。这将导致凝汽器内换热管、低加及相关管道阀门腐蚀加剧，不仅增加了设备的维护成本和维修难度，还可能因设备损坏而导致停机，进一步影响机组的经济性。4.1.3设备运行效率的影响直接空冷系统中设备的运行效率对系统的经济性有着直接且关键的影响，其中空冷风机和凝汽器作为核心设备，其运行效率的高低直接关系到系统的能耗和换热效果。空冷风机是直接空冷系统中提供冷却空气动力的关键设备，其运行效率的变化直接影响风机的电耗。当空冷风机的叶片磨损、变形或安装角度不合理时，风机的性能会下降，导致在相同的工况下，需要消耗更多的电能来提供足够的冷却空气量。风机的电动机故障、减速机效率降低等问题，也会使风机的电耗增加。在夏季高温时段，为了维持空冷凝汽器的冷却效果，需要空冷风机提供较大的冷却空气量。如果风机运行效率降低，就可能需要提高风机转速或增加运行风机台数，这将显著增加风机的电耗，从而提高直接空冷系统的运行成本，降低系统的经济性。凝汽器作为直接空冷系统中的主要换热设备，其换热效率对系统经济性有着重要影响。凝汽器换热效率降低的原因是多方面的。空冷散热器翅片积垢、污染是常见的原因之一，受沙尘、环境灰尘以及杨柳絮等因素的影响，空冷散热器翅片容易积聚污垢，这将增加散热器的风阻，同时降低换热系数，使蒸汽与空气之间的热交换效率下降。凝汽器内部管束泄漏、结垢也会影响换热效果，管束泄漏会导致蒸汽泄漏，减少参与换热的蒸汽量；管束结垢会在管束表面形成一层热阻较大的垢层，阻碍热量的传递。当凝汽器换热效率降低时，蒸汽无法及时有效地冷凝成水，会导致汽轮机排汽压力升高，机组背压增大，进而使汽轮机的有效焓降减小，机组的热效率降低，能耗增加。以某直接空冷机组为例，当空冷风机因叶片磨损导致运行效率下降10%时，在相同的冷却需求下，风机电耗增加了约15%。而当凝汽器因翅片积垢导致换热效率降低15%时，机组背压升高了约2kPa，热耗率增加了约80kJ/kW・h，煤耗率升高了约3g/kW・h。这些数据充分表明，提高空冷风机和凝汽器等设备的运行效率，对于降低直接空冷系统的能耗，提高系统的经济性具有重要意义。在实际运行中，应加强对设备的维护和管理，定期对空冷风机进行检查和维护，及时更换磨损的叶片，调整风机的安装角度，确保风机的正常运行；定期对凝汽器进行清洗和检查，去除翅片积垢，修复管束泄漏，保证凝汽器的良好换热性能，从而提升直接空冷系统的经济性。4.2提高经济性的策略4.2.1优化运行调整根据环境温度、负荷变化等因素，对空冷风机转速和台数进行优化调整，是提高直接空冷系统经济性的重要策略之一。环境温度和负荷的变化会直接影响汽轮机的排汽参数和空冷凝汽器的冷却需求。在不同的环境温度和负荷条件下，通过合理控制空冷风机的运行状态，可以实现冷却空气量与汽轮机排汽量的精准匹配，从而降低风机能耗，提高机组运行经济性。在夏季高温时段，环境温度较高，汽轮机排汽量也相对较大，此时需要空冷风机提供较大的冷却空气量，以确保空冷凝汽器能够有效地冷却排汽，维持机组的正常背压。可以通过提高空冷风机的转速或增加运行风机的台数，来增加冷却空气量。通过优化运行调整，使风机在满足冷却需求的前提下，尽可能运行在高效区，避免因风机过度运行而增加能耗。根据实时监测的环境温度和机组负荷数据，利用自动化控制系统，动态调整风机的转速和台数，实现对冷却空气量的精准控制。在冬季或低负荷工况下，环境温度较低，汽轮机排汽量减少，空冷凝汽器的冷却需求也相应降低。此时，可以适当降低空冷风机的转速或停运部分风机，减少冷却空气量，避免空冷凝汽器过度冷却导致能耗增加。在夜间低负荷时段，当环境温度较低且汽轮机排汽量较小时，可根据实际情况停运部分空冷风机，仅保留必要的风机维持空冷凝汽器的基本冷却需求。这样既能保证空冷凝汽器的正常运行，又能有效降低风机的电耗，提高机组的经济性。合理调整机组背压也是提高经济性的关键。机组背压与机组的热效率和煤耗率密切相关，通过优化运行调整，维持机组背压在合理范围内，可以显著提高机组的热经济性。在实际运行中，应根据机组的负荷情况、环境温度以及空冷凝汽器的换热性能等因素，综合确定机组的最佳背压。通过调整空冷风机的运行状态、优化蒸汽分配等措施，使机组背压保持在接近最佳背压的水平，从而降低煤耗率，提高机组的经济性。以某直接空冷机组为例，通过实施优化运行调整策略，根据环境温度和负荷变化实时调整空冷风机转速和台数，合理控制机组背压，在夏季高温时段，机组的煤耗率降低了约3g/kW・h，在冬季低负荷工况下，风机电耗降低了约15%。这些数据充分表明，优化运行调整对于提高直接空冷系统的经济性具有显著效果，能够有效降低机组的运行成本，提高能源利用效率。4.2.2设备节能改造对空冷系统设备进行节能改造，是提高直接空冷系统经济性的重要途径。通过采用高效换热管束、节能型风机等先进设备和技术，可以显著降低设备能耗，提高系统的整体经济性。高效换热管束在直接空冷系统中具有重要作用。传统的换热管束在长期运行过程中，可能会出现换热效率下降的问题，导致蒸汽与空气之间的热交换不充分，影响系统的冷却效果和经济性。而新型高效换热管束采用了先进的材料和结构设计，能够有效提高换热效率。一些高效换热管束采用了特殊的翅片结构，增加了换热面积，提高了换热系数，使蒸汽能够更快速地冷凝成水，减少了蒸汽在空冷凝汽器内的停留时间，降低了机组背压，从而提高了机组的热效率。高效换热管束还具有更好的抗腐蚀性能和耐久性，能够减少设备的维修和更换成本，进一步提高系统的经济性。节能型风机也是设备节能改造的重要内容。节能型风机在设计和制造过程中，采用了先进的技术和材料，能够降低风机的能耗，提高风机的运行效率。一些节能型风机采用了高效的电机和先进的变频调节装置，能够根据实际运行需求精确调节风机转速，避免了风机在运行过程中的能量浪费。与传统风机相比，节能型风机的效率可提高10%-20%，电耗降低15%-30%。节能型风机的叶片设计更加合理，能够减少空气阻力，提高风机的风量和风压，从而提高空冷凝汽器的冷却效果，降低机组背压，提高机组的经济性。除了高效换热管束和节能型风机，还可以对空冷系统的其他设备进行节能改造。对抽真空系统进行优化，采用高效的真空泵和先进的密封技术，减少系统的漏真空现象，提高抽真空效率，降低真空泵的能耗。对凝结水系统进行改造，优化凝结水泵的运行方式，采用变频调速技术，根据凝结水的流量和压力需求，精确调节凝结水泵的转速，降低凝结水泵的能耗。以某直接空冷机组的节能改造项目为例，该机组对空冷系统的换热管束和风机进行了节能改造。将传统的换热管束更换为高效换热管束，同时将普通风机升级为节能型风机。改造后，机组的换热效率得到显著提高，空冷凝汽器的冷却效果明显改善，机组背压降低了约2kPa，热耗率降低了约60kJ/kW・h，煤耗率降低了约2.2g/kW・h。风机的电耗也大幅降低，每年可节约电费约50万元。这些数据表明，通过设备节能改造，能够有效提高直接空冷系统的经济性，降低机组的运行成本，具有显著的经济效益和节能效果。4.2.3余热回收利用利用大温差供热技术等手段回收汽轮机排汽余热，是提高直接空冷系统能源利用率、实现节能增效的重要策略。汽轮机排汽中蕴含着大量的热能，若直接排放到环境中，不仅造成能源的浪费，还会对环境产生热污染。通过余热回收利用技术，可以将这部分余热转化为可利用的热能，用于供热或其他工业生产过程，从而提高能源利用效率，增加供热能力。大温差供热技术是一种先进的余热回收利用技术，其原理是通过优化供热系统的设计和运行，增大供热供回水温度差，从而提高供热系统的输送能力和能源利用效率。在直接空冷系统中，利用大温差供热技术，可以将汽轮机排汽余热更有效地传递给热用户。通过采用高效的换热器和合理的供热管网布局，将汽轮机排汽的热量传递给供热循环水，提高供热循环水的供水温度，降低回水温度，实现大温差供热。这样，在相同的供热负荷下，可以减少供热循环水的流量，降低供热泵的能耗，同时提高了汽轮机排汽余热的回收利用效率。除了大温差供热技术，还可以采用吸收式热泵技术回收汽轮机排汽余热。吸收式热泵以蒸汽、热水、燃气等为驱动热源，以溴化锂溶液等为吸收剂，通过吸收和释放热量的过程，将低温热源的热量提升到高温，实现余热的回收利用。在直接空冷系统中，利用吸收式热泵可以将汽轮机排汽的余热提升温度后，用于供热或其他工业生产过程。将汽轮机排汽作为吸收式热泵的低温热源，通过吸收式热泵的作用，将排汽余热提升到合适的温度，为建筑物供暖或为工业生产提供工艺热水，从而实现余热的高效利用。余热回收利用不仅可以提高能源利用效率，还能带来显著的经济效益。通过回收汽轮机排汽余热用于供热，可以增加供热能力，减少对其他供热热源的依赖，降低供热成本。以某采用大温差供热技术的直接空冷机组为例，通过余热回收利用，每年可多回收热量约50000GJ，增加供热面积约50万平方米，节约供热成本约300万元。余热回收利用还能减少能源消耗，降低温室气体排放，具有良好的环保效益。五、直接空冷系统设备检修质量管理5.1检修管理的重要性直接空冷系统设备检修质量管理是保障火力发电厂安全、稳定、经济运行的关键环节，对整个发电生产过程具有不可忽视的重要意义。从安全性角度来看，直接空冷系统在运行过程中面临诸多挑战，如空冷凝汽器管束冻结、机组漏真空、空冷凝汽器冷却风机故障等安全问题。这些问题若得不到及时有效的解决，将严重威胁机组的安全运行。空冷凝汽器管束冻结会导致管束破裂，引发蒸汽泄漏，可能造成人员伤亡和设备损坏；机组漏真空会使不凝结气体增多，排汽压力和温度升高，影响汽轮机的正常运行，甚至引发汽轮机故障；空冷凝汽器冷却风机故障则会直接影响机组背压，导致机组热效率降低，严重时可能迫使机组停机。通过科学有效的设备检修质量管理，能够及时发现并处理这些潜在的安全隐患。定期对空冷凝汽器进行检查，及时清理管束内的杂物和污垢，修复泄漏点，确保其密封性；对空冷凝汽器冷却风机进行日常维护和检修，检查电动机、减速机、风叶等部件的运行状况，及时更换磨损的部件，保证风机的正常运行，从而有效预防安全事故的发生，确保机组的安全稳定运行。在经济性方面，直接空冷系统的经济性能与设备的运行状态密切相关。背压变化、凝结水过冷度以及设备运行效率等因素都会对机组的经济性产生显著影响。背压升高会导致机组热效率降低，煤耗增加；凝结水过冷度增大则会使抽汽量增加，机组效率下降；设备运行效率低下会导致能耗增加，运行成本上升。通过合理的设备检修质量管理，可以优化设备的运行性能，降低能耗，提高机组的经济性。定期对空冷凝汽器进行清洗，去除翅片积垢，提高换热效率，降低机组背压，从而降低煤耗；对空冷风机进行节能改造，采用高效电机和先进的变频调节装置，降低风机电耗，提高设备运行效率，减少运行成本。设备检修质量管理还能延长设备的使用寿命。直接空冷系统中的设备在长期运行过程中，会受到各种因素的影响，如高温、高压、腐蚀、磨损等，导致设备性能下降，寿命缩短。通过定期的设备检修和维护，对设备进行全面检查、清洁、润滑、修复和更换磨损部件等工作，可以及时发现并解决设备存在的问题，减缓设备的磨损和腐蚀，保持设备的良好性能，从而延长设备的使用寿命，减少设备更换成本，提高设备的投资回报率。设备检修质量管理对于保障直接空冷系统的安全经济运行，提高设备使用寿命，降低运行成本具有至关重要的作用。它是火力发电厂实现可持续发展的重要保障，对于提高电力生产的可靠性和经济性，满足社会对电力的需求具有重要意义。5.2检修内容与流程5.2.1检修内容清扫检查管箱及管束是检修工作的重要内容之一。管箱和管束在长期运行过程中，会积聚大量的灰尘、污垢以及杂质，这些物质会影响管箱的密封性和管束的换热效果。在清扫过程中，需使用专业的清扫工具，如高压水枪、空气压缩机等，对管箱内部和管束表面进行全面清理，去除附着的污垢和杂质。对管箱和管束进行检查，查看是否存在腐蚀、磨损、变形等问题。若发现管箱有腐蚀穿孔的情况，需及时进行修复或更换；对于管束，要检查翅片是否损坏、管束是否泄漏等，若存在问题，需根据具体情况进行修复或更换。运行中，管箱丝堵、管箱法兰的联接螺栓及丝堵、法兰垫片等部件容易受到腐蚀、松动等影响，导致密封性能下降，出现泄漏现象。因此，对于腐蚀严重的这些部件，需及时进行更换。在更换过程中，要选择符合技术要求的丝堵、螺栓和垫片，确保其材质、规格与原部件一致。更换管箱丝堵垫片时，要保证垫片表面平整，无贯穿纵向的沟纹及影响密封性能的缺陷，以确保良好的密封效果，防止介质泄漏。风筒、百页窗及喷水设施等附属设施在直接空冷系统中也起着重要作用。风筒和百页窗的作用是引导空气流动，确保空气能够均匀地流过空冷凝汽器，提高换热效率；喷水设施则用于在高温时段对空冷凝汽器进行喷淋冷却，增强冷却效果。在检修时，要检查这些附属设施是否存在腐蚀、损坏、堵塞等问题。若风筒出现腐蚀穿孔、百页窗损坏无法正常开启关闭，应及时进行修复或更换；对于喷水设施，要检查喷头是否堵塞、管道是否泄漏，确保喷水设施畅通无泄漏，以保证其在需要时能够正常工作。在直接空冷系统运行过程中，由于各种原因，管子可能会出现泄漏现象。处理泄露的管子是检修工作的关键环节之一。对于泄漏的管子，首先要确定泄漏点的位置和泄漏程度。可采用打压试验、超声波检测等方法进行查漏。确定泄漏点后，根据管子的材质和泄漏情况，采取相应的处理措施。对于轻微泄漏的管子，可采用补焊的方法进行修复；若泄漏严重，无法通过补焊修复，则需更换泄漏的管子。在更换管子时，要注意新管子的材质、规格应与原管子一致，且安装要牢固，确保焊接质量，避免再次出现泄漏。安全附件如安全阀、压力表等，对于直接空冷系统的安全运行至关重要。这些安全附件能够在系统压力、温度等参数异常时，及时动作，保障系统的安全。因此，需定期对安全附件进行校验，确保其灵敏可靠。校验安全阀时，要按照相关标准和规范，对安全阀的开启压力、回座压力等参数进行测试，确保其在规定的压力范围内能够正常开启和回座；校验压力表时，要使用标准压力表对其进行校准，检查其测量精度是否符合要求，指针是否灵活，表盘是否清晰等。若发现安全附件存在故障或精度不准确，应及时进行维修或更换。5.2.2检修流程检修前的准备工作是确保检修工作顺利进行的基础。需要全面掌握设备的运行情况，收集设备的相关资料，包括设备的设计图纸、运行记录、维修记录等。通过分析这些资料，了解设备在运行过程中出现的问题、故障频率以及设备的磨损情况等，为制定检修方案提供依据。根据设备的运行情况和检修需求，备齐必要的检修工具、配件及材料。检修工具应包括各种手动工具、电动工具、测量仪器等，确保工具的完好性和准确性；配件和材料要按照设备的规格和型号进行准备，保证其质量可靠，数量充足。要切断风机电源，将空冷器内介质排净并吹扫置换干净，使其符合安全检修条件。在进行吹扫置换时，要严格按照操作规程进行，确保操作人员的安全。制定科学合理的检修方案是检修工作的核心环节。根据设备的运行状况、故障情况以及收集到的资料，确定检修的项目和内容。对于存在严重腐蚀的管箱和管束，要安排重点检修；对于经常出现故障的部件，如空冷风机的电动机、减速机等，要进行全面检查和维护。明确检修的方法和步骤，对于不同的检修项目，要选择合适的检修方法。在更换管束时，要制定详细的更换步骤，包括拆除旧管束、安装新管束、检查验收等环节；在检修空冷风机时，要按照电动机、减速机、风叶等部件的顺序，逐一进行检查和维修。还要合理安排检修的时间进度，根据检修项目的难易程度和工作量，制定详细的时间表，确保检修工作能够按时完成。实施检修作业是检修流程的关键步骤，需严格按照检修方案和操作规程进行。在清扫检查管箱及管束时，操作人员要使用合适的清扫工具，按照规定的顺序和方法进行清理和检查，确保管箱和管束的清洁度和完好性。在更换腐蚀部件时，要注意操作规范，确保新部件的安装质量。更换管箱丝堵垫片时，要将管箱表面清理干净，涂抹适量的密封胶，然后安装新垫片，拧紧丝堵，确保密封良好。在检查修复风筒、百页窗及喷水设施等附属设施时，要仔细检查每个部件，对损坏的部件进行修复或更换，确保附属设施的正常运行。在处理泄露的管子时，要先确定泄漏点，然后采取相应的修复措施，修复完成后要进行打压试验，检查修复效果。检修质量验收是保证检修工作质量的重要环节。在检修工作完成后，要依据相关的质量标准和验收规范，对检修后的设备进行全面检查和测试。检查管箱和管束的清洁度、密封性以及换热效果是否符合要求；检查更换的部件是否安装牢固，运行是否正常；检查风筒、百页窗及喷水设施等附属设施是否能够正常工作。对于安全附件，要检查其校验报告，确保其灵敏可靠。在验收过程中，若发现问题，要及时要求检修人员进行整改，直至验收合格为止。只有经过严格的质量验收，确认设备符合运行要求后，才能将设备投入使用。5.3质量管理措施5.3.1质量控制体系建立建立健全质量控制体系是保障直接空冷系统设备检修质量的基础，需从多个方面入手，明确质量目标、标准、责任，并制定科学合理的控制流程和方法。明确质量目标是质量控制体系的首要任务。质量目标应紧密围绕直接空冷系统的安全经济运行需求来设定，确保检修后的设备能够稳定、高效地运行。质量目标可设定为降低设备故障率、提高设备运行效率、减少能源消耗等具体指标。将设备故障率降低至一定水平，如每年的故障次数不超过5次；提高设备运行效率，使空冷凝汽器的换热效率提高10%以上；减少能源消耗，降低空冷风机的电耗15%等。这些具体的质量目标为检修工作提供了明确的方向，有助于评估检修工作的成效。制定详细的质量标准是确保检修质量的关键。质量标准应涵盖检修工作的各个环节和设备的各个部件，包括检修技术标准、检修工艺标准、检修验收标准等。在检修技术标准方面，规定管箱及管束的清扫检查标准，要求清扫后管箱内部和管束表面无明显污垢、杂质，清洁度达到95%以上；规定设备安装的精度标准，如空冷风机的水平度偏差不超过0.5mm/m，垂直度偏差不超过1mm/m等。在检修工艺标准方面，明确管子补焊的工艺要求，如焊接电流、电压、焊接速度等参数的控制范围；规定管箱丝堵垫片的更换工艺，确保垫片安装平整、无褶皱，密封良好。明确质量责任是保障质量控制体系有效运行的重要保障。建立质量责任制度，将质量责任明确到具体的部门和个人。检修部门负责制定检修计划、组织实施检修作业，并对检修质量负直接责任；质量检验部门负责对检修过程和检修后的设备进行质量检验和监督，对质量检验结果负责；设备运行部门负责提供设备的运行情况和故障信息，配合检修部门开展检修工作，并对设备检修后的运行效果进行反馈。通过明确质量责任，使每个参与检修工作的人员都清楚自己的职责和任务，增强质量意识，确保检修工作的质量。制定科学的质量控制流程和方法是确保质量控制体系有效实施的手段。质量控制流程应包括检修前的质量策划、检修过程中的质量控制和检修后的质量验收等环节。在检修前，根据设备的运行情况和质量目标，制定详细的检修方案和质量计划，明确检修的项目、内容、方法和质量要求；在检修过程中，严格按照检修工艺标准和质量要求进行作业，加强对检修过程的监督和检查，及时发现并纠正质量问题；在检修后，依据质量验收标准对设备进行全面检验，确保设备质量符合要求。在质量控制方法方面，可采用质量统计分析方法，对检修过程中的质量数据进行收集、整理和分析，找出质量问题的原因和规律，采取针对性的措施加以改进；运用质量审核方法，定期对质量控制体系的运行情况进行审核，确保体系的有效性和持续改进。5.3.2人员培训与管理人员是直接空冷系统设备检修工作的核心要素，加强检修人员培训与管理，对于提高检修质量和效率，保障系统安全经济运行具有重要意义。定期组织专业技能培训是提升检修人员技术水平的重要途径。培训内容应紧密结合直接空冷系统设备的特点和检修工作的实际需求，涵盖设备结构原理、检修工艺、故障诊断与处理等方面。针对空冷凝汽器的检修培训，详细讲解空冷凝汽器的结构组成、工作原理，使检修人员深入了解管束、管箱、翅片等部件的作用和相互关系；培训空冷凝汽器的检修工艺，包括管束的清洗方法、管箱丝堵垫片的更换技巧、管子泄漏的处理方法等；开展故障诊断与处理培训，通过实际案例分析，让检修人员掌握空冷凝汽器常见故障的诊断方法和处理措施，如管束冻结的预防与处理、换热效率下降的原因分析与解决方法等。培训方式可采用课堂讲授、现场演示、模拟操作等多种形式相结合，提高培训效果。邀请设备厂家的技术人员进行现场指导，让检修人员亲自动手操作，加深对检修工艺的理解和掌握。加强质量意识教育是确保检修质量的关键。通过开展质量意识培训、宣传质量管理制度和标准等方式，使检修人员充分认识到检修质量对直接空冷系统安全经济运行的重要性。组织检修人员学习质量管理的基本理论和方法，了解质量事故的危害和后果，增强质量责任感；宣传公司的质量管理制度和标准，让检修人员明确检修工作的质量要求和规范，自觉遵守质量规定；开展质量案例分析活动，通过分析实际发生的质量事故案例，从中吸取教训，提高检修人员的质量意识和风险防范意识。规范人员操作行为是保障检修质量和安全的重要措施。制定详细的检修操作规程和作业指导书，明确检修人员在检修过程中的操作步骤、方法和注意事项。在空冷风机的检修过程中，操作规程应规定风机停机、断电、挂牌等安全措施的执行步骤；规定电动机、减速机、风叶等部件的拆卸、检查、安装的操作方法和顺序；明确检修过程中对各部件的清洁、润滑、调整等要求。加强对检修人员操作行为的监督和检查，及时纠正违规操作行为，确保检修工作按照操作规程进行。建立人员考核管理机制是激励检修人员提高工作质量和效率的有效手段。制定科学合理的考核指标和评价标准，对检修人员的工作业绩、专业技能、质量意识、操作规范等方面进行全面考核。考核指标可包括检修任务完成的及时性、检修质量的合格率、设备故障率的降低情况、安全事故的发生次数等；评价标准应明确各项考核指标的具体要求和评分方法。将考核结果与检修人员的薪酬、晋升、奖励等挂钩，对表现优秀的检修人员给予表彰和奖励，对考核不合格的检修人员进行培训或调整岗位，激励检修人员积极提高自身素质和工作水平。5.3.3检修过程监督与检验加强检修过程监督与检验是保障直接空冷系统设备检修质量的重要环节，通过严格执行检修工艺和质量标准，运用科学的检测手段，对检修质量进行全面、准确的评估。在检修过程中，必须严格执行既定的检修工艺和质量标准，确保每一个检修环节都符合要求。对于管箱及管束的清扫检查，要按照规定的清扫顺序和方法进行操作，使用合适的清扫工具，确保管箱内部和管束表面清洁干净，无污垢、杂质残留。在更换管箱丝堵垫片时，要严格按照工艺要求，先将管箱表面清理干净，涂抹适量的密封胶，然后安装新垫片，拧紧丝堵，保证密封性能良好。对于风筒、百页窗及喷水设施等附属设施的检修，要按照质量标准，检查其腐蚀、损坏情况，修复或更换有问题的部件，确保附属设施的正常运行。在处理泄露的管子时，要根据管子的材质和泄漏情况，选择合适的修复方法，严格按照焊接工艺要求进行补焊或更换管子，确保修复质量。运用多种检测手段对检修质量进行全面检验和评估，能够及时发现潜在的质量问题，确保设备检修后达到预期的性能指标。采用无损检测技术，如超声波检测、射线检测等，对设备的关键部件进行检测，检查是否存在内部缺陷，如裂纹、气孔、夹渣等。在对空冷凝汽器管束进行检测时，利用超声波检测技术，可以检测管束内部是否存在裂纹，确保管束的强度和密封性。使用量具对设备的尺寸、形状等进行测量，检查是否符合设计要求。在安装空冷风机时，用量具测量风机的轴径、叶片角度等参数，确保安装精度。通过试验的方法对设备的性能进行测试，如对安全附件进行校验，测试安全阀的开启压力、回座压力，检查压力表的测量精度，确保安全附件的灵敏可靠；对空冷风机进行试运行，测试其风量、风压、振动等参数，检查风机的运行性能是否正常。建立完善的质量监督机制，加强对检修过程的全程监督，是保障检修质量的重要保障。安排专业的质量监督人员，对检修工作进行现场监督，及时发现并纠正违规操作行为和质量问题。质量监督人员要具备丰富的专业知识和实践经验，熟悉检修工艺和质量标准，能够准确判断检修工作是否符合要求。建立质量反馈机制，检修人员在检修过程中发现质量问题，要及时反馈给质量监督人员和相关部门，以便及时采取措施进行处理。质量监督人员要定期对检修质量进行检查和评估，形成质量监督报告，为后续的检修工作提供参考和改进依据。六、案例分析6.1案例选取与背景介绍本研究选取包头二电厂作为案例分析对象，该厂具有典型的带供热机组直接空冷系统，对其进行深入剖析，有助于全面了解直接空冷系统在实际运行中的安全经济性及设备检修质量管理情况。包头二电厂隶属于北方联合电力有限责任公司，位于内蒙古自治区包头市青山区厂前路，是国家“一五”计划由原苏联援建的156个重点项目之一，也是内蒙古自治区第一座高温高压热电厂。其装机容量为100万千瓦，主营业务为发电和供热，同时为军工企业提供工业用蒸汽，是北方