超临界直接空冷机组低负荷运行期间溶氧浓度升高的异常分析

1 异常现象概述

某电厂350 MW超临界直接空冷机组的空冷系统由6列空冷排气装置组成，每列空冷排气装置有6个空冷排气装置单元，其中4个为顺流单元，2个为顺、逆流混合单元。机组抽真空系统采用2台100%容量的水环式机械真空泵，机组正常启动后，保持其中1台运行，1台备用。从汽轮机排出的大量蒸汽在空冷岛各管束中被冷凝，剩余的不凝结气体被机组真空泵抽走。

该机组在最近一次检修启动后发现，在低负荷运行期间，凝结水溶氧浓度异常升高，高于《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》规定的“直接空冷机组凝结水溶氧浓度应小于100 μg/L”的标准;机组在高负荷运行期间，凝结水溶氧浓度正常波动，均在规定值以下，如图1所示。凝结水溶氧浓度超标不仅会严重缩短设备的使用寿命，影响机组的安全运行，而且会使机组的运行经济性变差。

2 原因分析及解决措施

机组在空冷系统检修期间，新增1组蒸汽隔离门和抽气隔离门，确保机组在冬季运行时起到防冻保护作用。我们在检查空冷系统DCS画面数据时发现，机组在低负荷运行期间，空冷系统凝结水回水温度部分测点异常，过冷度增大，部分测点温度比排气温度低10 ℃，而机组在高负荷运行期间，凝结水回水温度与排气温度相近，符合机组正常运行期间的参数变化要求。我们选取其中一个测点的凝结水对回水温度与排气温度进行比较，凝结水回水温度、排气温度与溶氧浓度的关系如图2所示。

从图2可以看出，空冷岛凝结水回水温度变化與溶氧浓度趋势密切相关。凝结水回水温度较排气温度明显下降时，溶氧浓度立即异常升高;反之，凝结水回水温度升高，溶氧浓度也随之下降。在直接空冷系统中，饱和蒸汽被管外空气冷凝变成凝结水，管束内同时存在蒸汽和水的两相流动。凝结水在管束表面或以膜状流动，或形成液滴落下，滴状凝结只在特殊情况下产生，因此，管内主要以膜状凝结为主[1]。若凝结水无法正常回水至排气装置，就会滞留在空冷岛而使凝结水回水温度降低，过冷度增大，溶氧浓度升高。

下面进一步分析凝结水回水滞留在空冷岛的原因。

（1）凝结水回水管道堵塞或凝结水回水管道阀门开度不到位，导致回水不畅。机组高负荷运行期间会产生大量的冷凝水，但此时凝结水溶氧浓度下降，系统背压正常，说明凝结水回水管道畅通。

（2）机组低负荷运行期间排气装置内压力升高，导致凝结水回水不畅。考虑是否为机组在低负荷运行期间存在漏空现象，经分析可能是机组汽封效果不好。机组汽封主要是向主汽轮机和2台给水泵汽轮机的轴封提供密封蒸汽，保证汽轮机形成真空，机组汽封来源主要有两路，辅助蒸汽或冷再蒸汽用于低负荷期间的机组密封，高负荷期间机组形成自密封。

机组启动前对2台给水泵汽轮机进行了轴封改造。改造前机组给水泵汽轮机轴封为手动门控制，位置高且不易控制，改造后为电动调整门自动跟踪。为判断是否为机组低负荷运行时小机轴封漏空，选取机组低负荷稳定工况时段，将2台给水泵汽轮机轴封进汽电动调整门自动切至手动控制，开大调整门，保证给水泵汽轮机轴封密封严密，经数小时运行后发现，凝结水溶氧浓度及背压无明显变化，说明机组给水泵汽轮机轴封系统正常，机组在低负荷运行期间不存在漏空现象。

（3）低负荷运行期间，空冷岛内部管道有不凝结气体存在，根据道尔顿定律，混合气体的全压力等于各组成气体的分压力之和。空冷岛的总压力（即背压）等于不凝结气体的分压力与蒸汽的分压力之和。不凝结气体的积聚使蒸汽的分压力减小，其对应的饱和温度降低，造成空冷岛凝结水温度降低[2]。

启动备用真空泵，2台真空泵同时出力抽走不凝结气体，2 h后效果明显，空冷系统凝结水回水温度上升，溶氧浓度恢复正常，但停用备用真空泵后，部分凝结水回水温度又开始下降，溶氧浓度又持续升高，这说明机组空冷系统不凝结气体回气不畅。

基于此，打开空冷系统抽真空管道的真空冷却器旁路门观察机组运行，机组溶氧浓度下降明显，从而判断是机组真空冷却器内部积水严重导致不凝结气体回气不畅。关闭真空冷却器旁路门，敲打真空冷却器底部回水管道进行疏通，发现机组溶氧浓度降至正常值。这充分证明机组在低负荷运行期间的溶氧浓度异常是真空冷却器底部回水管道回水不畅所致。

3 结语

不凝结气体需在真空冷却器冷却后才会进入真空泵，真空冷却器底部放水管道不畅，使得不凝结气体中的水蒸气冷却凝结后积聚在真空冷却器内，阻滞了不凝结气体的流动，导致回气不畅，不凝结气体在空冷岛内部大量积聚，又会造成水蒸气的分压力减小，其对应的饱和温度降低，从而使空冷岛凝结水回水温度降低，溶氧浓度升高。而机组在高负荷运行期间，因蒸汽量多，不凝结气体温度高、热量多，能够带走真空冷却器内的水分，使得不凝结气体回气畅通，不会在空冷岛内部管道积存，影响凝结水过冷度，从而在真空冷却器底部放水管道堵塞的情况下，不会影响机组溶氧浓度。

空冷机组凝结水的溶氧浓度与机组的安全、经济运行密切相关，机组在低负荷运行时溶氧浓度异常升高，当出现此类问题时，运行人员应将空冷系统的真空冷却器作为重点检查对象，或者在真空冷却器前后增设温度测点，以便直接观察真空冷却器的运行情况，从而节省查找问题所需的时间。

[参考文献]

[1] 丁尔谋.发电厂空冷技术[M].北京：水利电力出版社，1992.

[2] 马云辉.空冷岛抽真空过冷原因分析及处理措施——某电厂100 MW直接空冷机组[J].科技传播，2016（9）：142-143.

收稿日期：2020-06-22

作者简介：孟文雄（1990—），男，山西永济人，助理工程师，从事电厂运行工作。