ACC空冷技术发展透视及冬季运行维护与防冻措施
刘东升，赵 凯
（兖州煤业鄂尔多斯能化有限公司，内蒙古 达拉特 014300）
［摘 要］ 介绍空冷凝汽器（Air Cooled Condenser,简称ACC）传统的GEA多排管K/D空冷系统、后来通过改进的单排管Alex空冷系统，及在前两代空冷技术基础上设计出的顺逆流管束叠加布置、采用轧制铝翅片圆管技术的MASH空冷系统，就其工作原理、特点、运行参数、经济性、安全可靠性等方面进行对比分析，并结合MASH空冷系统的实际运行数据及操作经验，总结冬季空冷系统开停车的操作方法、运行维护与防冻措施及注意事项。
［关键词］ ACC空冷系统；多排管K/D空冷技术；单排管Alex空冷技术；MASH空冷技术；操作方法；防冻措施
［中图分类号］ TB 61+4 ［文献标志码］ B ［文章编号］ 1004-9932（2017）02-0068-05
1 GEA空冷技术的发展与完善
1.1 多排管K/D空冷技术
传统的火力发电厂及化工厂空冷凝汽器（ACC）的多排管K/D空冷系统示意见图1。由于冷空气是自下而上流动的，第一排直接接触冷空气，而第二排接触的是较热的空气，第三排接触的是更热的空气，管束的上下排管子因冷凝量不同而使蒸汽压力降不平衡，导致在末端产生压差，引起第二、第三排的蒸汽倒流回第一排管子的末端，从而造成不凝气（主要是空气）被堵塞在最底下一排管束中而形成气泡（第三排管子的蒸汽也可能倒流回第二排管子的末端），而不凝气形成的气泡中蒸汽成分非常少（冷凝释放的热量也极少），被气泡堵塞的那一段金属管束在环境空气（冷空气）吹过后就变得温度极低（冬季时会低于水的冰点），当翅片管入口端的凝结水依靠自身重力流经那一小段管束时就会产生冻结，且随着时间的推移会不断结冰，直至第一排翅片管完全冻结，严重时会冻坏翅片管；同时，在环境温度高于0 ℃时，空气也有机会在凝汽器迎风侧的第一排管中聚积，附着在翅片管内表面形成一层隔离层，从而降低第一排翅片管的换热能力。
可见，多排管K/D系统在设计上不能完全消除蒸汽回流的问题，蒸汽回流问题主要发生在多排冷凝管束的末端，并在抽真空（逆流）管束的末端仍旧存在，尤其是逆流管束，因其蒸汽量小且布置在冷空气区域，工况最差，这是传统多排管K/D系统在设计上固有的缺陷，因此目前已经很少使用这种传统多排管空冷系统了。
图1 传统多排管K/D空冷系统示意图
1.2 单排管Alex空冷技术
2002年8月，大同二电厂2×600 MW项目是中国也是全球首次将单排管技术应用在大型火力发电厂，Alex单排管（如图2）最大的特点是：蒸汽侧压损较小，机组发电效率有所提高，自身具有一定的抗冻能力，整个设备重量较轻。因此，单排管Alex空冷技术适合大型火力发电厂。
Alex单排管空冷系统不存在上下翅片管之间蒸汽压力降不平衡而导致的蒸汽回流和气泡聚积问题，但由于其每一片管束只有一排翅片管，因此系统占地面积过大，相应的用户的土建成本较高；且对于翅片与基管间钎焊质量要求严格，如果制造质量控制不严，就会导致间隙热阻增大而使传热状况迅速恶化。实质上单排管Alex空冷系统仍是在K/D空冷系统基础上经过改进而来，其逆流管束独立布置在冷空气区域，因逆流管束内的蒸汽分压较低和热量少，尤其是对于小机组而言防冻性能较差，实际运行中需依靠风机倒转、人为产生热风回流的方式来防冻，仍有一定的缺陷和不足。
图2 Alex单排管空冷系统示意图
1.3 基于API661设计的MASH空冷技术
GEA公司于上世纪80年代末期专门针对其早期开发的传统多排管K/D空冷系统固有的缺陷以及单排管K/D空冷系统仍未解决的问题，基于HUDSON提出的理想的单排管系统设计思想以及其提出的单排叠加方式，在过程工业中真正基于API661设计出ACC，以保证工程应用的经济可行性。
2 叠加翅片圆管技术的MASH系统简介
兖州煤业鄂尔多斯能化有限公司空冷凝汽器采用GEA的MASH系统。顺、逆流管束叠加布置且采用轧制铝翅片圆管技术的MASH系统，逆流管束独立布置在冷凝管束的上方，即热空气区域（如图3）；其顺、逆流单元叠加在每一片管束上，因此不存在顺、逆流单元的限制，汽轮机排出蒸汽冷凝成水以后靠重力自然回流至热井。空冷系统的设计压力为22 kPa（A）、温度为60 ℃，设计环境温度为-30～31 ℃。整个系统的换热过程可以用能量守恒方程Q总=Q1+ Q2（即管束内蒸汽的热量Q总等于风机提供的空气的热量Q1与翅片管换热所产生的热量Q2之和）表示。排汽温度与冷凝液温度理论上应该是相等的，但是考虑部分外界因素的影响，引入过冷度的概念，即过冷度等于排汽温度减冷凝液温度。我公司地处高海拔极寒地区，要求将过冷度控制在3 ℃以内，过冷度最大不能超过5 ℃，因为如果过冷度超过5 ℃，将会产生偏流，即一侧冷凝液温度偏高，另一侧冷凝液温度极低。针对本台机组，汽轮机排汽温度的监测点，即过冷度等于汽轮机的排汽温度与各冷凝液温度中最低值之差。
图3 MASH系统示意图
三排顺流管束的管径根据精确的热工计算，沿冷却空气的流动方向（即空气温升梯度的方向）依次减小，保证设计工况下三排顺流管束的冷凝量完全一致和蒸汽压力降平衡，从而消除顺流管束端部间的压差，并且即使工况扰动，也能保证最上面的逆流管束即抽真空管束的端部压力是最小的。MASH系统从设计上彻底消除了各排管子间蒸汽倒流和空气聚积的现象，从而消除了冬季冻管和夏季换热效率低的症结；各排冷却管的冷却能力相同，不易形成过冷区。
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