電站空冷系統(tǒng)工業(yè)運(yùn)用

由于采用空冷系統(tǒng)與常規(guī)濕冷系統(tǒng)相比，可節(jié)水3/4以上，世界上一些富煤缺水地區(qū)相繼為30、60萬千瓦級(jí)的大容量汽輪發(fā)電機(jī)組配置了空冷系統(tǒng)，當(dāng)今世界上最大的空冷機(jī)組單機(jī)容量：直接空冷機(jī)組為南非馬丁巴發(fā)電廠(66.5萬千瓦)；具有表面式凝汽器的間接空冷機(jī)組為南非肯達(dá)爾發(fā)電廠(68.6萬千瓦)；具有混合式凝汽器的間接空冷機(jī)組為伊朗(32.5萬千瓦)。 2002年之前，國(guó)內(nèi)僅有大同云岡電廠2×22萬千瓦、太原二電廠2×20萬千瓦和內(nèi)蒙豐鎮(zhèn)電廠4×20萬千瓦三個(gè)電廠，8臺(tái)大型間接空冷機(jī)組投入運(yùn)行。其中大同、太原電廠的間接空冷機(jī)組從國(guó)外進(jìn)口，內(nèi)蒙豐鎮(zhèn)電廠的間接空冷機(jī)組由哈爾濱空調(diào)股份有限公司提供。從2002年之后，大型電站空冷市場(chǎng)才開始在國(guó)內(nèi)全面啟動(dòng)，據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，截至2005年9月份，已招標(biāo)開工的30萬千瓦以上項(xiàng)目20余個(gè)、總裝機(jī)容量超過2200萬千瓦，哈爾濱空調(diào)股份有限公司承擔(dān)7個(gè)項(xiàng)目，共420萬千瓦，其余項(xiàng)目皆被德國(guó)GEA公司和美國(guó)SPX（斯必克）公司中標(biāo)。此外，德國(guó)GEA公司和美國(guó)SPX在國(guó)際上分別占領(lǐng)了全球空冷市場(chǎng)份額的60%和35%。 哈爾濱空調(diào)股份有限公司作為國(guó)內(nèi)目前唯一有條件設(shè)計(jì)和制造空冷系統(tǒng)的企業(yè)，在2002年以前，只生產(chǎn)過20萬千瓦以下的間接空冷系統(tǒng)。但此后新建電廠基本選用單機(jī)功率30～60萬千瓦級(jí)的大型機(jī)組，且普遍采用直接空冷系統(tǒng)。為盡快實(shí)現(xiàn)大型電站空冷系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化，國(guó)務(wù)院副總理曾培炎先后兩次做出批示，在有關(guān)部門的大力協(xié)調(diào)和支持下，中電投集團(tuán)公司和華能北方對(duì)大型電站空冷系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化給予了充分的支持和信任，2004年，哈爾濱空調(diào)股份有限公司獲得了通遼三期60萬千瓦和烏拉山30萬千瓦機(jī)組直接空冷系統(tǒng)的訂單，日前，烏拉山電站直接空冷系統(tǒng)已投入運(yùn)行。這一成果不僅打破了國(guó)外公司在此領(lǐng)域近70年的壟斷局面，我國(guó)也成為世界上繼美、德之后第三個(gè)全面掌握此項(xiàng)技術(shù)的國(guó)家。

1、系統(tǒng)運(yùn)行的比較

表面式間接空冷系統(tǒng)除空冷散熱器外，由于與濕冷系統(tǒng)較接近，運(yùn)行人員較熟悉，運(yùn)行時(shí)主要應(yīng)控制水壓及水質(zhì)，系統(tǒng)中投運(yùn)的設(shè)備少(只有循環(huán)水泵)，要調(diào)整的項(xiàng)目較少，因此系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，設(shè)備故障率低。應(yīng)該說這種系統(tǒng)最簡(jiǎn)單，最易運(yùn)行?；旌鲜介g接空冷系統(tǒng)由于采用混合式凝汽器，使系統(tǒng)和運(yùn)行都增加了復(fù)雜性。直接空冷系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，由于采用機(jī)力通風(fēng)冷卻，在運(yùn)行操作時(shí)增加了對(duì)風(fēng)機(jī)的控制技術(shù)，風(fēng)機(jī)的調(diào)整控制雖較為復(fù)雜，但較易于掌握，不是運(yùn)行的難點(diǎn)，而控制技術(shù)的設(shè)計(jì)。

2、防凍方面的比較

應(yīng)該說空冷系統(tǒng)都存在如何防凍的問題。表面式間接空冷系統(tǒng)采用翅片橢圓型鋼管，這種結(jié)構(gòu)有利于防凍，另外發(fā)現(xiàn)結(jié)冰后還可采取化冰措施。直接空冷系統(tǒng)也采用翅片橢圓型鋼管，同時(shí)在管束布置時(shí)，采用順流和逆流按比例布置，因此較好地解決了防凍問題，使這種系統(tǒng)在防凍方面優(yōu)于間接空冷系統(tǒng)。

2、嚴(yán)密性比較混合式間冷系統(tǒng)是用循環(huán)水泵將凝結(jié)水經(jīng)空

冷塔散熱器送至凝汽器噴嘴，與汽輪機(jī)排汽混合，系統(tǒng)嚴(yán)密性較差。表面式間冷系統(tǒng)的特點(diǎn)之一是完全封閉的循環(huán)系統(tǒng)，與濕冷電廠一樣，只與凝汽器和真空系統(tǒng)有關(guān)，而不受冷卻系統(tǒng)的影響。直接空冷系統(tǒng)由于排汽系統(tǒng)都是真空系統(tǒng)，體積大，易漏人空氣，并且不易找漏，因此，這種系統(tǒng)在設(shè)計(jì)及安裝時(shí)要采用更嚴(yán)格的措施。

一、直接式空冷冷卻冷凝系統(tǒng)(直接空冷系統(tǒng))

汽輪機(jī)排放的尾汽通過大型的輸汽管道，被輸送到空冷散熱 器的翅片管內(nèi)，冷空氣吸收了蒸汽在翅片管內(nèi)壁冷凝所釋放的熱 量，并直接把熱量排放到周圍的大氣中，這樣在翅片管中，低壓蒸 汽得到了冷凝，在重力作用下，這種冷凝液流入凝結(jié)水箱，再從凝 結(jié)水箱用泵把它抽回電站系統(tǒng)，由于空氣側(cè)所采用的通風(fēng)手段不 同，所以在電站空氣冷卻系統(tǒng)中，又分為強(qiáng)迫通風(fēng)直接空冷系統(tǒng) 和自然通風(fēng)直接空冷系統(tǒng)。 直接空冷系統(tǒng)主要特點(diǎn)是：

1)背壓高；

2)由于強(qiáng)制通風(fēng)的風(fēng) 機(jī)，使電耗大；

3)強(qiáng)制通風(fēng)的風(fēng)機(jī)產(chǎn)生噪聲大；

4)鋼平臺(tái)占地，要 比鋼筋混凝土塔??；

5)效益要比間接冷卻系統(tǒng)大30%左右，散熱 面積要比間接冷卻小30%左右；

6)造價(jià)相對(duì)經(jīng)濟(jì)。

二、間接空冷系統(tǒng)

因?yàn)殚g接空冷系統(tǒng)所采用的凝汽器不同，使得間接空冷系統(tǒng) 中又分為表面式凝汽器間接冷卻系統(tǒng)和混合式凝汽器間接冷卻 系統(tǒng)。常用的表面式和噴射式凝汽器通常直接安裝在汽輪機(jī)下 面，被汽輪機(jī)尾汽加熱后的水被泵到冷卻塔內(nèi)，通過大量的空冷 散熱器中的翅片管與塔內(nèi)流動(dòng)的空氣換熱，被周圍的空氣冷卻， 最后再流回凝汽器中。因?yàn)椴恍枰娘L(fēng)機(jī)，也不需要冷卻水中有 特殊的物質(zhì)，更無需安裝塔頂水泵，所以這種系統(tǒng)在這方面顯示 出了它的優(yōu)越性。

三、濕冷系統(tǒng)和干濕冷混合系統(tǒng)

電站濕冷機(jī)組的冷卻循環(huán)系統(tǒng)是由常用的表面式凝汽器和 湖水或河流組成，或由表面式凝汽器和自然通風(fēng)濕冷塔組成。表面式凝汽器(湖、水)水冷系統(tǒng)由于熱污染嚴(yán)重而受到環(huán)境 保護(hù)部門越來越多的限制，取而代之的，更為普遍的形式是采用 表面式凝汽器自然通風(fēng)濕冷系統(tǒng)，但這種形式由于熱水暴露在空 氣中，蒸發(fā)量大而使得這種系統(tǒng)對(duì)補(bǔ)充水量的需求也很大，在缺 水地區(qū)，補(bǔ)充水的供給就成了這種系統(tǒng)難以彌補(bǔ)的缺陷。在某些 情況下，設(shè)計(jì)師也采用干/濕混合系統(tǒng)以彌補(bǔ)濕冷系統(tǒng)的不足，但 水質(zhì)的問題仍然需花費(fèi)昂貴的資金購買水處理設(shè)備。

發(fā)電廠空冷系統(tǒng)是指汽輪機(jī)的冷卻系統(tǒng)以空 氣作為冷卻介質(zhì)，有干式冷卻塔或機(jī)力通風(fēng)設(shè)備的空冷散熱器的閉式循環(huán)系統(tǒng)。電廠空冷系統(tǒng)有三種：直接空冷系統(tǒng)、帶混合式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)、帶表面式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)。

a)氣溫條件。在嚴(yán)寒地區(qū)，宜優(yōu)先考慮采用直接空冷系統(tǒng)，嚴(yán)寒地區(qū)是指多年最冷月平均氣溫低于一10℃的地區(qū)。經(jīng)綜合比較后，如確需采用間接空冷系統(tǒng)，特別是極其寒冷地區(qū)，需重點(diǎn)研究防凍措施。

b)風(fēng)場(chǎng)、風(fēng)速條件。在風(fēng)場(chǎng)流態(tài)較穩(wěn)定的地區(qū)，宜采用直接空冷系統(tǒng)；當(dāng)主導(dǎo)風(fēng)向不明顯或風(fēng)向?qū)χ苯涌绽淇傮w布置極不合理時(shí)，宜采用間接空冷系統(tǒng)。當(dāng)環(huán)境風(fēng)速較大時(shí)，兩種空冷型式均町采用。由于基本風(fēng)壓較大，間冷塔的投資會(huì)較大，須與直接空冷系統(tǒng)采取防風(fēng)措施的投資比較后確定空冷系統(tǒng)型式，一般情況下，由于間接空冷系統(tǒng)受風(fēng)的影響比直接空冷系統(tǒng)相對(duì)要小，建議優(yōu)先考慮間接空冷系統(tǒng)。風(fēng)場(chǎng)穩(wěn)定是指多年全年或夏季的主導(dǎo)風(fēng)向明顯且頻率較高，單從風(fēng)向資料因素考慮是非常適宜采用直接空冷的。但這并不意味著不能采用間接空冷系統(tǒng)，還需結(jié)合其他條件綜合分析。

c)場(chǎng)地條件。受電廠場(chǎng)地條件限制、無法布置較大的間冷塔時(shí)，宜采用直接空冷系統(tǒng)。當(dāng)只能采用直接空冷系統(tǒng)時(shí)，若風(fēng)向、風(fēng)速對(duì)空冷系統(tǒng)影響較大時(shí)。需重點(diǎn)研究防治環(huán)境風(fēng)的措施。

d)噪音條件。受周圍環(huán)境條件限制(如距離居民區(qū)較近)，噪音標(biāo)準(zhǔn)要求很高，如采用直接空冷系統(tǒng)降噪措施造價(jià)較高、經(jīng)濟(jì)上不合理時(shí)或者根本無法滿足要求時(shí)，應(yīng)采用間接空冷系統(tǒng)。

e)燃煤價(jià)格條件。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，燃煤價(jià)格高于直冷、間冷經(jīng)濟(jì)性相當(dāng)?shù)呐R界煤價(jià)時(shí)，宜采用間接空冷系統(tǒng)。

f)機(jī)組夏季安全運(yùn)行條件。由于直接空冷受環(huán)境風(fēng)影響比間接空冷大，大風(fēng)高溫時(shí)負(fù)荷波動(dòng)較大且有可能造成機(jī)組跳閘，業(yè)主對(duì)項(xiàng)目今后機(jī)組夏季運(yùn)行的安全性要求嚴(yán)格的宜優(yōu)先采用間接空冷系統(tǒng)。

g)電站建設(shè)急緩條件。間接空冷系統(tǒng)由于大型冷卻塔施工周期較長(zhǎng)，如果項(xiàng)目為滿足盡快解決缺電局面，要求機(jī)組建設(shè)速度較快的宜優(yōu)先采用直接空冷系統(tǒng)。

無論采用何種空冷系統(tǒng)，由于冷卻水不與空氣直接接觸，故冷卻水溫度的降低或蒸汽的凝結(jié)都靠空氣與水或蒸汽之間的導(dǎo)熱或?qū)α鲹Q熱，故其傳熱性能較差，而且起作用的是空氣干球溫度，所以冷卻后的溫度較濕冷要高，即采用空冷系統(tǒng)的汽輪機(jī)排汽壓力要比濕冷機(jī)組高，熱經(jīng)濟(jì)性低。空冷系統(tǒng)的缺點(diǎn)可歸納為金屬消耗量多、投資大、真空低和煤耗高、盛夏時(shí)可能較大幅度地限制出力等。

可見裝設(shè)空冷系統(tǒng)的適宜條件可概括為，建廠地區(qū)缺水，燃用當(dāng)?shù)亓淤|(zhì)低價(jià)煤，海拔高度、環(huán)境溫度、風(fēng)向、風(fēng)速和大氣逆溫層適當(dāng)?shù)?。此外降低空冷系統(tǒng)散熱器造價(jià)是大范圍采用空冷系統(tǒng)的推廣條件。 2100433B

直接空冷系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備少，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，基建投資少，占地少，空氣量調(diào)節(jié)靈活。缺點(diǎn)是運(yùn)行時(shí)粗大的排汽管道密封困難，維持排汽管內(nèi)的真空困難，啟動(dòng)時(shí)抽真空需要的時(shí)間長(zhǎng)。冬季運(yùn)行時(shí)，管內(nèi)容易結(jié)冰，需要作復(fù)雜的設(shè)計(jì)處理。此外，機(jī)力通風(fēng)增加了廠用電，形成了噪聲源。直接空冷系統(tǒng)一般配高背壓機(jī)組。

間接空冷系統(tǒng)簡(jiǎn)介

表面式凝汽器間接空冷系統(tǒng)又稱哈蒙式間接空冷系統(tǒng)。該系統(tǒng)是在海勒式間接空冷系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)踐基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。由于海勒式間接空冷系統(tǒng)采用的噴射式凝汽器的實(shí)際運(yùn)行端差與表面式凝汽器的端差相比沒有明顯減少，而且在噴射式凝汽器中，循環(huán)冷卻水與鍋爐給水是連通的，由于鍋爐給水品質(zhì)控制嚴(yán)格，系統(tǒng)中要求裝設(shè)凝結(jié)水精處理裝置。然而對(duì)于高參數(shù)大容量機(jī)組，給水水質(zhì)的控制和處理相當(dāng)困難，于是在單機(jī)容量300MW和600MW的火電機(jī)組發(fā)展了哈蒙式間接空冷系統(tǒng)與直接空冷系統(tǒng)。哈蒙式間接空冷系統(tǒng)如圖2（1-鍋爐；2-過熱器；3-汽輪機(jī)；4-表面式凝汽器；5-凝結(jié)水泵；6-凝結(jié)水精處理裝置；7-凝結(jié)水升壓泵；8-低壓加熱器；9-除氧器；10-給水泵；11-高壓加熱器；12-循環(huán)水泵；13-膨脹水箱；14-全鋁制散熱器；15-空冷塔；16-除鐵器；17-發(fā)電機(jī)）所示。

該系統(tǒng)由表面式凝汽器與空冷塔構(gòu)成，與常規(guī)的濕式冷卻系統(tǒng)基本相仿。不同之處是用空冷塔代替濕冷塔，用不銹鋼管凝汽器代替銅管凝汽器，用除鹽水代替循環(huán)水，用閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)代替開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

在哈蒙式間接空冷系統(tǒng)回路中，由于冷卻水在溫度變化時(shí)體積發(fā)生變化，故需設(shè)置膨脹水箱。膨脹水箱頂部和充氮系統(tǒng)連接，使膨脹水箱水面上充滿一定壓力的氮?dú)?，既可?duì)冷卻水容積膨脹起到補(bǔ)償作用，又可避免冷卻水和空氣接觸，保持冷卻水品質(zhì)不變。

在空冷塔底部設(shè)有儲(chǔ)水箱，并設(shè)置兩臺(tái)輸水泵，可向冷卻塔中的空冷散熱器充水?？绽渖崞骷肮艿罎M水后，系統(tǒng)即可啟動(dòng)投運(yùn)。

系統(tǒng)中的散熱器由橢圓形鋼管外纏繞橢圓形翅片或套嵌矩形鋼翅片的管束組成。橢圓形鋼管及翅片外表面進(jìn)行整體熱鍍鋅處理。散熱器裝在自然通風(fēng)冷卻塔中，冷卻水采用自然通風(fēng)方式冷卻。

間接空冷系統(tǒng)哈蒙式間接空冷系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

哈蒙式間接空冷系統(tǒng)類似于濕冷系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約廠用電，設(shè)備少，冷卻水系統(tǒng)與汽水系統(tǒng)分開，兩者水質(zhì)可按各自要求控制；冷卻水量可根據(jù)季節(jié)調(diào)整，在高寒地區(qū)，在冷卻水系統(tǒng)中可充以防凍液防凍；空冷散熱器在塔內(nèi)布置，其帶負(fù)荷的能力基本上不受大風(fēng)影響。缺點(diǎn)是空冷塔占地大，基建投資多；系統(tǒng)中需要進(jìn)行兩次換熱，且都屬于表面式換熱，使全廠熱效率有所降低。哈蒙式間接空冷系統(tǒng)一般適用于核電站、熱電站和調(diào)峰大電廠。 2100433B