SCAL型间接空冷工艺系统技术研究.ppt

scal型间接空冷系统设计技术研究 朱大宏 冯璟,北京国电华北电力工程有限公司 2009.09.02,目 录,scal型间接空冷系统的主要特点,scal型间接空冷系统的工艺系统配置,scal型间接空冷系统简介,scal型间接空冷系统的主要设备选择与布置,scal型间接空冷系统的设计重点,前 言,由于空冷系统节约水资源的效果显著，在富煤贫水地区被广泛应用。用于火力发电厂机组末端冷却的空冷系统主要有直接空冷系统和间接空冷系统，传统间接空冷系统又分为带表面式凝汽器的间接空冷系统（哈蒙式）和带混合式凝汽器的间接空冷系统（海勒式）。这两种空冷系统在技术特性上具有各自的优势，分别由不同的公司设计制造，空冷散热器材质和型式均不相同，需根据工程实际情况进行选型。 目前国内外投产单机最大容量的海勒式间接空冷系统是我国出口到伊朗的shazand燃机电站4x325mw机组；投产单机最大容量的哈蒙式间接空冷系统是南非肯达尔6x686mw机组。,前言,随着近几年机组容量的不断增大，传统间接空冷系统陆续显现出其各自的弊端。哈蒙式间接空冷系统的空冷塔体型庞大、基建投资高昂；海勒式间接空冷系统在大型超临界机组中面临着水质要求高、难于控制等问题。,因此我公司在深入研究传统间接空冷系统的基础上进行技术创新，发明了表面式凝汽器与铝制散热器垂直布置的scal型间接空冷系统，并已获国家发明专利的申请受理。该技术成功应用在山西阳城电厂二期工程2x600mw机组，于2007年7月投入正式运行，运行后的效果得到了各方面的一致认可。,1、scal型间接空冷系统简介,scal型间接空冷系统，主要由表面式凝汽器、循环水系统、铝管铝翅片散热器和空冷塔组成。该系统既具有哈蒙式间接空冷系统冷却水系统和汽水系统分开，水质控制和处理容易的优点，又具有海勒系统空冷塔体型小，占地省，基建投资少的优点。 该系统采用自然通风方式冷却，空冷散热器在塔底外围垂直布置。散热器由外表面经过防腐处理的圆形铝管、套以铝翅片的管束所组成的a型排列的冷却三角组成。凝汽器为不锈钢管，闭式循环水为碱性除盐水。由于冷却水水温变化幅度较大，致使系统里冷却水容积发生变化，故在空冷塔内设有高位膨胀水箱，可对冷却水容积变化起到补偿作用以保持系统内的压力稳定。,1、scal型间接空冷系统简介,scal型间接空冷系统的工艺流程是：循环水进入表面式凝汽器的水侧通过表面换热，冷却凝汽器汽侧的汽轮机排汽，使凝结水经泵送至汽轮机回热系统。受热后的循环水进入空冷塔，通过空冷散热器与空气进行表面换热，循环水被空气冷却后通过循环水泵升压再返回凝汽器，构成了密闭循环。其原则汽水系统布置图如下所示。,2、scal型间接空冷系统的工艺系统配置,上述工艺流程要长期稳定地运行还涉及到其它诸多因素，为了便于清楚地说明系统所要求达到的性能，将该系统划分为若干个子系统。 2.1 循环水冷却系统 循环水冷却系统是指担负散热任务的空冷散热器和空冷塔等。该系统应能满足各种工况（包括冬季、夏季、不同负荷、机组启停、旁路运行等）条件下的运行，循环水泵和塔内运行段数的调节要与环境气温、汽轮机排汽背压、凝结水温紧密结合，能够自动调节放水、充水等，以求达到机组净供电出力最大。在冬季低负荷运行以及机组在冬季的启停过程中要密切注意防冻，保证空冷散热器管内不冻结。,2、scal型间接空冷系统的工艺系统配置,2.2 空冷散热器充排水系统 在空冷系统投运前，需将其管道及散热器中充满水，停运、检修亦需将系统水放空。充水、排水系统由地下贮水箱、充水泵、充水管道和阀门组成。贮水箱布置在空冷塔内地面以下，容积可满足所有冷却散热器段放空后储水的要求。每座空冷塔内选择2100%容量的充水泵，采用潜水泵形式直接放置在贮水箱。系统充水时，散热器内的空气靠水压顶至排空气系统，然后排入大气。,2、scal型间接空冷系统的工艺系统配置,2.3 空冷散热器补水系统 为了保持系统内冷却水在空冷散热器顶部的压力稳定，维持正常的水循环，空冷塔内设置稳压补水系统。该系统由稳压（补水）泵、高位膨胀水箱以及连接管道组成。高位水箱设在空冷塔内，每座空冷塔内设置2100%容量的补水泵，采用潜水泵形式直接放置在贮水箱。补水泵采用自动控制，当高位水箱内低水位时补水泵开启向系统补水，当水箱补至高水位时补水泵停运。,2、scal型间接空冷系统的工艺系统配置,2.4 空冷散热器清洗系统 根据中国北方电厂所在地区风沙大、灰尘多的特点，考虑每年应冲洗空冷散热器外表面12次，将沉积在空冷散热器翅片间的灰、泥垢清洗干净，保持散热器良好的散热性能。每座空冷塔内设置一套固定清洗系统，包括一台清洗水泵和不锈钢清洗水环管以及清洗装置。冲洗水泵布置在空冷塔内，并考虑防雨和冬季防冻措施。清洗水环管设置在空冷塔内冷却三角的下面。,3、scal型间接空冷系统的主要设备选择与布置,scal型间接空冷系统的设计参数以山西阳城电厂600mw亚临界间接空冷机组为例。 3.1系统主要设计参数 设计气温： 15 设计背压： 13.8kpa 夏季设计气温： 30 夏季设计背压： 30kpa 空冷散热器形式： 铝管铝翅片 散热器冷却三角数： 176组 散热器总散热面积： 约1600000m2 空冷塔座数： 1座,3、scal型间接空冷系统的主要设备选择与布置,3.2表面式凝汽器 凝汽器采用表面式，双背压、单流程，冷却管材质为不锈钢。系统密闭运行，水质稳定，无污染，不结垢。凝汽器设计数据如下： 循环水流量：64000m3/h 冷却面积： 约40000 m2 3.3 空冷散热器 空冷散热器采用铝管铝翅片，竖直布置在空冷塔底部外侧四周，翅片管的排数为六排，分别由冷却管束、管束上下联箱、支撑管束的钢架等组成。主要设计参数如下： 冷却三角尺寸（mm）：2500 x 2400 x 22800 冷却三角迎面风速(m/s)： 1.7,3、scal型间接空冷系统的主要设备选择与布置,3.4 循环水泵 循环水系统采用单元制供水系统，每台机组配置3台35%循环水泵，不设备用。根据大气温度的变化进行调节，热季1机3泵运行，冷季1机2泵运行。两台机组共配置6台循环水泵，合建1座独立的循环水泵房。循环水泵原则上可在系统里任意位置布置、消耗功率小、泵坑浅。阳城电厂的循环水泵布置在空冷塔的出水管道上，循环水温度比设置在进水管道上低10左右，有效地改善了循环水泵的运行条件。循环水泵可采用国产的立式离心泵，吸入侧与出口侧均为正压。,3、scal型间接空冷系统的主要设备选择与布置,3.5 空冷塔 空冷散热器外围直径： 144m 空冷塔零米直径： 137m 空冷塔总高： 150m 进风口净高度/进风口处直径： 22m / 123m 喉部高度/喉部直径： 120m / 84m 出口高度/出口直径： 150m / 87m 3.6 管道系统 scal型间接空冷系统的管道都选用低压焊接管道。该管道系大直径薄壁钢管，多沿地下敷设，在钢管外侧设有许多加固刚性环，管道与阀门间用法兰连接。铝质散热器与钢管道连接处设绝缘垫，塔内钢管部分建议采用阴极保护进行防腐处理。,4、scal型间接空冷系统的主要特点,经过山西阳城电厂的间接空冷系统从设计初期的方案论证、系统技术研究、招标、评标、定标、系统设计、详图设计等一系列关键环节的不断实践、逐步掌握、进而完善改进的过程，形成目前这种系统配置。我们可以总结出其主要的特点： 1）福哥型散热器采用铝材质，重量轻，由于传热系数高，总散热面积较小，虽然单价高，但总造价低。 2）冷却三角垂直布置在塔外围所需的冷却塔的尺寸，比钢制散热器水平布置在塔内所需的冷却塔尺寸要小，减少空冷塔的土建投资。,4、scal型间接空冷系统的主要特点,3）采用表面式凝汽器可将循环冷却水系统与凝结水系统分开，容易保证锅炉对水质的要求。表面式凝汽器采用不锈钢材质，单流程、双背压，凝汽器本体的设计压力比哈蒙式间接空冷系统要高，达0.5-0.6mpa。由于冷却水采用采用的也是除盐水，凝汽器管束内结垢堵塞情况极少，为保证凝汽器的换热效率提供了有利条件。 4）循环水泵可采用国产的立式离心泵，避免了大型机组海勒式系统所配套的进口循环水泵、水轮机和大口径的减压阀等，节省了设备投资。 5）福哥型散热器为铝材质，不需设置充氮系统，表面式凝汽器采用不锈钢管，循环水管道采用焊接钢管，控制循环水系统的ph值在8-9的范围，可以成功控制两种材质的腐蚀速率，保证使用寿命。,5、scal型间接空冷系统的设计重点,5.1变工况运行和冬季防冻 下图分别为间接空冷系统一机三泵配置方案在三台/两台循环水泵运行模式下热负荷分别为40%、60%、 80%、 100%工况时的特性曲线，也就是冷却水温度变化与环境大气温度的关系曲线。可以看到间接空冷系统在不同的环境大气温度下、对应不同的热负荷的汽轮机背压极限。,5、scal型间接空冷系统的设计重点,5.1变工况运行和冬季防冻 间接空冷系统冷却水温的控制依靠空冷塔上百叶窗开度来控制进塔空气量。如果环境大气温度较低，为了避免出现低于最大功率点的背压值，间接空冷系统只能通过部分百叶窗适当关闭一定角度，以适当缩减冷却能力运行，百叶窗关闭的角度由冷却水温度控制。如果环境大气温度进一步降低，则系统将自动控制关闭百叶窗，凝汽器背压降低的趋势就会被阻止，冷却水温度达到冷水极限，并保持这一温度值直到为了避免结冻而被迫升高。,5、scal型间接空冷系统的设计重点,5.1变工况运行和冬季防冻 间接空冷系统的防冻措施如下：（1）控制自然通风空冷塔上百叶窗开度，调节进塔空气量；（2）空冷塔自身设有旁路，投运时使冷却水先走旁路，待水温升高后，再进入散热器；（3）当冷却水温降至极限值时，自动将系统内的水放水排空；（4）间接空冷系统还可改变散热器的投运段数来调节水温。 在夏季运行模式下冷却系统以3台泵运行，并且所有扇区都运行。在trl工况流量下，环境温度为2c 时凝汽器压力将会达到汽轮机的阻塞背压。出于省电考虑，这时可以将3台循环水泵中的1台切掉。这是一种经济的解决方案，远远好于减少运行的扇区数量。此外，在较低的环境温度下对扇区进行充水和泄水增加了结冻的危险，因此应尽量避免。,5、scal型间接空冷系统的设计重点,5.2循环水泵的配置 在保证运行安全的前提下，在运行过程中是否可以通过改变投入运行的循环水泵的数量，从而得到具有竞争力的效益受到了越来越多的关注。因此研究一台机组配置两台循环水泵还是三台泵对间接空冷系统的影响变得非常重要。 针对一机两泵方案和一机三泵方案的各种运行模式进行变工况计算。通过计算结果可以发现，在运行期间通过改变运行泵的数量，一机三泵方案比一机两泵方案的净功率增加要多，冬季以一机三泵方案的两泵运行模式最具有优势。 泵越多越能增加设备的运行安全。对于一机三泵方案来说，如果某一台泵事故系统，仍可以继续以双泵运行模式运行。另外，由于一机两泵方案的循环水泵需要进口，而一机三泵方案的循环水泵可以采用国产的离心泵，具有造价低、操作简单和外形尺寸小等特点。,5、scal型间接空冷系统的设计重点,5.3 迎面风速的确定与空冷塔塔型的关系 通过空冷散热器的迎面风速是整个间接空冷系统优化中一个非常重要的参数，它直接影响散热器的散热面积和空冷塔的塔型。 迎面风速较低，需要的散热器面积较大，塔的底部直径较大，散热器和百叶窗阻力较小，所需抽力较小，空冷塔高度较低，空冷塔塔型为低胖型空冷塔；迎面风速较高，需要的散热器面积较小，塔的底部直径较小，散热器和百叶窗阻力较大，则所需抽力较大，空冷塔高度较高，空冷塔塔型为高瘦型空冷塔。 目前国内外已经投运的间接空冷塔的塔型各有不同，没有较一致的趋势，需根据工程的具体条件确定。由于空气流量较大，总体来说与湿冷塔相比偏矮胖。空冷塔塔型除受通过散热器的迎面风速影响外，受当地风压影响较大，如果电厂所处地区风压较高，不宜建设高瘦型空冷塔。,6、结 论,山西阳城电厂间接空冷系统夏季满发工况的设计参数为：大气干球温度为30c，汽轮机背压小于30kpa，设计优化值为28.3kpa，实际运行值为27.5kpa左右。根据投产后这两年的运行参数看，全年基本能达到或好于设计性能指标。 采用表面式凝汽器和福哥散热器组合的scal型间接空冷系统，既具有哈蒙式间接空冷系统冷却