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发电机组直接空冷系统发电机组直接空冷系统简介摘要：本文首先对空冷系统做了简单的介绍，随后重点针对发电厂直接空冷系统做了系统性的论述。其次，对机械通风直接空冷系统（ACC）进行了性能分析。最后，对我国空冷电站技术特点做了简单阐述。关键字：发电机组直接空冷系统 机械通风直接空冷系统（ACC） 技术特点空冷是指采用翅片管式的冷却器，直接或间接用环境空气来冷却汽轮机的排汽，目前国际、国内得到实际应用的电站空冷系统共有三种：直接空冷系统；采用混合式凝汽器的间接空冷系统；采用表面式凝汽器的间接空冷系统，后两项又称间接空冷系统。 空冷技术早在30年代末即应用于火力发电厂,国内空冷技术研究工作开始于60年代. 我国现在已引进了直接空冷系统的设计和制造技术。电厂采用空冷系统的最大优点是大量节水，最大缺点是一次性投资高、煤耗高，因此，它最适宜用在富煤缺水地区建设。 翅片管是空冷系统的关键元件，翅片管按形式、材质、加工方式及在冷却元件中的排列而分为很多种类。根据近年来空冷凝汽器开发与应用情况，直接空冷电厂采用的空冷凝汽器有三排管、双排管和单排管形式。直接空冷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。直接空冷系统根据其通风方式分为机械通风直接空冷、自然通风直接空冷系统和风机辅助的自然通风空冷。三种直接空冷系统各有特点，一、发电机组直接空冷系统简介1电站空冷系统11空冷系统的单机容量目前国内外电站空冷是二大类：一是间接空气冷却系统，二是直接空气冷却系统。其中间接空气冷却系统又分为混合式空气冷却系统和表面式空气冷却系统。世界上第一台1500KW直接空冷机组，于1938年在德国一个坑口电站投运，已有60多年的历史，几个典型空冷机组是：1958年意大利空冷电站2X36MW机组投运、1968年西班牙160MW电站空冷机组投运、1978年美国怀俄明州Wodok电站365MW空冷机组投运、1987年南非Matimba电站6X665MW直接空冷机组投运。当今采用表面式冷凝器间接空冷系统的最大单机容量为南非肯达尔电站6X686MW；采用混合式凝汽器间接空冷系统的最大单机容量为300MW级，目前在伊朗投运的325MW(哈尔滨空调股份有限公司供货)运行良好。全世界空冷机组的装机容量中，直接空冷机组的装机容量占60，间接空冷机组约占40。12直接空冷系统的特点无论是直接空冷，还是间接空冷电厂，经过几十年的运行实践，证明均是可行的。但不排除空冷系统在运行中，存在种种原因引发的问题，如严寒、酷暑、大风、系统设计不够合理、运行管理不当等。这些问题有的已得到解决，从国内已投运的200MW空冷机组运行实践证明了这一点。从运行电站空冷系统比较，直接空冷系统具有主要特点：(1)背压高；(2)由于强制通风的风机，使电耗大；(3)强制通风的风机产生噪声大；(4)钢平台占地，要比钢筋混凝土塔为小；(5)效益要比间接冷却系统大30左右，散热面积要比间冷少30左右；(6)造价相比经济。2直接空冷系统的组成和范围21直接空冷系统的热力系统直接空冷系统，即汽轮机排汽直接进入空冷凝汽器，其冷凝水由凝结水泵排入汽轮机组的回热系统。22直接空冷系统的组成和范围自汽轮机低压缸排汽口至凝结水泵入口范围内的设备和管道，主要包括：(1)汽轮机低压缸排汽管道；(2)空冷凝汽器管束；(3)凝结水系统；(4(5)疏水系统；(6)通风系统；(7)直接空冷支撑结构；(8)自控系统；(9)清洗装置。3直接空冷系统各组成部分的作用和特点31排汽管道对大容量空冷机组，排汽管道直径比较粗，南非Matimba电站665MW直接空冷机组为2缸4排汽，采用2XDN5000左右直径管道排汽，目前国内几个空冷电站设计情况来看，300MW机组排汽管道直径在DN5000多，600MW机组排汽管道在DN6000左右。排汽管道从汽机房A列引出后，横向排汽母管布置，目前有两种方式，一种为低位布置、一种为高位布置。大直径管道的壁厚优化和制造是难点，同时也是影响工程造价的重点之一。32空冷凝汽器的冷却装置(1)A一型架构：一般双排管束由钢管钢翅片所组成，为防腐表面渡锌。单排管为钢管铝翅片，钎焊在大直径矩形椭园管上。它上端同蒸汽配管焊接，下端与凝结水联箱联结。每8片或10片构成一个散热单元，每个单元的管束为59.5060.50角组成A一型架构。(2)冷却元件：)抽气系统；冷却元件即翅片管，它是空冷系统的核心，其性能直接影响空冷系统的冷却效果。对翅片管的性能基本要求：a良好的传热性能；b.良好的耐温性能；c.良好的耐热冲击力；d良好的耐大气腐蚀能力；e易于清洗尘垢：f.足够的耐压能力，较低的管内压降：g.较小的空气侧阻力；h良好的抗机械振动能力；i.较低的制造成本。(3)散热单元布置散热单元有顺流和逆流单元之分。其顺流是指明蒸汽自上而下，凝结水也是自上而下，当顺流单元内蒸汽不能完全冷凝，而剩余蒸汽在逆流单元冷凝，在这里蒸汽与冷凝水相反方向流动，即蒸汽由下而上，水自上而下相反方向流动。33抽气系统在逆流单元管束的上端装置排气口，与设置的抽汽泵相联。抽气泵是抽气，分运行和启动，启动抽气时间短，300MW机组的系统容积大约5300m3，抽气同时在降背压，使之接近运行背压。时间约40分钟。在抽气时注意，蒸汽和不凝气体的分压力，抽气不可抽出蒸汽。抽气系统也是保证系统背压的。34凝结水系统冷却单元下端集水箱，从翅片管束收集的凝结水自流至平台地面或以下的热井，通过凝结泵再将凝结水送往凝结水箱并送回热力系统。35通风系统直接空冷系统散热目前均采用强制通风，大型空冷机组宜采用大直径轴流风机，风可为单速、双速、变频调速三种。根据工程条件可选择任一种或几种优化组合方案。就目前国内外设计和运行经验，在寒冷地区或昼夜温差变化较大的地区，采用变频调速使风机有利于变工况运行，同时也可降低厂用电耗。为减少风机台数，通常采用大直径轴流风机，直径达914m、1036m；减速齿轮箱易发生漏油和磨损，目前以采用进口设备比较安全；变频调速器国内已有合资公司，比进口设备造价有较大幅度的降低；为降低噪音，风机叶片的选型很重要，叶片材质为玻璃钢，耐久性强，不宜破损。4直接空冷系统有待研究的几个问题电厂业主关注的不仅是空冷系统设计优化的经济性，更关心的是空冷系统的安全性，所谓安全性主要包括两个方面：一是夏季高温能否保证设计考核点的满发，二是在冬季低温条件下能否有效防冻。为此，在直接空冷系统设计和运行过程中有必要研究和总结以下几方面的课题：41大风影响直接空冷系统受不同风向和不同风速影响比较敏感，特别是风速超过30ms以上时，对空冷系统散热效果就有一定影响，特别是当风速达到60/s以上时，不同的风向会对空冷系统形成热回流，甚至降低风机效率。为了使大风的影响降低到最低限度，设计上必须研究夏季高温时段，某一风速出现最大频率的风向，在设计布置时应避开，甚至适当拉大与A列的距离。在运行期间通过气象观测收集有关数据，根据电厂发电负荷的变化进行总结，工程实施前进行必要的物模或数模试验，以指导设计和今后运行采集的数据进行对比总结。42热风再回流电厂运行时，冷空气通过散热器排出的热气上升，呈现羽流状况。当大风从炉后吹向平台散热器，风速度超出8ms，羽流状况要被破坏而出现热风再回流。热气上升气流被炉后来风压下至钢平台以下，这样的热风又被风机吸入，形式热风再循环。甚至最边一行风机出现反向转动。在工程上是增设挡风墙来克服热风再循环，挡风墙高度要通过设计而确定。43平台高度支撑结构平台高度与电厂总体规划、空冷系统自身的要求综合考虑。平台高度的确定原则是使平台下部有足够的空间，以利空气能顺利地流向风机。平台越高，对进风越有利，但增加工程造价。如何合理确定平台高度，目前没有完善的理论公式，各家只有习惯的经验设算，解决此问题的途径是根据多家经验，通过不同条件的模型计算和现场运行期间的测试，研究总结出一个较理想的计算方法。44防冻保护直接空冷系统的防冻是影响电厂安全运行的一个重要问题，从国外设计和运行经验有许多措施来保证防冻是有效的。a设计上采用合理的顺流与逆流面积比，即KD结构。对严寒地区“KD”取小值，对炎热地区取大值。b.加设挡风墙，预防大风的袭击。c采用能逆转风机，以形成内部热风循环。d正确计算汽机排汽压力与环境气温的关系，以确定风机合理运行方式。e先停顺流单元风机，后停逆流单元风机。f.严格控制凝结水的过冷度。g严格控制逆流管束出口温度，及时调节逆流风机的运行时数。以上是设计和运行两方面对防冻保护的一些措施，如何应用合理得当，仍要在设计和现场根据不同的工程条件进行必要的研究和总结。5空冷汽轮机的运行工况5.1空冷汽轮机的运行工况aTRL工况一能力工况b.TMCR工况一最大连续工况cVWO工况一阀门全开工况dTHA工况一额定工况e阻塞背压。52空冷机组的匹配关系(1)锅炉容量与汽机VWO工况进汽量相匹配；(2)电机发电机最大连续功率与机组相匹配；(3)空冷装置匹配关系应同时满足下列条件：a空冷装置容量应保证在规定的夏季某气温条件下的TMCR工况发额定功率，并留有一定空冷单元或相当风量裕量；b.空冷装置在典型年最高温条件下，机组进汽量为VWO工况汽量的背压值与机组安全限制背压之间留有15kpa以上的裕量，以适应不利的环境风速变化下安全运行；c.当一个空冷单元风机停运或检修时，机组正常运行背压在限制背压以内。二、机械通风直接空冷系统（ACC）性能分析 该系统亦称为ACC系统，它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，其工艺流程为汽轮机排汽通过粗大的排气管道至室外的空冷凝汽器内，轴流冷却风机使空气流过冷却器外表面，将排汽冷凝成水，凝结水再经泵送回锅炉。 其优点有：不需要冷却水等中间介质，初始温差大。设备少，系统简单，占地面积少，系统的调节较灵活。 其缺点有：真空系统庞大在系统出现泄漏不易查找漏点，易造成除氧器、凝结水溶氧超标。采取强制通风，厂用电量增加。采用大直径轴流风机噪声在85分贝左右，噪声大。受环境风影响大。直接空冷系统的汽动给水泵汽轮机排汽需采用机械通风冷却塔、辅机冷却水泵、辅机冷却水管等湿式冷却系统，百万千瓦耗水量约为0.141 m3/s.GW。直接空冷系统的给水泵汽轮机排汽需采用机械通风冷却塔、辅机冷却水泵、辅机冷却水管等湿式冷却系统，需增加投资费用。 由于采用机械强制通风，厂用电量相对间冷系统略高-直接空冷系统大直径轴流风机的噪声在85分贝左右，电厂厂界局部区域可能存在超标问题，但这可通过一系列防噪措施来解决，如采用普通低噪音低转速风机、设虚拟厂界等。但投资增加较多。三、我国空冷电站技术特点由于我国电网缺乏调峰容量，夏季电负荷紧张，电网要求空冷机组夏季需带满负荷且年不满发小时数越少越好。这与空冷机组的运行特点是相矛盾的,需要合理解决汽机容量(主汽流量)和空冷系统容量的问题。空冷机组运行特点是：（1） 机组背压是随大气温度升高而升高的，夏季气温高，汽机背压高，发电能力减少，为追求满发，必然加大空冷系统投资。超(超)临界机组由于锅炉汽水质量标准比亚临界高，夏季满发的矛盾更为突出。（2） 直接空冷机组对环境风向风速极其敏感，我国北方地区风大。不利风向容易造成机组跳闸。即使有利方向的大风也易造成机组负荷突然降低。空冷机组夏季不满发小时数实际要超过200h。而国外空冷机组不规定不满发条件。如南非马廷巴6665MW机组，在气温为21，机组背压为22kPa，可满发665MW；当气温升高至30，背压约为30kPa，发电负荷为600MW。高气温可降负荷运行，负荷调度符合空冷机组的规律。允许使用汽机调门全开（VWO）流量增加出力，在VWO流量条件下，气温为35，背压为35kPa，可满发665MW。但须严格控制机组背压不超过33kPa(亚临界直流炉，凝结水温不宜超过70)。又如澳大利亚Millmerran电站2425MW超临界直接空冷机组，在气温18，背压为25kPa时，发电负荷为425MW，气温升高，控制机组