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华北电力技术NORTHCHINAELECTRICPOWER1998年第7期科技期刊我国火电间接空冷机组的实践和直接空冷机组的开发山西省电力勘测设计院(太原 030001)王佩璋文摘通过对国内现有 200 MW 间接空冷机组三座电厂的现场调研，阐述了空冷系统的性能指标，总结了运行经验，分析了防冻、防大风、防暑的“三防”效果，考察了炎热期的带负荷能力，评价了间接空冷系统的现状和整体经济性，以及直接空冷系统的开发、国外直冷单排管凝汽器优势、自然通风单排管的直接空冷新技术、我国开发直接空冷装置布点的进展。关键词间接空冷性能指标直接空冷单排管凝汽器1问题的提出目前，世界上已投运的单机容量在 100 MW 及以上的空冷机组达81台，其总容量为22 051 MW，其中机械通风直接空冷装置占42%，居主导地位；混凝式间接空冷装置占33%；表凝式间接空冷装置占25%。我国火电空冷机组装机总容量达1 600 MW(占全球的7%)，全部为间接空冷，其总容量为世界第三位。为总结国内空冷机组的实践经验，寻求其整体经济性，于1997年7月对已运行10年的 A电厂5、6号机组，已运行4年的 B 电厂36号机组及己运行3年的7、8号机组及其间接空冷系统进行了现场调研。在此基础上，考虑今后开发直接空冷技术的可行性、合理性、经济性，撰写此文。2国内现有空冷机组的指标与效益2.1指标2.1.11996年实际完成指标A、B、C电厂1996年实际完成的全厂性主要指标见表1。2.1.2空冷机组主要指标A、B、C电厂空冷机组主要指标见表2。表11996年实际完成指标厂名等效可用系数/%非计划停运次数/次*(台*年)-1全厂供电煤耗/g*(kW*h)-1厂用电率/%凝汽器真空度/%综合水耗/kg*(kW*h)-1A 电厂89.762.673838.8889.54.12B 电厂415C 电厂92.4213.04128.77老机92.90空冷机86.986.00表2空冷机组主要指标厂名凝汽器年均真空度/%年均冷却水温T2/凝汽器年均端差/年均供电煤耗/g*(kW*h)-1年均发电水耗*/kg*(kW*h)-1A电厂8931.533972.3B 电厂C电厂8736.56.84002.0：当年利用小时为5 500 h。 表3A、B、C电厂的效益厂名年发电量亿 kW*h满发条件(实际)/(满发气温)(实际)/(少发电时间)全年节水量/万 m3*a1与同类湿冷机组相比全年多耗煤量/万t*a-1效益%h节水多耗煤A电厂11.1723估 7002002.3567100B电厂23估600C电厂11.6726.5估 5002603.15701002.2效益采用空冷技术的A、B、C电厂的效益，见表3。3运行经验该运行经验是具有中国空冷技术特色的经验。3.1A 电厂实施合理的冬季冷却水温，降低空冷机组煤耗。例如在 Ta=-18时带负荷 136 MW 控制扇形段出口水温 T2=27，而没有按照 80年代末匈牙利人提出的，当 Ta=-15-20时，使 T2 3538的要求去做，故可降低煤耗。3.2B电厂为非正常运行工况下，单台循环水泵的运行经验。在混凝式间接空冷系统中，1200 MW 机组一般配两台各 60%的循环水泵同时运行。匈牙利人和制造厂都不允许单泵运行，否则冬季不安全、夏季不经济。该厂实践证明只要维持系统总压力和扇形段顶部压力，单泵运行是安全的。例如在 Ta=-14、带 200 MW 负荷、单泵运行，投 5个扇形段是可行的；在 Ta=21、带 120 MW负荷、单泵运行，投5个扇形段，维持燃煤锅炉不投油运行；在Ta=27，带182 MW负荷、单泵运行，6个扇形段全投，可维持运行 2 h。3.3C 电厂3.3.1防大风(V 4 m/s)经验该厂散热器布置在空冷塔塔内，是防大风影响带负荷的成功经验。该厂曾做过试验，当风速 V=12.315.5 m/s时，表面式凝汽器真空仅有1 kPa 变幅，而不影响带负荷。3.3.2密闭式循环冷却系统的循环水处理该厂空冷系统水回路是由两种不同材质 (碳钢与铜)构成的密闭式循环冷却系统。循环水处理采用氨水调 pH值、联氨除氧。水质指标：pH值为9.810.3、溶解氧不大于2030 g/L、水中过剩联氨浓度不大于 20 mg/L、补充水氢电导率不大于0.2 S/cm、起始水氢电导率不大于5 S/cm。4空冷塔度夏4.1A电厂5号空冷塔1996年增设18个尖峰冷却器，当 Ta=28时投运，当 Ta=30时，向该尖峰冷却器喷淋工业水(暂时)，耗水 60 m3/h，当Ta=32时，投运尖峰冷却器上小风扇 (每个 11 kW，共 198 kW)。据了解，可多带负荷约 10 MW。4.2A电厂空冷塔1996年增设 357个雾化喷嘴，直接对铝制主散热器喷淋深度处理水(其水质接近一级除盐水)，耗水 100 m3/h，据了解可多带负荷约 10 MW。5国内间接空冷机组的现状评价5.1发挥了应有的节水发电效用国内现有 200 MW 级两种间接空冷机组的三座电厂在当地电网发挥了应有的电源作用。例如 A电厂的 2200 MW 机组累计7年发电量达 148亿 kW*h(折每机每年发电量为 105 714.29万 kW*h，年利用小时 5 286 h)，累计7年两台机组共节水 2 800万 m3，该厂 5、6号间接空冷机组在全国同类机组中居中上水平，1994年全国 200 MW 机组评比，5号机组荣获一等奖。总之，该厂通过多年运行实践证明，间接空冷机组的安全性较好，运行基本稳定，节水效果明显(与同类湿冷机组相比，可节水 65%)。5.2技术上不够完善5.2.1A、B、C 三电厂共性问题普遍存在着真空严密性差，凝汽器端差大，空冷散热器因受冻而不同程度的出现泄漏，汽轮机满发背压偏低而导致满发气温提前出现，夏季少发电量等问题。5.2.2A、B 两电厂的问题A、B 两电厂存在着大风对空冷塔冷却性能的影响而带来大幅度减少发电能力的问题。例如 A 电厂 1995年6月5日15点左右，气温 28，风速 8 m/s，当时机组仅带 90 MW负荷 (为额定值的45%)，说明空冷散热器布置不妥带来的危害性之大。5.3经济效益欠佳5.3.1经初步计算，若直接空冷装置造价为 100%，则混凝式间接空冷装置造价为 115%，表凝式间接空冷装置造价为 126%。可见两种间接空冷装置价格的昂贵。5.3.2间接空冷机组的发电成本高。由于煤价尚未达到廉价程度或综合水价没有想象的高价程度，致使间接空冷机组的发电成本高于同类湿冷机组发电成本约 15%。分析其原因：一是空冷设备昂贵(占全厂总造价的6.5%)，折旧费也高；二是间接空冷机组全年多耗煤费用约超出全年节水费用的30%33%。5.3.3己运行的两种间接空冷机组的基建投资费用高(间接空冷系统的投资约占全厂总投资的15%)、发电煤耗高、度夏发电能力低、越冬防冻能力低的所谓“二高二低”问题，间接空冷发电机组较为突出。综上所述，己投运的两种间接空冷机组的整体经济性欠佳。6直接空冷技术的开发6.1直接空冷技术的进步6.1.1单排管凝汽器的开发比利时哈蒙-鲁姆斯公司于1990年研制出单排管凝汽器(下称SRC)，在美国长岛*亨丁顿的 OGDEN 垃圾电站的 35 MW 机组上平稳运行，经历了-40严寒的考验。尔后开发了自然通风单排管空冷凝汽器的直接空冷系统。6.1.2管排数的减少是空冷技术的进步直接空冷系统的空冷凝汽器的管排数经历了由多排管到两排管、到单排管的变化，见图1。例如1994年希腊一电厂的直接空冷装置采用单排扁平形钢管。图 1三代翅片管6.1.3SRC 是火电空冷技术的新发展SRC是指由扁平形钢管，在其两侧钎焊蛇形钢翅片，然后整体热浸镀锌的翅片管，参见图2。 SRC 特性：(1) 良好的抗冻性能，其为单排管、大截面、扁平状、难于冻结管内凝结水、也不会过冷却；(2) 适用于自然通风，由于空气侧单位长度的气流阻力小，可降低塔高；(3) 也可采用机械通风，因气流阻力小，可减少风扇的功率消耗；(4) 翅片管机械强度高，因结构紧凑，无外围框架和支撑结构；(5) 换热表面积利用率高；(6) 因系单排管，易于清洗。图 2SRC 翅片管6.1.4NDC是火电空冷史上新的里程碑比利时哈蒙-鲁姆斯公司首创的 NDC (自然通风单排管空冷凝汽器)特点：(1) 没有热风再循环(因有高大通风筒)；(2) 没有机械维修(因无风扇整体)；(3) 启动简便，无需操作起停的转动设备；(4) 最大限度，就地制作钢筋混凝土结构；(5) 冷却系统没有厂用电消耗，因无风扇群体耗电，约可多发电 1%2%；(6) 无噪声公害(因无风扇群体转动噪声)。6.2国外直接空冷机组近年来发展迅速6.2.1已投运的机械通风单排管空冷凝汽器的直接空冷机组(1) 希腊 Chania 电站于 1994年投运了 130 MW 直接空冷机组，其直接空冷系统由12个模块 SRC 系列组成。汽轮机排汽量约 160 t/h，设计背压约12.5 kPa。(2) 西南亚巴林的 Alba电站为900 MW 联合循环电站已于 1996年投运。(3) 英国诺福克附近的 Kings Lynn 350 MW 联合循环电站己于 1996年投运。其冷却系统为直接空冷，由16个模块 SRC 系列组成。6.2.2已投运的机械通风多排管空冷凝汽器的直接空冷机组(1) 英国路易-豪森 700 MW 联合循环电站于1994年投运。该电站的汽轮机冷却系统采用带100台直径6.1m高效低噪声风扇的机械通风空冷凝汽器直接空冷系统。空冷凝汽器采用三排管错列的椭圆形钢管绕椭圆形钢翅片，然后整体热浸镀锌的翅片管。(2) 美国加利福尼亚州柯罗克特 (Crockett) 159 MW 联合循环电站采用单轴联合循环(即燃气轮机与汽轮机同在一根轴上)，大大减少了设备占地面积。与此同时，不得不将汽轮机冷却系统采用的机械通风直接空冷装置布置在汽机房的屋顶上。15台风扇架设在特殊的钢结构上。(3) 伊朗吉兰(Gilan) 3150 MW 联合循环电站于 19951998年建成。其汽轮机冷却系统采用机械通风直接空冷装置。6.2.3直接空冷机组的设计背压问题机械通风直接空冷机组的设计背压的选取，要经过优化计算和考虑综合因素而定。过去认为直接空冷机组设计背压明显高于两种间接空冷机组是不全面的。90年代末期，有的国外设计，使直接空冷装置与两种间接空冷装置的总散热表面积相等，从而得出设计背压直接空冷机组还低于两种间接空冷机组的结论。例如法国阿尔斯通公司与德国西门子公司为大同二电厂拟扩建 2600 MW 空冷机组提出如下方案：法国人提出直接空冷机组设计背压P直为13.3 kPa，表凝式间接空冷机组P表为 16.3 kPa，混凝式间接空冷表41200 MW 机组采用 NDC与 IDCT 尺寸空冷类别塔高Hm进风口高度h/m塔底直径D0/m管线直径DN/mmNDC (直接空冷塔)13516.511114 000IDCT(表凝式间接空冷塔)1351511821 800：参见图3。 表51200 MW 机组采用 NDC 与 IDCT 技术经济比较空冷类别基建投资空冷装置占厂用电占地发电成本NDC(按 C电厂3号机考虑)约 80%可节资约 1 500万元0可多发 1.6MW约 70%可节地 3 000 m2约82%可节约18%IDCT(按 C电厂7号机数据)100%循环水泵等100%100%100%机组P混 为14.5 kPa；德国人提出 P直为15.5 kPa，P表为19.6 kPa、P混为 17 kPa。因此，对机械通风直接空冷机组的设计背压的选取必须根据空冷电厂三大特征，即环境特征、空冷方式特征和发电厂负荷模式特征来确定。 6.3我国开发直接空冷机组电厂布点进展6.3.1200 MW 级直接空冷机组6.3.1.1机械通风直接空冷机组(1) D 电厂：已于 1993年8月提出扩建 2200 MW 空冷供暖机组的可行性研究报告，推荐采用直接空冷机组。该项目属“以大代小”性质，目前正处在批复项目建议书阶段。(2) E 电厂：二期工程 2200 MW 推荐采用直接空冷机组。6.3.1.2自然通风直接空冷机组C 电厂：五期扩建 1200 MW 空冷供暖机组，建议进行间接空冷机组与直接空冷机组的比较，从中选优。其尺寸及技术经济指标的比较见表4、表5。图 31200 MW 机组合用一座自然通风单排管空冷凝汽器塔6.3.2300 MW 级机械通风直