1.可行性研究报告

1、神华国能宁夏煤电有限公司 #2 机组直接空冷系统增设尖峰冷却装置工程可 行 性 研 究 报 生 告2014 年 9 月 101、 目的和意义神华国能宁夏煤电有限公司鸳鸯湖电厂一期工程建成投产2 X600MW直接空冷机组。为提高汽轮机排汽冷却效果，在 #1 机组直接空冷系统增加了尖峰冷却装置，并已投入运营，效果良好。根据鸳鸯湖电厂技改规划，拟在#2 机组直接空冷系统增设尖峰冷却装置，满足系统运行需要。尖峰冷却装置在机组原有排汽管道引接汽轮机乏汽到蒸发式凝汽器， 冷却水经过供水系统均匀喷淋在蒸发式凝汽器的冷却管束表面， 利用冷却水的蒸发潜热吸收汽轮机乏汽携带的热量使汽轮机乏汽进行冷凝， 凝结水沿管

2、道回收到汽轮机排汽装置， 蒸发式凝汽器中不凝结气体由抽真空系统排出以维持凝汽器内部一定的负压。系统设备控制纳入机组DCS 系统进行远方启停控制，设置配电间给凝汽器的冷却风机、 冷却水泵以及其它设备进行供电。 蒸发式凝汽器运行方式为夏季尖峰时段运行。目前我国火电厂汽轮机排汽冷却主要采用水冷系统和空冷却系统。 采用直接空冷系统存在机组夏季不能满发， 冬季翅片换热管冻结， 运行背压高， 耗电量大等问题。 采用水冷系统存在水资源浪费严重， 冬季防冻困难， 循环水泵功率大等问题。作为电力系统耗水耗能大户的冷却系统， 研发节能节水安全可靠提高机组发电效率的冷却系统对实现国家“节能减排”目标是十分紧迫和非常

3、必要的。复合型空冷乏汽凝结技术是一种“风”冷和“蒸发”冷相结合的凝结技术。直接空冷技术在电站乏汽冷凝上的应用在国内外均取得较好的节水效果，但其夏季“满发”，冬季防冻，运行背压高，耗电量大灯问题无法有效解决。蒸发式乏汽凝结技术换热机理先进、换热效果好、效率高，具有节电、节水和运行费用低等特点。蒸发式乏汽凝结技术节水效果良好，适合在水资源短缺、气候干燥地区使用。国外成功的应用实例说明 , 蒸发式乏汽凝结技术用在火电厂冷却系统中是可行的。复合型空冷乏汽凝结装置具有先进的显热+ 潜热换热机理、通过合理配置直接空冷与蒸发式冷却单元， 充分发挥了直接空冷不耗水、 蒸发冷节水、 背压低等各自优点，可有效提高

4、机组出力、降低能耗；利用复合型空冷乏汽凝结技术可综合直接空冷和蒸发式冷凝的优点， 有效地解决直接空冷和水冷在乏汽凝结中的各自不足。复合型空冷乏汽凝结技术可以对现有直接空冷机组运行中的夏季机组运行背压高， 机组出力下降等问题有效解决， 该成果可以对现有直接空冷机组进行改造提高机组夏季出力， 降低机组运行背压。 也可以在新建项目中直接采用复合型空冷乏汽凝结装置，达到提高机组出力，降低运行背压，提高系统防冻能力，减少用电量之目的。采用复合型空冷乏汽凝结装置， 夏季温度超过30， 排汽背压降低510kPa，煤耗降低2%；上，机组出力提高15%与直接空冷相比，投资成本下降1015%, 节能潜力巨大。2、

5、 国内外研究水平综述电力乏汽凝结最先采用的冷却介质主要是工业直流冷却水及工业循环冷却水。但由于冷却水不达标造成系统换热设备及管道结垢、腐蚀严重等问题严重，且燃料资源丰富水资源缺少地区， 工业直流冷却水及工业循环冷却水系统并不适用，逐渐被节约用水、更新的冷却系统空冷系统所代替。1939 年德国 GEA 公司首先提出电厂直接空冷的设想。上世纪 50 年代匈牙利发展了混合式凝气器的间接空冷系统（海勒系统）。而后在70 年代，表面式凝汽器的间接空冷系统和直接空冷系统也得到了较大的发展。近几年来， 空冷技术在国外得到了迅速发展并日趋成熟。当今世界上空冷机组最大的单机容量为665MW（马丁巴电站，直接空冷

6、），686MW（肯达尔电站，间接空冷），657MW（马尤巴电站，直接空冷）。我国对空冷技术的研究始于上世纪60 年代中期，但是发展一直比较缓慢。直到 1988 年，山西大同第二发电厂引进了匈牙利海勒式间接发电冷却系统，才使我国的空冷发电技术进入一个新的阶段。近几年， 国内在电站直接空冷系统有一定的研究， 主要是以哈空调和双良为主的五、六个厂家，哈空调在2000 以后开始涉足电站直接空冷系统，江苏双良于 2006 年开始涉足该领域，技术较国内同类厂家先进，均处在引进、消化、吸收阶段，核心技术仍由国外掌握，市场份额的70%以上由国外公司占有。用空冷代替水冷理论上可以解决用水量过大问题。 但直接空冷

7、也有一些严重缺陷， 其中之一是冷源的温度变化问题。 直接空冷冷源为空气， 冬夏温差特别大，可达50C-70C,大大地限制了直接空冷的使用范围。在高寒下会结冰冻裂换热管，此外，在我国华中和华南地区，夏季的日最高温度可达40 以上，这对于冷却温差小的冷却系统来说，直接空冷系统很难满足要求。蒸发式冷凝主要利用水蒸发吸收潜热进行换热， 是一种高效节能环保的换热设备， 由于其传热效率高、 节能、 环保、 结构紧凑等优点， 20 世纪 80 年代中期，我国开始从国外引进蒸发式冷凝器技术， 经十数年发展应用， 现今在制冷装置和石油化工等行业有广泛的应用。进入 21 世纪，国外蒸发式冷凝器在电厂冷却系统得以应

8、用，并具备一定的规模，而国内在2008 年前蒸发式冷凝在国内电厂冷却系统使用几乎是空白。蒸发式凝汽方式与传统水冷却系统和空气冷却系统相比， 在节电节水环保等方面都有较大的优势。加拿大“TransAlta ”能源公司的75 MW 联合发电系统,采用美国巴尔的摩公司生产的 V 型蒸发式乏汽凝结器满足全年运行条件1 。美国马萨诸塞州 MassPower240MW 燃气 - 蒸汽联合循环机组采用蒸发式凝汽系统，汽轮机排汽量300t/h ,夏季干球温度36 C,排汽压力9.48kPa,低于水冷系统排汽压力 2。国内方面， 由于蒸发式冷却方式较国外发展慢，尤其在电力系统采用蒸发式冷却， 2008 年后在自

9、备电厂开始应用。河北文安县6MW 自备电厂机组采用蒸发式凝汽方式，用水量较水冷降低40%以上，经夏季高温和冬季防冻考验，机组运行良好，节水、节能效果显著。山东潍坊 55MW 自备电厂机组采用蒸发式凝汽方式，经调试运行，用水量较水冷降低40 50%，机组运行平稳可靠。国外 1987 德国阿尔巴赫- 戴齐绍发电厂465MW 机组采用空冷系统与水冷系统并联冷却方式，与水冷相比，节水20%。 3洛阳隆华传热科技股份有限公司采用蒸发式凝汽系统做为尖峰冷却装置的空冷系统对直接空冷系统进行改造， 已在自备电厂成功运行， 并得到山西电科院的检测， 效果极佳。 可使原直接空冷系统夏季机组运行背压降低515kPa

10、 ， 机组出力提高1020%。【 1 】 Baltimore Aircoil Company. IPC steam condenser serves Canadian combined - cycle cogen facility R . PROJECT REPORT ( PRJ41 /98) , 1998.【2】 Basile, F, Johnson, G H. Wet surface air cooled steam condensers and auxiliary water cooler at mass power J . ASME Power,1995, 27: 43 - 46.【3

11、】王佩璋，火电机组的干湿联合冷却方式.J河北电力技术，1995,3:11-16.3、 项目的理论和实践依据1 .技术原理采用直接空冷与蒸发式凝汽联合运行方式，春、秋冬季节，仅直接空冷运行即可满足机组运行要求，夏季高温时，从直接空冷系统中分流一部分蒸汽，通过蒸发式凝汽器直接将汽轮机排汽冷凝为凝结水。2 . 研究理论蒸发式凝汽技术蒸发式凝汽器以潜热换热为主体换热方式，通过换热管束表面水膜蒸发冷凝管内蒸汽， 1kg 水蒸发带走的热量是1kg 温升 10带走热量的 60 倍，换热效率高。蒸发式凝汽器可将蒸汽在较低温度冷凝，夏高温时采用尖峰冷却装置可降低空冷机组运行背压515kPa,降低发电煤耗616

12、gce/kWh ,提高发电效率。蒸发式凝汽工作原理汽轮机排汽由蒸汽进口进入换热模块管内冷凝放热；管外喷淋水吸收管内蒸汽冷凝放热蒸发变成水蒸气，在风机的作用下排到大气中；未蒸发的水份经收水器作用下落到水箱中循环使用；凝结水经管道汇集于凝结水箱；不凝性气体由抽真空装置排出。3 .项目研究的关键技术1. 电力复合型空冷乏汽凝结装置设计计算软件开发；2. 大直径薄壁负压排汽管道的优化设计；3. 系统运行参数的优化设计；4. 系统低温防冻技术；5. 系统防腐除结垢技术；6. 蒸发式凝汽器高效水分配及热交换系统；7. 蒸发式凝汽器风机、泵循环单元的控制和优化；8. 60 万机组采用复合型乏汽凝结装置应用推

13、广及实验研究四、 项目研究内容和实施方案项目研究包括：复合型空冷乏汽凝结装置优化配置研究，直接空冷排汽管道 和蒸发式凝汽排汽管道优化设计； 复合型空冷乏汽凝结装置核心设备研究与开发等。主要研究内容：1. 电力复合型空冷乏汽凝结装置设计计算软件开发；2. 翅片管组模块化结构设计；3. 大直径薄壁负压排汽管道的优化设计；4. 系统运行参数的优化设计；5. 系统低温防冻技术；6. 减小风力影响，降低系统对环境波动对系统运行的影响；7. 系统防腐除结垢技术；8. 蒸发式凝汽器换热模块结构研究；9. 蒸发式凝汽器高效水分配及热交换系统；10. 蒸发式凝汽器风机、泵循环单元的控制和优化；11. 十兆瓦级大型热态空冷试验系统；12. 系统实验验证和可靠性技术。13. 60 万机组采用复合型乏汽凝结装置应用推广及实验研究理论研究步骤如下：1根据现运行蒸发式凝汽装置，测试研究蒸发式凝汽器运行工况及节水、节能效果，优化配置蒸发式凝汽器水分配系统，风系统。 （实验地点：用户，国能与制造厂共同完成）2. 建立工厂实验装置，优化蒸发式凝汽器结构和运行参数。 （实验地点：制造厂，制造厂商完成）3. 对 60 万机组改造项目采用复合型空冷乏汽凝