火电厂直接空冷

发电厂直接空冷1.空冷技术发展的背景我国电力生产主要源自于火力发电，火力发电的主要燃料煤绝大部分分布于内陆地区，尤其是山西内蒙地区。兴建火力发电厂需要大量的冷却水源，然这两个地区却严重缺水，因而水资源问题成为制约火力发电站发展的重要瓶颈。如何在富煤贫水地区合理利用资源大力发展火电站已经成为电力研究的重要课题。直接空冷技术的应用为解决这一问题提供了有效地措施。一.发电厂空冷技术的概述电厂直接空冷技术应用已有几十年的历史，初期限于当时的技术条件，只是应用于一些小容量的汽轮发电机组。随着经验的积累和工业技术水平的发展，尤其是在二十世纪七十年代后，一些困扰直接空冷技术应用的技术问题得到解决，电厂直接空冷技术的应用开始进入较快的发展期，相继在世界上一些富煤缺水地区为300MW、600MW级的大容量汽轮发电机组配置了直接空冷系统。美国Wyodak电站、伊朗Touss电站、南非Matimba电站等，至今运行良好，直接空冷技术已与间接空冷技术并驾齐驱，甚至其发展速度超过了间接空冷系统。尤其是Wyodak电站、Touss电站等其运行环境基本与我国北方地区接近，为严寒季节的防冻问题积累了经验可供借鉴。目前国内外电站空冷分为二大类：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。目前这两种技术都已经成熟，但直接空冷与湿冷相比，省水65%，其效果会更加明显；同时直接空冷具有系统简单、占地面积小、调整灵活、出投资少、调整灵活、防冻性能好、运行可靠等特点。所以在富煤缺水地区其具有广阔的发展前景，且近几年发展较快，在实际设计和应用中优先考虑。国外空冷发展状况：30年代末，德国首先在鲁尔矿区的1.5MW气轮机应用了直接空冷系统。50年代，卢森堡的杜德兰格钢厂自备电站13MW机组和意大利的罗马电厂36MW机组分别投运了直接空冷系统。2.国内外空冷发展状况60年代后，英国拉格莱电厂在一台120MW机组上投运了间接空冷系统，采用喷射式凝汽器及自然通风型空冷塔。1971年，在苏联拉兹丹电厂的20MW级机组，匈牙利加加林电厂的200MW级机组，南非格鲁特夫莱电厂的200MW机组上，都应用了海勒式间接空冷系统。1977年，美国沃伊克矿区电厂的330MW机组应用了机械通风型直接空冷系统，联邦德国施梅豪森核电站的330MW机组应用了表面式凝气器配自然通风空冷塔的间接空冷系统。80年代末，投运机组容量最大的电厂有南非马廷巴电厂（665MW机组，采用机械通风直接空冷系统）和南非肯达尔电厂（686MW机组，采用表面式凝汽器的自然通风空冷塔间接系统）。我国空冷技术发展概况：1966年，在哈尔滨工业大学试验电站的50KW机组上首次进行了直接空冷系统的试验。1967年，在山西侯马电厂的1.5MW机组上进行了工业性直接空冷系统的试验。进入80年代后，庆阳石化总厂自备电站3MW机组投运了直接空冷系统。1987年和1988年，山西大同二电200MW机组，太原二电200MW机组，丰镇电厂都采用了间接空冷系统。3.直接空冷设备及系统介绍3.1直接空冷系统直接空冷系统，又称空气冷凝系统。直接空冷是指气轮机的排汽直接用空气来冷凝，空气与蒸汽间进行热交换。直接空冷系统的组成和范围(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)抽气系统；(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。排汽管道：对大容量空冷机组，排汽管道直径比较粗，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。空冷凝汽器的冷却装置：它是空冷系统的核心，蒸汽在其中冷却成凝结水。抽气系统：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。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。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。国内目前针对大型直接空冷机组支撑结构方面的研究工作较晚，对支撑结构设计及力学计算属于需要开发。目前国内在建的几个空冷电站支撑结构钢桁架均由国外公司设计完成。直接空冷的系统的流程如图所示。1—锅炉；2—过热器；3—汽轮机；4—空冷凝汽器；5—凝结水泵；6—凝结水精处理装置；7—凝结水升压泵；8—低压加热器；9—除氧器；10—给水泵；11—高压加热器；12—汽轮机排汽管道；13—轴流冷却风机；14—立式电动机；15—凝结水箱；16—除铁器；17—3.2主要设备4.直接空冷的特点优点：设备少，系统简单，基建投资较少，占地少，空气量的调节灵活。冬季防冻措施比较灵活可靠缺点：运行时，粗大的排汽管道密封困难，维持排汽管道内的真空困难，启动时造成真空需要的时间较长。风机耗电量大。运行背压高。5.空冷电厂的总体特点改变厂址选择条件。空冷电厂可建在缺水的煤矿坑口或靠近电力负荷中心处，避免以水定厂址，以水定容量规模等问题。空冷设备地位重要。空冷电厂所需的散热器体积庞大，价格昂贵，已成为电厂的主要设备之一。节约用水。可以节约节约全厂的65%以上的耗水量，是电厂节水量最多的一项技术。与此同时，缩小了电厂水源地建设规模，降低了水源地工程投资费用。减轻对环境的污染由于空冷塔没有逸出水雾气团，不发生淋水噪声，减轻对环境的污染，改善了空气的能见度。当采用直接空冷系统时，可大幅度地减少发电厂的占地面积。直接空冷系统不仅可以取消湿冷系统的大型湿冷塔，水泵房，深埋地下管线等占地面积，还可在空冷凝汽器装置平台下面布置电气变压器，充分利用厂房A列外侧空间。空冷装置需要较大的施工组装场地和较为复杂的调试措施。在寒冷的冬季，必须有完备的防冻措施。空冷电厂因没有雾气团目标暴露，适用于地下发电厂，有利战备。空冷电厂的全厂热效率稍低，发电标准煤耗率也大。二.直接空冷有待研究的几个问题1.夏季出力问题我国北方地区直接空冷机组，在夏季高温阶段直接空冷机组背压能够达到45-50kpa都不同程度出现由于运行背压高而产生机组限出力现象，大约限制10%-20%的额定出力，严重制约空冷机组夏季的安全满发和经济运行。直接空冷机组夏季运行时自然大风对机组背压影响较大（大风能使机组背压升高10-15kpa）。因此，通常夏季运行的直接空冷机组背压都留有一定的安全裕量，一般直接空冷机组背压不易超过48kpa（空冷机组最高背压保护值为65kpa）。在相同工况下最大限度地降低空冷机组背压是空冷机组夏季安全满发和经济运行的重要保证。空冷凝汽器的真空严密性、表面清洁度、真空泵的工作状况、气象条件、空冷风机转速等因素都会影响空冷凝汽器的背压,这些因素都可能成为直接空冷机组背压高、夏季带负荷能力差的原因1.1空冷凝汽器的真空严密性空冷机组的真空系统严密性是一个普遍存在的问题,空冷机组的真空容积庞大、安装焊口多容易造成真空系统泄漏量大,从而影响空冷机组真空系统的严密性,导致机组运行背压升高、煤耗增大、带负荷的能力降低1.2空冷凝汽器的清洁度对机组背压的影响由于电厂周围风沙大、污染较为严重,加之夏季电厂周边煤粉、树木的飞絮昆虫等在迎风面形成一层毡状附着物,使空冷凝汽器翅片管的翅片间隙减小,甚至堵塞空冷换热风道,严重影响了空冷凝汽器的通风能力,造成空冷金属翅片传热系数下降,导致机组背压升高最终影响机组的热经济性。所以,必须通过空冷凝汽器清洗系统严格的冲洗,才能保证空冷凝汽器的性能。1.3真空泵工作效率对空冷机组背压的影响真空泵是否在正常工况下工作,直接影响真空泵组的抽空气量,真空泵工作状态恶化、引起抽空气能力下降,从而影响机组背压,导致机组夏季带负荷能力和热经济性下降。真空泵工作水环温度对机组背压的影响:由于水环真空泵的工作水环的温度直接影响水环真空泵抽气口的真空度,工作水环运行温度升高如果接近或者等于空冷凝汽器的饱和压力下的饱和温度时,真空泵的工作水就可能发生汽化,破坏真空泵工作水环的形成,造成真空泵抽气能力下降、真空泵抽气口压力升高,从而使整个空冷凝汽器的背压升高,导致机组热经济性下降。真空泵工作水环温度升高主要有以下原因造成:a.真空泵工作水冷却器脏污、堵塞,造成工作水不能充分冷却;b.真空泵工作水冷却器冷却水入口温度高;c.真空泵工作水冷却器冷却水量不足,造成真空泵冷却器冷却效果下降。1.4自然大风和空冷岛热风再循环的影响自然大风对空冷机组的影响是一个世界性难题,大风对直接空冷机组背压影响非常大,在夏季高温时段机组背压本来就高如果再受到自然大风的影响,必然对机组的运行产生严重后果。我国直接空冷电厂在夏季高温段遇到外界大风时,均有不同程度的降负荷现象,特别是山西漳山电厂、大同一电厂、大同二电厂在2005年夏季高温时段都因受到自然大风的影响,出现过机组跳闸现象。为了防止大风引起机组背压保护动作造成停机,应采取以下相应措施:（1）遇到自然大风时,风机应该及时以55Hz运行,增加空冷凝汽器通风量以减弱大风对空冷机组背压的影响。（2）大风对空冷凝汽器产生扰动时,由于操作量大、人为因素多,不能确保机组安全运行；（3）安装空冷机组测风装置,通过风速、风向测量系统给运行人员一个提前准确的判断,在进行相关数据分析的基础上,使运行人员能够提前做出空冷机组应对自然大风的预案,将空冷机组因大风影响造成的损失降至最低。综上所述,认为提高直接空冷机组的夏季带负荷能力,降低直接空冷机组的夏季不满发小时数。(1)必须保证空冷凝汽器表面的清洁程度;(2)保证真空泵在最佳工作状态下运行;(3)保证空冷凝汽器要具有良好的真空严密性只有这样才能降低煤耗和厂用电率、大大提高了直接空冷机组的经济效益。2.直接空冷机组冬季防冻问题防冻问题是空冷机组最重要的问题，特别是在我国北方严寒地区，空冷凝汽器冻结是常见现象，严重影响机组的安全经济运行。本章内容首先分析说明了空冷防冻须控制的关键因素，然后根据600W直接空冷机组已有的一些运行经验和数据，通过空冷风机各种运行方式的分析比较，确定冬季空冷风机的优化运行方式，并提出必要的防冻措施。空冷系统的防冻措施防冻措施:a．采用合理的顺流与逆流面积比，即K／D结构。对炎热地区取大值。b.加设挡风墙。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。