电厂空冷技术

榆林学院题目电厂空冷技术学生姓名李华学号1005300126院(系)能源工程学院专业热能与动力工程指导教师胡广涛报告日期2013年11月5日目录前言第一章发电厂空冷系统的方式1.1海勒式间接空冷系统‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥31.2哈蒙式间接空冷系统‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥41.3直接空冷系统‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥6第二章空冷技术在发电厂的应用场合及技术经济特性2.1空冷技术的应用‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥82.2空冷技术的经济特性‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥11第三章发电厂空冷技术的应用概况及发展趋势3.1发电厂空冷与环境…‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥123.2国内外空冷技术的发展概况‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥153.3空冷技术的发展趋势‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥18结束语参考文献前言随着世界各国经济的迅速发展和人类物质文化生活水平的不断提高，大型火力发电厂及大容量单元机组的投运面临着更为迫切、严格的要求，即在要求电力工业高速发展的同时，对发电厂的耗水量、烟尘排放量、冷却水废热造成的大气和自然水资源污染、生态平衡破坏规定了严格的限制标准。因此，人类在大规模开发能源、发展电力工业的同时，必须采取有效措施，缓解用水矛盾，控制消除污染后果，走可持续发展的道路。发电厂汽轮机排汽空气冷却技术的应用和发展，为在严重缺水的煤矿和电力负荷中心区域建设大型火力发电厂开辟了一条节水、经济、安全、可靠的途径，也为水资源丰富区域保持生态平衡、避免江河水资源污染创造了有利条件。因此，发电厂空冷技术在世界范围内得到了广泛的应用。特别是我国，走和谐、可持续发展道路，节约用水，避免污染，提高水资源利用率，已成为新世纪电力工业发展的重大课题。华北、西北富煤而缺水地区，发电厂采用空冷技术已成为必然，其他水资源相对充沛地区，发电厂采用空冷技术的问题也将会收到高度的重视。为了推广空冷技术在电厂的应用，特做此设计以供大家参考。第一章发电厂空冷系统的方式发电厂空冷技术从提出到现在约有50年的历史，并在国际上有了迅速发展，目前已出现单机容量686MW的空冷机组。在干旱地区，空冷技术发展尤为迅速，并出现了多种类型，如直接空冷、干湿联合冷却机组等。发电厂空冷技术已成为当前发电厂建设中的一个热门课题。当前用于发电厂的空冷系统主要有三种，即直接空冷、表面式凝汽器间接空冷系统和混合式凝汽器间接空冷系统。直接空冷多采用机械通风方式，20世纪90年代以来，比利时哈蒙—鲁姆斯公司提出采用自然通风，两种间接空冷多采用自然通风。第一节海勒式间接空冷系统混合式凝汽器间接空冷系统又称海勒式间接空冷系统，其发电厂如图所示。1—锅炉;2—过热器;3—汽轮机;4—喷射式凝汽器;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—冷却水循环泵;13—调压水轮机;14—全铝制散热器;15—空冷塔;16—旁路节流阀;17—发电机该系统由喷射式凝汽器和装有福哥型散热器的空冷塔构成。系统中的冷却水都是高纯度的中性水。中性冷却水进入凝汽器直接与汽轮机排汽混合并将其冷凝。受热后的冷却水绝大部分由冷却水循环泵送至空冷塔散热器，经与空气对流换热冷却后通过调压水轮机将冷却水再送至喷射式凝汽器进入下一个循环。海勒式间接空冷系统的优点：①以微正压的低压水系统运行，较易掌握，可与中背压汽轮机配套；②冷却系统消耗动力低，厂用电耗少，占地面积中等。缺点是：①铝制空冷散热器耐冲洗，耐抗冻性能差；②空冷散热器在塔外布置易受大风影响其带负荷能力；③设备系统复杂。海勒式间接空冷系统一般适用于气候温和、无大风的发电厂。第二节哈蒙氏间接空冷系统表面式凝汽器间接空冷系统又称哈蒙式间接空冷系统。哈蒙式间接空冷系统的发电厂示意图如图所示。1—锅炉;2—过热器;3—汽轮机;4—表面式凝汽器;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—循环水泵;13—膨胀水箱;14—全钢制散热器;15—空冷塔;16—除铁器;17—发电机该系统由表面式凝汽器与空冷塔构成。在哈蒙式间接空冷系统回路中，由于冷却水在温度变化时体积发生变化，故需设置膨胀水箱。膨胀水箱顶部和冲氮系统连接，使膨胀水箱有一定压力的氮气，既可对冷却水容积膨胀起到补偿作用，又可避免冷却水和空气接触，保持冷却水品质不变。哈蒙式间接空冷系统的优点是：①节约厂用电，设备少，冷却水系统与汽水系统分开，两者水质可按各自要求控制；②冷却水量可根据季节调整，在高寒区，在冷却水系统中可冲以防冻液防冻；③空冷散热器在塔内布置，基本上不受大风影响其带负荷的能力。缺点是：①空冷塔占地大，基建投资大；②发电煤比湿冷机组多约105%；③系统中需要两次换热且都属于表面换热，使全厂热效率有所降低。哈蒙式间接空冷系统一般适用于核电站、热电站和调峰大电厂。。第三节直接空冷系统直接空冷系统又称空气冷却系统，是指汽轮机的排汽直接用空气来冷凝，空气与蒸汽间通过管壁进行热交换。所需冷却空气，通常由轴流冷却机通过机械通风方式供应，系统如图所示。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—发电机直接空冷系统的特点如下所述。⑴汽轮机背压变幅大。汽轮机排汽直接由空气冷凝，其背压随空气温度变化而变化。⑵真空系统庞大。汽轮机排汽要由大直径的管道引出，用空气作为直接冷却介质通过钢制散热器进行表面热交换冷凝排汽需要较大的冷却面积，故而导致真空系统庞大。⑶厂用电耗大。直接空冷系统所需空气由大直径的风机提供，风机需要耗能，直接空冷系统自耗电占机组发电容量的1.5%左右。⑷电厂整体占地面积小。由于空冷凝汽器一般都布置在汽轮机房顶或汽轮机房前的高架平台上，平台下电气设备等，空气冷凝器占地得到综合利用，使得电厂整体占地面积减少。⑸冬季防冻措施比较灵活可靠。直接空冷可通过改变风机转速，停运风机或使风机反转来调节空冷凝汽器的进风量，直至吸热风来防止空冷凝汽器的冻结。调节相对灵活，效果好且可靠。⑹凝结水溶氧量高。由于直接空冷机组的真空系统庞大，易出现负压系统的氧气吸入。另外，由于机组背压偏高，易出现凝结水过冷度偏大，进一步加大了凝结水中的溶解氧的含量。⑺可以大量节约电厂用水。⑻由于蒸汽与空气通过翘片管束至直接进行热交换，省去了中间介质和二次换热，综合热效率提高，运行更经济。⑼直接空冷电站具有较高的社会效益和与水冷凝汽器机组可比的经济性。直接空冷系统适用于各种环境条件和各类燃煤电厂，要求煤价低廉，最后带基本电负荷的电厂，尤其适用于富煤缺水区。第二章空冷技术在发电厂应用场合及技术经济特性第一节空冷技术的应用（一）建造空冷电厂的场合（1）缺水的煤矿坑口或靠近电力负荷中心处，由于水源地限制而无法建造湿冷电厂的场合。（2）由于生态环保要求，不宜建造直接开式或闭式湿冷电厂的场合。（3）老电厂扩建受到水源地和扩建场地限制的场合。（二）空冷技术的应用场合（1）带基本负荷的电厂。直接空冷系统、海勒式间接空冷系统、哈蒙式间接空冷系统在带基本负荷的电厂均得到了广泛的应用。直接空冷系统目前采用的单机最大容量为890MW（巴林国），海勒式间接空冷系统目前采用的单机最大容量为325MW（伊朗国）；哈蒙式间接空冷系统目前采用的单机最大容量为686MW（南非国）。只要能建造湿冷机组的地方，无论纬度高低、气候干旱与湿润等都可建造空冷机组。（2）调峰电厂。调峰电厂的特点是机组启停频繁，设计空冷系统时，宜采用铝管铝翅片散热器的海勒式间接空冷系统。因为该系统散热器铝管内表面在制造厂已进行过防腐处理，可适应频繁启停工况的干湿变化。（3）老电厂扩建。老电厂扩建增容时，水资源往往难于解决，可考虑采用空冷系统。若老电厂场地狭窄，可采用直接空冷系统，将空冷凝汽器布置在汽轮机厂房的屋顶上，减少占地面积；若老电厂有湿冷塔群，可将部分湿冷塔改造为辅助通风的空冷塔，采用哈蒙式间接空冷系统。（4）核电站。效率较高的直接氦循环高温气体冷却堆核电站可以使用空冷技术。目前国外已投运的核电站空冷系统，多采用具有表面式的哈蒙式间接空冷系统。二、空冷电厂的总体特点当发电厂采用空冷系统后，对整个发电厂的生产工艺流程有重大影响。现将空冷电厂的总体特点简述如下。（1）改变厂址选择条件。空冷电厂全厂耗水量按设计装机容量计算约为0.3~0.35m3/(GW﹒s)，因而厂址的选择基本上不受水源地的限制，避免以水定厂址、以水定容量规模等问题，在缺水的煤矿坑口和靠近负荷中心区建造大容量发电厂成为可能。（2）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，以成为电厂的主要设备之一。（3）节约用水。当今，湿冷电厂的全厂耗水量约为1m3/(GW﹒s)，空冷电厂可以节约湿冷电厂全厂耗水量的65%以上，是火电厂节水量最多的一项技术。同时缩小了电厂水源工程建设规模，降低了水源工程投资费用。（4）减轻对环境的污染。由于空冷电厂没有逸出水雾汽团，不发生淋水噪声，更没有冷却水对天然水体的排放，减轻对环境的污染。（5）大幅度减少发电厂的占地面积成为可能。当采用直接空冷系统时，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，还可以在空冷凝汽器装置平台下面布置电气变压器，充分利用主厂房A列外侧空间。当采用海勒式间接空冷系统时，有可能将主厂房或湿法烟气脱硫系统、烟囱布置在空冷塔内。（6）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。（7）空冷电厂的带负荷能力受环境风向、风速、风温的影响大。（8）空冷发电厂的全厂热效率较低，发电标准煤耗率也大。三、空冷系统的共同特点（1）空冷系统的传热学特点是低温位、小温差、特大散热量的空气冷却热交换。（2）空冷系统属密闭式循环冷却系统，对水质的要求严格。（3）空冷系统需配置高、中背压空冷汽轮机。（4）空冷系统的冷却性能受环境（气温、风向、风速）的影响很大，导致空冷机组汽轮机背压变化增大，汽轮机设计背压比湿冷机组提高很多，运行背压范围也比湿冷机组大一些。（5）空冷系统的散热器在寒冷的冬季，必须有完备的防冻措施。（6）空冷系统的自动化程度比湿冷系统有大幅度的提高。（7）空冷系统的基建投资和年运行费用（水价低的情况）都高于湿冷系统。第二节空冷技术的经济特性空冷机组的技术经济特性包含设计参数、技术条件、经济因素等多个方面，涉及的因素比较复杂，纵观一些文献从不同角度的分析比较，由于受到资料的不完善、不精确、不同国家国情不同、比较基准不统一等因素的影响，其分析比较结论存在一定差异。（一）空冷机组和湿冷机组的比较空冷机组比湿冷机组的背压高，循环热效率约低5%；空冷机组的厂用电率高，其热耗一般比湿冷机组高6%~9%；空冷机组的耗水量低，普遍认为比湿冷机组节约全厂用水量的65%以上；空冷电厂的造价比湿冷电厂的高，且空冷系统部分的投资约占全厂投资的6%~9%，就冷却系统投资而言，湿冷:直接空冷:间接空冷约为2:3:5。（二）空冷系统的特性比较直接空冷系统和间接空冷系统的特性比较，见表1-4。表1-4空冷系统的特性比较冷却系统直接空冷间接空冷混合式凝汽器表面式凝汽器运行效果良好适带负荷不宜带尖峰负荷可带尖峰负荷哈蒙式不宜带尖峰负荷防冻经验经受-43℃有一定防冻经验热风再循环有无国内使用情况有600MW机组运行有200MW机组运行有SCAL式600MW及哈蒙式200MW机组运行厂用电风机耗发电功率的1.6%泵耗发电功率的0.3%占地面积(m2/MW)1540~60散热器面积(m2)基数f(1.3~1.4)f冷却系统投资100%150%第三章发电厂空冷技术的应用概况及其发展趋势第一节发电厂空冷与环境一、厂址环境对空冷的影响1．环