火電廠空冷系統(tǒng)運(yùn)行方式比較

張志誠(chéng)

摘要：本文主要對(duì)火電廠不同類型空冷系統(tǒng)的運(yùn)行方式做了說(shuō)明，并針對(duì)運(yùn)行涉及的不同層面做了對(duì)比分析，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)例，對(duì)具體的空冷系統(tǒng)選型做了分析。

關(guān)鍵詞：火力；發(fā)電廠；空冷系統(tǒng)；運(yùn)行方式；選型分析

一、空冷系統(tǒng)運(yùn)行方式

空冷系統(tǒng)分為直接空氣冷卻系統(tǒng)和間接空氣冷卻系統(tǒng)。根據(jù)通風(fēng)方式的不同，又各自分為機(jī)械通風(fēng)和自然通風(fēng)兩種。間接空氣冷卻系統(tǒng)根據(jù)配用的凝汽器不同分為表面式凝汽器和直接接觸噴射式凝汽器（也稱為混合式或海勒式），其中采用表面式凝汽器的間冷系統(tǒng)根據(jù)熱交換器的布置方式不同又分為水平式布置方式和垂直式布置方式。隨著空冷技術(shù)的發(fā)展，垂直式布置散熱器的方式已經(jīng)逐漸成為主要布置方式。

直接空冷是指汽輪機(jī)的排汽直接由空氣來(lái)冷凝，空氣與蒸汽間進(jìn)行熱交換，所需的冷卻空氣通常由機(jī)械通風(fēng)方式供應(yīng)。汽輪機(jī)排汽通過(guò)粗大的排汽管道送到室外的空冷凝汽器內(nèi)，軸流冷卻風(fēng)機(jī)使空氣流過(guò)散熱器外表面，將排汽冷凝成水，凝結(jié)水再經(jīng)泵送回到汽輪機(jī)的回?zé)嵯到y(tǒng)。

間接空氣冷卻系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：

（1）汽輪機(jī)運(yùn)行背壓較低

與直接空冷系統(tǒng)不同，間接空冷機(jī)組，汽輪機(jī)的排汽進(jìn)入凝汽器，排汽阻力低于直接空冷的大型排汽管道，使得間接空冷機(jī)組可以在較低的背壓下運(yùn)行。

（2）循環(huán)冷卻水與汽水系統(tǒng)完全分開(kāi)

采用表面式凝汽器，循環(huán)水與汽水系統(tǒng)完全分開(kāi)，兩者水質(zhì)可按各自要求控制。減輕了鍋爐補(bǔ)給水處理的負(fù)荷，同時(shí)也簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)備防腐處理的難度。

（3）通過(guò)調(diào)節(jié)百葉窗可以對(duì)大風(fēng)的影響進(jìn)行調(diào)控

為了減少自然界大風(fēng)對(duì)空冷系統(tǒng)的影響，在空冷塔進(jìn)風(fēng)口的外緣均設(shè)置了百葉窗，百葉窗的開(kāi)、關(guān)可以進(jìn)行自動(dòng)控制，減小了自然界不同風(fēng)向的大風(fēng)對(duì)空冷系統(tǒng)的影響。

（4）設(shè)備較少

與直接空冷系統(tǒng)比較，采用表面式間接空冷系統(tǒng)，其設(shè)備較少，設(shè)備的運(yùn)行管理和檢修都相對(duì)簡(jiǎn)便。

（5）冷卻水量可以根據(jù)氣溫的變化調(diào)節(jié)，節(jié)省廠用電量

在間接空冷系統(tǒng)中，汽輪機(jī)的排汽通過(guò)循環(huán)水冷卻水進(jìn)行冷卻換熱。當(dāng)大氣溫度較低時(shí)，可以通過(guò)百葉窗的開(kāi)度調(diào)節(jié)以及空冷散熱器的運(yùn)行組數(shù)來(lái)減少循環(huán)水的運(yùn)行水量。這樣，在每年的冷季可以大大的減少電廠的自用電率。

二、空冷系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)比分析

三、空冷系統(tǒng)選型分析

直接空冷系統(tǒng)具有投資省、占地面積小、防凍效果較好等優(yōu)點(diǎn)，雖然煤耗和運(yùn)行費(fèi)用較高，但年費(fèi)用較低，從經(jīng)濟(jì)角度看一般較合理。與直接空冷系統(tǒng)相比，間接空冷系統(tǒng)的缺點(diǎn)是投資和年費(fèi)用較高、換熱效率較低、散熱器面積較大、冷卻系統(tǒng)龐大、廠區(qū)占地面積較大。由于我國(guó)空冷機(jī)組多建在北方缺水地區(qū)，冬季寒冷對(duì)防凍要求較高，凝結(jié)水溫和背壓不能過(guò)低；夏季高溫天氣歷時(shí)較短，因此在新建工程中，大多數(shù)采用了直接空冷系統(tǒng)。下面我們根據(jù)實(shí)例對(duì)空冷系統(tǒng)的實(shí)際選型進(jìn)行分析。

某電廠擬在已有4×110MW機(jī)組擴(kuò)建端建設(shè)2×330MW空冷供熱機(jī)組，本期工程建成后關(guān)停已有機(jī)組。根據(jù)廠區(qū)臨時(shí)氣象站和城市氣象站的氣象對(duì)比觀測(cè)分析以及對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行的修正，廠址附近夏季高溫大風(fēng)期間主導(dǎo)風(fēng)向和次主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾SW和S。

如本期工程采用直接空冷系統(tǒng)，按設(shè)計(jì)提出的廠區(qū)總平面布置方案，夏季高溫大風(fēng)期間爐后來(lái)風(fēng)頻率較高（約44%），當(dāng)達(dá)到一定風(fēng)速時(shí)會(huì)在空冷凝汽器處形成熱回流，對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行和運(yùn)行效率產(chǎn)生較大影響。鑒于間接空冷系統(tǒng)對(duì)環(huán)境氣象條件的敏感性和受環(huán)境氣象條件影響較小，雖然投資相對(duì)較高，但運(yùn)行費(fèi)用和煤耗較低，噪音小，且本期工程可以充分利用已有土地。

表面式間接空冷系統(tǒng)按對(duì)環(huán)境風(fēng)敏感程度較低的散熱器在塔內(nèi)水平布置方案考慮，如采用立式布置散熱器，冷卻塔尺寸與混合式間接空冷系統(tǒng)基本相當(dāng)。散熱器立式布置系統(tǒng)的冷卻塔內(nèi)部為空塔，在國(guó)內(nèi)已有將脫硫裝置及煙囪布置在冷卻塔內(nèi)的煙塔合一設(shè)計(jì)方案，本期工程如采用煙塔合一方案需重新進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)等工作，比較暫按采用常規(guī)煙囪方案考慮。

年運(yùn)行費(fèi)用主要由可變費(fèi)用即煤耗、水耗、電耗等費(fèi)用組成，固定費(fèi)用主要是投資費(fèi)用，可變費(fèi)用受年運(yùn)行小時(shí)數(shù)影響。根據(jù)目前的價(jià)格水平，直接空冷方案年費(fèi)用最低。由于近年煤、水、電價(jià)格均有上漲的趨勢(shì)，間接空冷方案有控制運(yùn)行成本的優(yōu)勢(shì)，對(duì)價(jià)格上漲有較強(qiáng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。此外，間接空冷方案可以避免夏季爐后來(lái)風(fēng)的影響，且對(duì)環(huán)境氣象條件的敏感性和受環(huán)境氣象條件影響變化較小。

表面式間冷方案和混合式間冷方案投資和年費(fèi)用相當(dāng)，鑒于混合式間接空冷系統(tǒng)存在循環(huán)水和凝結(jié)水混合、水質(zhì)控制要求高、系統(tǒng)設(shè)備較多、系統(tǒng)控制較復(fù)雜等缺點(diǎn)，本期工程最終選擇采用表面式間冷方案。建議空冷機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)，在風(fēng)場(chǎng)流態(tài)較穩(wěn)定地區(qū)，優(yōu)先采用直接空冷系統(tǒng)。在風(fēng)場(chǎng)流態(tài)紊亂地區(qū)和場(chǎng)地布置對(duì)直接空冷裝置的通風(fēng)不利時(shí)，優(yōu)先采用間接空冷系統(tǒng)。

結(jié)論與總結(jié)：

火電廠空冷系統(tǒng)主要分為間接和直接兩種類型。從經(jīng)濟(jì)成本角度來(lái)看，一般直接空冷系統(tǒng)要比間接空冷系統(tǒng)具有優(yōu)勢(shì)。但從空冷系統(tǒng)的運(yùn)行性能來(lái)看，間接空冷方案對(duì)環(huán)境氣象條件的敏感性和受環(huán)境氣象條件影響變化較小。所以在具體空冷系統(tǒng)的選型上，并不能單純算經(jīng)濟(jì)賬，要根據(jù)具體工程的要求以及各種基礎(chǔ)條件的情況，選擇適合火電廠的空冷系統(tǒng)運(yùn)行方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳立軍.蒸汽動(dòng)力循環(huán)耦合正、逆制冷循環(huán)的電站空冷系統(tǒng)理論與評(píng)價(jià)研究[D].華北電力大學(xué)（保定），2010.DOI：10.7666/d.y1786144.

[2]石誠(chéng)，王智.某電廠空冷系統(tǒng)的優(yōu)選分析[C].//第三屆全國(guó)火電空冷機(jī)組技術(shù)交流會(huì)論文集.2008：109-113.

[3]卜永東，楊立軍，杜小澤等.電站空冷技術(shù)[J].現(xiàn)代電力，2013，30（3）：69-79.