國(guó)產(chǎn)600MW直接空冷機(jī)組尖峰噴淋裝置對(duì)空冷島運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的分析與應(yīng)用

郝越

【摘 要】本文通過(guò)分析尖噴淋峰裝置對(duì)于空冷環(huán)境溫度的調(diào)節(jié)，提高夏季帶滿負(fù)荷小時(shí)數(shù)，穩(wěn)定機(jī)組在最佳狀態(tài)。從尖峰噴淋裝置的性能控制出發(fā)，確定了超臨界空冷機(jī)組實(shí)際運(yùn)行需對(duì)空冷凝汽器管束增加噴淋降溫系統(tǒng)，以求達(dá)到最熱季管束降溫、散熱的目的，增加發(fā)電效率。

【關(guān)鍵詞】超臨界；直接空冷系統(tǒng)；尖峰噴淋裝置

【Abstract】This article through the analysis pointed spray device for air cooling temperature peak regulation， improve the summer hours at full capacity， stable unit in the best state. Starting from rush spray device performance control， determine the supercritical air cooling unit operation need to air condensing steam condenser tube bundle increase spray cooling system， in order to achieve the purpose of hottest season bundle cooling， heat dissipation， increase the efficiency.

【Key words】Supercritical； Direct air cooling system； Rush spray device

0 前言

在我國(guó)這樣一個(gè)人均水資源低于世界平均水平的缺水國(guó)家發(fā)展坑口電站，采用空冷技術(shù)是解決水源短缺矛盾的較好方法。國(guó)內(nèi)目前投運(yùn)的600 MW空冷機(jī)組為數(shù)不多，對(duì)空冷機(jī)組空冷島處于最佳運(yùn)行方式進(jìn)行的研究，提高空冷機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)是目前十分迫切的問(wèn)題。

通過(guò)實(shí)際運(yùn)行需對(duì)空冷凝汽器管束增加噴淋降溫系統(tǒng)，以求達(dá)到最熱季管束降溫、散熱的目的，增加發(fā)電效率。本系統(tǒng)能夠彌補(bǔ)空氣環(huán)境溫度升高對(duì)管束散散熱的影響，避免了風(fēng)向、風(fēng)速變化后，在散熱器入口處形成的熱風(fēng)回流現(xiàn)象，有效控制了機(jī)組背壓的升高，徹底解決了炎熱夏季對(duì)直接空冷機(jī)組空冷島入口處空氣溫度的影響。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)、使用方便，降溫性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，在有效保證機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，降低了能耗、提高了經(jīng)濟(jì)效益。

1 超臨界直接空冷機(jī)組運(yùn)行發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

我單位為直接空冷機(jī)組，空冷裝機(jī)容量為2×600MW，主機(jī)凝汽裝置設(shè)計(jì)為直接空冷凝汽器，設(shè)備為GEA公司產(chǎn)品，可在空氣干球溫度30.4℃，環(huán)境風(fēng)速為4m/s，背壓不大于30kPa.a工況下保證汽輪發(fā)電機(jī)組功率為630MW長(zhǎng)期運(yùn)行，空冷凝汽器系統(tǒng)共8排7列配有56臺(tái)風(fēng)機(jī)，其中每排2、6列為逆流管束，散熱面積1492718m2。背壓受環(huán)境溫度影響較大，尤其是夏季環(huán)境溫度較高時(shí)機(jī)組背壓較高，機(jī)組最大出力受限，同時(shí)煤耗上升；空冷風(fēng)機(jī)出力加至最大，背壓下降不明顯，同時(shí)帶來(lái)空冷系統(tǒng)耗電量上升。

在夏季炎熱時(shí)段，采用尖峰噴淋夏季環(huán)境溫度比較高的情況下采用空冷尖峰冷卻裝置，向散熱器翅片表面噴霧狀水。尖峰冷卻系統(tǒng)是通過(guò)把水用噴嘴霧化，水霧噴到散熱器翅片，迅速汽化蒸發(fā)，而吸收汽化熱，從而降低散熱器翅片溫度。達(dá)到降低背壓，提高真空，增大發(fā)電負(fù)荷。

2 超臨界直接空冷機(jī)組尖峰噴淋裝置的介紹

尖峰噴淋裝置系統(tǒng)是通過(guò)把水用噴嘴霧化，水霧噴到散熱器翅片，迅速汽化蒸發(fā)，而吸收汽化熱，從而降低散熱器翅片溫度。達(dá)到降低背壓，提高真空，增大發(fā)電負(fù)荷。它形成的水珠直徑僅為微米級(jí)，因此它可以很快地蒸發(fā)，高溫時(shí)節(jié)快速蒸發(fā)的水珠司以使周圍環(huán)境下降10℃左右。

2.1 尖峰噴淋裝置的系統(tǒng)構(gòu)成

尖峰噴淋系統(tǒng)由噴嘴霧化裝置，控制裝置、自動(dòng)檢測(cè)及故障自動(dòng)排除裝置組成。

2.1.1 噴淋裝置主要是特型不銹鋼噴嘴及其安裝基座，綜合各種性能對(duì)比，彬長(zhǎng)國(guó)產(chǎn)600MW超臨界空冷機(jī)組采用美國(guó)噴霧公司（Spraying Systems Co.）生產(chǎn)的霧化噴嘴，具有如下優(yōu)點(diǎn)：1）流道設(shè)計(jì)合理，霧化效果好；2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于清洗和更換；3）內(nèi)流道斷面大且通暢，不易堵塞；4）材料耐磨損、腐蝕，使用壽命長(zhǎng)。該噴霧類型實(shí)質(zhì)是一個(gè)圓形液體環(huán)，是通過(guò)進(jìn)氣口與旋轉(zhuǎn)腔相切或通過(guò)一個(gè)緊靠嘴口上游的內(nèi)部開(kāi)槽葉片形成的，旋轉(zhuǎn)的液體在離開(kāi)噴嘴口時(shí)形成一個(gè)空心錐形形狀。

標(biāo)準(zhǔn)角度小流量空心錐形噴嘴噴霧角度40°～90°，不同壓力下的用水量不同。

霧化噴嘴，常用不銹鋼或銅作為主材料，銅本身耐磨性能指數(shù)不高，其噴口又處于長(zhǎng)期高壓高速水流的磨擦作用，久而久之，造成噴口變大變形，從而進(jìn)一步影響到霧化效果，只能不定期的全部更換，我們選用不銹鋼噴嘴，并且噴嘴口鑲嵌硬質(zhì)合金，這樣會(huì)大大提高噴嘴壽命和噴霧質(zhì)量。

2.1.2 尖峰噴淋裝置的控制裝置，采用PLC系統(tǒng)，內(nèi)設(shè)時(shí)間和程序控制?？筛鶕?jù)用戶的要求，對(duì)某個(gè)單元不噴霧，或根據(jù)氣溫調(diào)整噴霧冷卻單元，程序可預(yù)先設(shè)定，減少了人工操作和維護(hù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

2.1.3 自動(dòng)檢測(cè)及故障自動(dòng)排除裝置該裝置對(duì)投入運(yùn)行的設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視，故障顯示。可設(shè)定環(huán)境溫度高于某數(shù)值時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)系統(tǒng)。也可人工手動(dòng)控制系統(tǒng)。同時(shí)裝置顯示運(yùn)轉(zhuǎn)散熱器單元，及耗水量。風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)單元，自動(dòng)停止該單元噴霧，節(jié)約用水。對(duì)流程啟、停運(yùn)及設(shè)備故障信號(hào)可進(jìn)行報(bào)警。

2.2 尖峰噴淋裝置操作核心

2.2.1 噴淋就地控制柜是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心。兩臺(tái)機(jī)組共配一臺(tái)PLC程控箱，PLC程控箱由西門子PLC、擴(kuò)展模塊、接觸器、驅(qū)動(dòng)模塊、通訊模塊、信號(hào)采集模塊組成，結(jié)合先進(jìn)的人機(jī)界面控制，能實(shí)現(xiàn)空冷島噴淋降溫系統(tǒng)的靈活控制，實(shí)現(xiàn)按最優(yōu)設(shè)置進(jìn)行程序控制工作，滿足各種環(huán)境氣候的噴淋方案。

2.2.2 散熱器排列組合，散熱器排列選擇用于選擇需要噴淋的散熱器排列數(shù)。

手動(dòng)模式下，需要手動(dòng)指定每一排散熱器是否進(jìn)行噴淋工作。設(shè)置時(shí)，兩個(gè)機(jī)組的散熱器可以同時(shí)進(jìn)行設(shè)置，最多可以允許16列散熱器（全部散熱器）同時(shí)進(jìn)行噴淋。舉例說(shuō)明：如果需要同時(shí)噴淋1#機(jī)的10排、20排和40排、2#機(jī)的20排，那么在面板上需要將這幾排的按鈕全部都按一下。

全自動(dòng)模式下，系統(tǒng)根據(jù)水流量、水壓力兩個(gè)參數(shù)自動(dòng)控制噴淋工作。啟動(dòng)噴淋工作后，根據(jù)當(dāng)前水流量和水壓力來(lái)自動(dòng)配置，同時(shí)噴淋采取分時(shí)噴淋工作方式，在工作過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境水流及壓力，如果有富余再逐個(gè)增加同時(shí)噴淋的A型塔數(shù)量，如此循環(huán)。

3 超臨界直接空冷機(jī)組尖峰噴淋系統(tǒng)技術(shù)特色

尖峰噴淋系統(tǒng)能夠彌補(bǔ)空氣環(huán)境溫度升高對(duì)管束散散熱的影響，避免了風(fēng)向、風(fēng)速變化后，在散熱器入口處形成的熱風(fēng)回流現(xiàn)象，有效控制了機(jī)組背壓的升高，徹底解決了炎熱夏季對(duì)直接空冷機(jī)組空冷島入口處空氣溫度的影響。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)、使用方便，降溫性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。

3.1 采用間接噴霧冷卻降溫方式，極大地降低了除鹽水的浪費(fèi)率，噴射出去霧化后的除鹽水高達(dá)98%都能到達(dá)空冷管束表面參與熱交換，在系統(tǒng)工作時(shí)，空冷島下方能保持相對(duì)干燥，對(duì)空冷島下方主要設(shè)備沒(méi)有任何影響，無(wú)需對(duì)相關(guān)設(shè)備作防淋處理。

3.2 降低了除鹽水使用量，使得同樣多的除鹽水同時(shí)噴淋的A型塔列數(shù)成倍增加，顯著提高冷卻降溫效率。

3.3 配置多種傳感器：在噴淋水泵出口處設(shè)置流量傳感器和壓力傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)工作全方位監(jiān)控和保護(hù)，達(dá)到全自動(dòng)智能化控制要求。

3.4 向空氣中噴射完全霧化的水汽，通過(guò)風(fēng)機(jī)送至空冷管束，快速吸收空冷管束表面的熱量并向空氣中散發(fā)，達(dá)到快速間接噴淋降溫效果。

3.5 系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)可編程（可設(shè)置）循環(huán)噴淋方式與系統(tǒng)全自動(dòng)控制噴淋降溫方案相結(jié)合，降低了電廠除鹽水的處理要求，提高了系統(tǒng)工作的靈活性。

3.6 系統(tǒng)正常運(yùn)行后，可使背壓降低5～10Kpa。

4 超臨界直接空冷機(jī)組尖峰噴淋裝置噴淋應(yīng)用效果

4.1 超臨界直接空冷機(jī)組尖峰噴淋裝置運(yùn)行前準(zhǔn)備

自動(dòng)噴淋系統(tǒng)采用除鹽水作為工作介質(zhì)。使用除鹽水時(shí)，必須保證儲(chǔ)水罐的儲(chǔ)水容量足夠，才能進(jìn)行噴淋工作。如果除鹽水水量不夠的情況下進(jìn)行噴淋，不僅噴淋的霧化效果不好，導(dǎo)致散熱器的降溫收到限制，而且嚴(yán)重時(shí)有可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)發(fā)電機(jī)組停機(jī)。因此，運(yùn)行前必須檢查除鹽水的儲(chǔ)水量。

工作時(shí)，除鹽水通過(guò)入口管道連接到高壓泵，然后高壓泵啟動(dòng)運(yùn)行之后，會(huì)將除鹽水輸送到空冷島平臺(tái)，通過(guò)電動(dòng)閥門進(jìn)入各個(gè)噴嘴，從噴嘴噴出霧化后的除鹽水，實(shí)現(xiàn)噴淋降溫。

4.2 超臨界空冷機(jī)組尖峰噴淋裝置投運(yùn)

4.2.1 尖峰冷卻系統(tǒng)當(dāng)背壓大于24Kpa，投運(yùn)空冷噴淋系統(tǒng)，當(dāng)背壓小于20Kpa時(shí)停運(yùn)噴淋系統(tǒng)。

4.2.2 單機(jī)負(fù)荷500MW以上，環(huán)境溫度28℃以上時(shí)投運(yùn)空冷噴淋系統(tǒng)。

4.3 采用尖峰噴淋裝置帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)性分析結(jié)果：

表1 尖峰噴淋前后背壓對(duì)比

1）1、2對(duì)比，相同負(fù)荷、環(huán)境溫度、風(fēng)機(jī)頻率下利用尖峰噴淋系統(tǒng)對(duì)散熱面進(jìn)行噴淋可以使背壓下降3.52Kpa，3、4對(duì)比，背壓下降2.73Kpa。噴淋前后背壓對(duì)比見(jiàn)表1。

2）根據(jù)西安熱工院及相關(guān)電廠提供資料，600MW 機(jī)組額定運(yùn)行工況，背壓每降低1 KPa，供電煤耗降低0.8%，供電煤耗321.8g/Kwh，每年5-10月份進(jìn)行噴淋，每天運(yùn)行8小時(shí)，以600MW時(shí)為例可多發(fā)電量計(jì)算如下：

？駐W=Pt（1）

？駐W=60×3.52×0.8%×8×30×6=2433萬(wàn)Kwh（2）

除去每月化學(xué)制水消耗電量（以8萬(wàn)Kwh每月計(jì)算）48萬(wàn)Kwh，每年利用尖峰噴淋系統(tǒng)可節(jié)省電量2385萬(wàn)Kwh。

據(jù)統(tǒng)計(jì)我廠彬長(zhǎng)發(fā)電空冷島耗電量年累計(jì)量高達(dá)0.56%，最高時(shí)占我廠廠用電約17%的比例。由于我國(guó)電網(wǎng)缺乏調(diào)峰容量，夏季電負(fù)荷緊張，電網(wǎng)要求空冷機(jī)組夏季需帶滿負(fù)荷且年不滿發(fā)小時(shí)數(shù)越少越好。

5 結(jié)論

5.1 尖峰裝置運(yùn)行停止后，如果是處于夏天，那么不需要進(jìn)行特別的操作處理。但是如果在夏季過(guò)后，噴淋降溫系統(tǒng)不再使用，為保證系統(tǒng)在冬季不被凍壞，應(yīng)做好冬季防凍隔離措施。

5.2 夏季，對(duì)空冷器的清潔必須重視，每次停機(jī)時(shí)，要對(duì)散熱器單元內(nèi)部徹底的清洗，外部的清洗連續(xù)不間斷進(jìn)行。

5.3 噴嘴故障包括

（1）不噴水

可能原因：噴嘴堵塞；離心水泵無(wú)進(jìn)水；電動(dòng)球閥或手動(dòng)球閥未開(kāi)。

解決方法：清理噴嘴或更換；檢查離心水泵進(jìn)水；檢查電動(dòng)球閥或手動(dòng)球閥，進(jìn)行正確調(diào)整。

（2）霧化效果差

可能原因：噴嘴損壞；離心水泵出水壓力??；電動(dòng)球閥或手動(dòng)球閥未全開(kāi)。

解決方法：更換噴嘴；檢查離心水泵，并調(diào)整離心水泵；檢查電動(dòng)球閥或手動(dòng)球閥，進(jìn)行正確調(diào)整。

5.4 當(dāng)尖峰噴淋系統(tǒng)正常運(yùn)行后，會(huì)不斷判斷各個(gè)電氣零部件的工作狀態(tài)。如果發(fā)生異常狀態(tài)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)發(fā)生報(bào)警信號(hào)后，不會(huì)停止系統(tǒng)的工作，需要操作人員及時(shí)停止系統(tǒng)工作。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]