直接空冷凝汽器尖峰冷卻系統(tǒng)的應用

曹永軍，王云峰，郝金花

（1.武鄉(xiāng)西山發(fā)電有限責任公司，山西 武鄉(xiāng) 046300；2.河北興泰發(fā)電有限責任公司，河北 邢臺 054800）

直接空冷凝汽器尖峰冷卻系統(tǒng)的應用

曹永軍1，王云峰1，郝金花2

（1.武鄉(xiāng)西山發(fā)電有限責任公司，山西 武鄉(xiāng) 046300；2.河北興泰發(fā)電有限責任公司，河北 邢臺 054800）

由于直接空冷機組在迎峰度夏過程中普遍存在排汽壓力大幅偏離設計值，不利于機組的安全、經(jīng)濟運行，分析了某電廠夏季設計排汽壓力與實際數(shù)據(jù)，通過在現(xiàn)有直接空冷系統(tǒng)加裝尖峰冷卻裝置，能有效地解決機組在夏季排汽壓力過高和全廠煤耗大的問題，值得其他同類型電廠借鑒。

直接空冷系統(tǒng)；尖峰冷卻裝置；運行排汽壓力；經(jīng)濟性

某電廠安裝2臺國產(chǎn)引進型600MW燃煤汽輪機發(fā)電機組，采用直接空冷系統(tǒng)。汽輪機型號為NZK600-16.7/538/538，是亞臨界，沖動反動聯(lián)合式、一次中間再熱、單軸、三缸（高中壓缸和兩個低壓缸）四排汽直接空冷凝汽式汽輪機?？绽淠鞑贾迷谄啓C房A列外，空冷凝汽器采用三排管結(jié)構(gòu)，散熱面積為1 379 591m2，經(jīng)空冷凝汽器凝結(jié)成的水、排汽管道系統(tǒng)的疏水通過凝結(jié)水管道收集進入汽輪機排汽聯(lián)合裝置。

1 改造的必要性

該電廠是2007年投產(chǎn)的2×600MW級直接空冷燃煤機組，依據(jù)當時、當?shù)氐拿簝r：150～200元/t，成本電價：0.22元/（kW·h） 而確定的機組設計排汽壓力值，選定空冷散熱器面積為137.96m2/單元機組。2007投產(chǎn)后的第一個夏季，受環(huán)境溫度影響，機組帶負荷能力受到限制。為此，2007年6月、8月對2臺600MW機組增設空冷噴淋水系統(tǒng)。雖緩解了因環(huán)境溫度高帶負荷的問題，但因為運行排汽壓力經(jīng)常高于35 kPa，偏離設計值（15 kPa） 很多，嚴重影響機組運行的安全和經(jīng)濟性。由于空冷噴淋使用的是化學除鹽水，除鹽制水設備每天制水量僅有3 600～3 800 t/h，雙機空冷噴淋用水全部投運每天需要4 100 t/h左右，因此只能部分投運空冷噴淋系統(tǒng)。當環(huán)境溫度高達36℃以上時，機組只能帶450～490MW負荷，排汽壓力高達35 kPa以上。

近幾年，由于煤價的持續(xù)走高，氣候逐漸轉(zhuǎn)暖，直接空冷機組的設計排汽壓力取值也在逐年下降，特別是機組夏季運行排汽壓力高，煤耗大，見表1。

表1 改造前夏季排汽壓力情況

通過與全年平均值比較，夏季排汽壓力平均值高于全年平均值4.4 kPa左右，按每1 kPa影響煤耗1.25 g/（kW·h）計算，夏季三個月排汽壓力影響煤耗升高約5.5 g/（kW·h），折合到全年影響煤耗約1.38 g/（kW·h），見表 2。

表2 改造前夏季排汽壓力影響煤耗情況

在極端天氣下，機組排汽壓力對機組經(jīng)濟性的影響更大，見表3。當環(huán)境溫度接近30℃時，負荷在430MW以上，機組排汽壓力已偏離設計工況。隨著溫度的升高，每增加10MW負荷，機組排汽壓力上升0.76 kPa左右，影響煤耗升高0.95 g/（kW·h）；當環(huán)境溫度達36℃以上時，不僅機組經(jīng)濟性變差，而且嚴重威脅機組的安全穩(wěn)定運行。

表3 極端天氣下運行參數(shù)

通過對機組投產(chǎn)后夏季排汽壓力數(shù)據(jù)的分析，本著節(jié)能降耗的原則，有必要對空冷散熱系統(tǒng)進行改造，以期達到降低機組的夏季運行排汽壓力，減少發(fā)電煤耗，降低機組運行成本的目的。

2 直接空冷散熱改造方案的選擇

為了降低機組的夏季排汽壓力，必須增加冷端的散熱能力，由此可采用以下三種方式：增加現(xiàn)有直接空冷系統(tǒng)的散熱器面積；分流部分蒸汽采用表凝式間接空冷；分流部分蒸汽采用濕式尖峰冷卻器系統(tǒng)。

2.1 增加現(xiàn)有直接空冷系統(tǒng)的散熱器面積

增加現(xiàn)有直接空冷系統(tǒng)的散熱器面積方案，即增加風機單元，可單獨增加一列或幾列，也可在原有的每列風機單元上再增加風機單元，達到增加散熱面積的目的。增大了空冷系統(tǒng)的散熱量，降低夏季滿發(fā)排汽壓力，減少煤耗。

直接空冷是將汽輪機排出的乏汽，通過管道送入空冷凝汽器的鋼制散熱器中，由環(huán)境空氣直接將其冷卻為凝結(jié)水，減少常規(guī)二次換熱所需要的中間冷卻介質(zhì)，換熱溫差大，效果好；但存在以下幾個缺點：影響母線的出線和平臺下設施設備的布置，需要重新核算空冷平臺結(jié)構(gòu)，施工難度大等。

2.2 分流部分蒸汽采用表凝式間接空冷

分流部分蒸汽采用表凝式間接空冷方案，就是從目前的直接空冷系統(tǒng)中分流一部分蒸汽，再通過表面式凝汽器用循環(huán)冷卻水冷凝為凝結(jié)水，由凝結(jié)水泵送回汽輪機回熱系統(tǒng)。溫度升高的冷卻水經(jīng)循環(huán)水泵送入自然通風塔，在空冷散熱器中與空氣對流換熱，冷卻后的循環(huán)水再送回到表面式凝汽器中冷卻汽輪機排汽，完成一個閉路循環(huán)。間接空冷的方案占地多、系統(tǒng)投資大，實現(xiàn)難度較大。

2.3 分流部分蒸汽采用濕式尖峰冷卻器系統(tǒng)

濕式尖峰冷卻系統(tǒng)的工藝流程和表面式間接空冷基本相似，也是從直接空冷系統(tǒng)中分流一部分蒸汽，再通過表面式凝汽器用循環(huán)冷卻水冷凝為凝結(jié)水，由凝結(jié)水泵送回汽輪機回熱系統(tǒng)。溫度升高的冷卻水經(jīng)循環(huán)水泵送入濕式機力通風冷卻塔將其冷卻[1]。與前兩種改造方案相比較，濕式尖峰冷卻器系統(tǒng)需要增設凝汽器、機力通風塔等設施和設備，投入成本較低，且占地也不大。同時，該改造方案只是在夏季高溫時段使用，冬季和春、秋季時原有的直接空冷系統(tǒng)可以滿足要求。因此，濕式尖峰冷卻方案是切實可行的。

3 尖峰冷卻系統(tǒng)改造方案

根據(jù)電廠排汽管道、空冷平臺下的布置，確定新增設備及管道均布置在空冷平臺下，1號機組凝汽器及循環(huán)冷卻水坑布置在空冷平臺下檢修油箱旁固定端側(cè)，2號機組凝汽器及循環(huán)冷卻水坑布置在空冷平臺下主變壓器旁固定端側(cè)。根據(jù)哈爾濱汽輪機廠有限責任公司提供的曲線經(jīng)核算，從空冷排汽管道上抽出175 t/h左右的蒸汽至新增凝汽器內(nèi)冷卻，循環(huán)冷卻水量約6 000 t/h，將循環(huán)水冷卻水溫度由33℃升至48℃，設計排汽壓力27 kPa。

尖峰冷卻系統(tǒng)包含如下幾個系統(tǒng)：循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、膠球清洗系統(tǒng)，增加凝汽器、膠球清洗裝置等設備。

蒸汽系統(tǒng)：對2臺機組，在原有的兩根DN6000的豎直大排汽管道上各接出一根DN800管道，然后匯合成DN2400的管道，接到凝汽器入口。在管道上設有膨脹節(jié)和電動蝶閥，膨脹節(jié)用以吸收管道的橫向和軸向等位移；電動蝶閥在夏季機組運行排汽壓力高時，打開閥門使一部分蒸汽流至凝汽器進行冷卻，緩解直接空冷散熱器的壓力，達到降低排汽壓力的目的。春、秋、冬季機組運行排汽壓力低時，關(guān)閉閥門，使全部排汽通過直接空冷散熱器冷卻。

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)：設置2根φ920mm的循環(huán)冷卻水供水母管至凝汽器，冷卻蒸汽后經(jīng)2根φ920mm的回水管道接至尖峰冷卻器。

凝結(jié)水系統(tǒng)：排汽通過凝汽器冷卻后的凝結(jié)水自流回至主廠房0m層的排汽裝置，與直接空冷散熱器冷卻后的凝結(jié)水混合后進入凝結(jié)水系統(tǒng)。

抽真空系統(tǒng)：將凝汽器內(nèi)的不凝結(jié)蒸汽和漏入的空氣抽出接至主廠房內(nèi)抽真空管道或就近的空冷平臺抽真空管道上，以維持凝汽器的真空。

4 改造后的效果

尖峰冷卻裝置正式運行后，機組排汽壓力顯著降低，有效解決了直接空冷機組過夏帶不滿負荷與高排汽壓力運行不經(jīng)濟的問題[2]。

同等條件下1號、2號機尖峰冷卻裝置安裝前后排汽壓力對比見表4、表5、表6、表7。

表4 1號機組未投噴淋系統(tǒng)的條件下尖峰投運前后數(shù)據(jù)對比

表5 1號機組投噴淋系統(tǒng)的條件下尖峰投運前后數(shù)據(jù)對比

表6 2號機組未投噴淋系統(tǒng)的條件下尖峰投運前后數(shù)據(jù)對比

表7 2號機組投噴淋系統(tǒng)的條件下尖峰投運前后數(shù)據(jù)對比

通過數(shù)據(jù)對比，1號機排汽壓力降低平均值為3.17 kPa，2號機排汽壓力降低平均值為3.43 kPa。2臺機組排汽壓力降低平均為3.3 kPa。按照排汽壓力降低1 kPa可降低煤耗約1.25 g/（kW·h）計算，單臺機組可降低煤耗約1.25×3.3＝4.125 g/（kW·h），節(jié)能降耗效果十分明顯。

［1］ 陳繼軍，尹海宇，郭民臣.發(fā)電廠空冷系統(tǒng)尖峰冷卻噴水降溫過程的分析［J］.現(xiàn)代電力，2010，27（3）：57-59.

［2］ 馬慶中，張龍英.直接空冷凝結(jié)器尖峰冷卻系統(tǒng)的研究與應用［J］.山西電力，2007（增刊）：55-57.

App lication of Aiguille Cooling System in Direct Air-cooling Condenser

CAO Yong-jun1，WANG Yun-feng1，HAO Jin-hua2
（1.W uxiang Xishan Power Generation Co.，Ltd.，Wuxiang，Shanxi 046300，China；2.Hebei Xingtai Power Generation Co.，Ltd.，Xingtai，Hebei 054800，China）

Since steam exhausting pressure of direct air cooling unit substantially deviated from designed value，which is of disadvantage to safe and economic operation of the unit.The actualdataand designed data ofsteam exhausting pressureofa power plant in summer were analysed.Through installing aiguille cooling device on the present direct air cooling system，the problems of high steam exhausting pressure in summerand higher coal consumption can be resolved，which isuseful for the similar power plants to learn lessons from.

directair-cooling system；aiguille cooling device；steam exhausting pressure；economy

TK264.1

B

1671-0320（2014）03-0057-03

2014-01-20，

2014-04-02

曹永軍（1972-），男，山西太谷人，1994年畢業(yè)于太原高等電力?？茖W校熱能動力專業(yè)，工程師，高級技師，從事發(fā)電廠運行管理工作；

王云峰（1982-），男，山西嵐縣人，2005年畢業(yè)于中北大學計算機科學與技術(shù)專業(yè)，工程師，從事電廠運行管理工作；

郝金花（1983-），女，河北邢臺人，2008年畢業(yè)于華北電力大學電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，工程師，從事發(fā)電廠熱控檢修技術(shù)管理工作。