空冷機(jī)組輔機(jī)水冷卻系統(tǒng)優(yōu)化探討

李 博,王 威,劉 剛

(1.哈爾濱電站工程有限責(zé)任公司,黑龍江 哈爾濱 150040;2.東北電力設(shè)計(jì)院,吉林長(zhǎng)春 130021;3.中慶燃?xì)獾览锏谒臓I(yíng)業(yè)分公司,黑龍江哈爾濱 150010)

空冷機(jī)組輔機(jī)水冷卻系統(tǒng)優(yōu)化探討

李 博1,王 威2,劉 剛3

(1.哈爾濱電站工程有限責(zé)任公司,黑龍江 哈爾濱 150040;2.東北電力設(shè)計(jì)院,吉林長(zhǎng)春 130021;3.中慶燃?xì)獾览锏谒臓I(yíng)業(yè)分公司,黑龍江哈爾濱 150010)

以東北某電廠 2臺(tái) 600MW燃煤機(jī)組為例,對(duì)輔機(jī)冷卻設(shè)施采用濕式空冷器、自然通風(fēng)冷卻塔或機(jī)械通風(fēng)冷卻塔進(jìn)行了分析計(jì)算,對(duì)寒冷地區(qū)的火電廠冬季結(jié)冰影響冷卻設(shè)施壽命和機(jī)組運(yùn)行安全加以分析,對(duì)其他工程的輔機(jī)冷卻水設(shè)計(jì)具有參考作用。

輔機(jī);冷卻水系統(tǒng);自然通風(fēng)冷卻塔;機(jī)械通風(fēng)冷卻塔;濕式空冷器

由于電廠汽輪機(jī)凝汽設(shè)備冷卻系統(tǒng)采用濕冷系統(tǒng)需水量較大,大多數(shù)廠址所在地區(qū)地表水缺乏,按照國(guó)家在富煤缺水地區(qū)規(guī)劃火電廠積極推廣應(yīng)用空冷技術(shù)的要求,新建機(jī)組主機(jī)可采用直接空冷系統(tǒng),輔機(jī)冷卻水系統(tǒng)采用濕式冷卻塔的循環(huán)供水系統(tǒng)?？绽錂C(jī)組的輔機(jī)冷卻水冷卻設(shè)備,可以選用自然通風(fēng)或輔機(jī)機(jī)械通風(fēng)空冷系統(tǒng)方案(濕式空冷器)、機(jī)械通風(fēng)冷卻塔或自然通風(fēng)冷卻塔。濕式空冷器的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)水,其管外換熱系數(shù)可比干式空冷器提高 l～3倍,由于顯熱交換、潛熱交換同時(shí)存在,使空冷器的換熱效果有明顯改善,尤其是在炎熱的夏季,環(huán)境氣溫較高時(shí),應(yīng)用濕式空冷器就更為有利;機(jī)械通風(fēng)冷卻塔的優(yōu)點(diǎn)是體積小,投資少,占地面積小,施工安裝便捷,并能適應(yīng)氣候變化,調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)運(yùn)行速度,以防止凍冰;自然通風(fēng)冷卻塔的優(yōu)點(diǎn)是沒有電耗,機(jī)械維護(hù)工作量小,運(yùn)行方便,冬季可以用擋風(fēng)板防凍。

1 空冷技術(shù)在輔機(jī)冷卻系統(tǒng)的應(yīng)用

空冷系統(tǒng)也稱為干式冷卻系統(tǒng),目前國(guó)際、國(guó)內(nèi)得到實(shí)際應(yīng)用的電站空冷系統(tǒng)共有三種:a.直接空冷系統(tǒng)(又稱 GEA系統(tǒng)或 ACC);b.采用混合式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)(又稱海勒系統(tǒng));c.采用表面式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)(又稱哈蒙系統(tǒng))。上述 b、c項(xiàng)又稱間接空冷系統(tǒng),與常規(guī)濕式冷卻方式(簡(jiǎn)稱濕冷系統(tǒng))的主要區(qū)別是,汽輪機(jī)排汽(直冷方式)或受熱后的冷卻水(間冷方式)通過散熱器與空氣進(jìn)行熱交換,避免了循環(huán)冷卻水在濕冷塔中直接與空氣接觸所帶來的蒸發(fā)、風(fēng)吹損失以及排污損失。

直接空冷系統(tǒng)是指汽輪機(jī)的排汽直接用空氣來冷凝,空氣與蒸汽間進(jìn)行熱交換,對(duì)于輔機(jī)冷卻系統(tǒng)不適用(汽動(dòng)給水泵小汽機(jī)空冷系統(tǒng)除外)。而間接空冷系統(tǒng),如自然通風(fēng)空冷塔作為輔機(jī)冷卻系統(tǒng)的冷卻設(shè)備,是輔機(jī)空氣冷卻系統(tǒng)的一種形式,這種空冷塔占地大,初投資高,防凍渡夏能力均不高,因此不推薦采用這種形式。目前,另外一種采用機(jī)械通風(fēng)的空冷塔也可作為輔機(jī)冷卻系統(tǒng)的冷卻設(shè)備。

在夏季炎熱干旱、相對(duì)濕度又較小而又比較缺水的地區(qū),輔機(jī)冷卻系統(tǒng)可以采用機(jī)械通風(fēng)的空冷系統(tǒng),但對(duì)于輔機(jī)冷卻系統(tǒng)采用干式冷卻器的電站,由于夏季空氣溫度較高,即使增加空冷器的傳熱面積,也不可能將冷卻介質(zhì)的溫度冷卻到所要求的數(shù)值。為解決此問題,出現(xiàn)了在炎熱干旱地區(qū)使用的噴濕式空冷器。

噴濕式空冷器工作特點(diǎn)是在空冷器的入口處,隨同空氣流,將霧化的水直接噴灑在翅片管的外表面上,使含有水霧的空氣流通過翅片管與管內(nèi)熱流體進(jìn)行換熱。

2 冷卻設(shè)施運(yùn)行靈活性比較

機(jī)械通風(fēng)空冷系統(tǒng)方案,選用 80臺(tái)空冷器分 8列布置,每列 10臺(tái),兩列排在一起,中間留 5m寬走道,占地 55m×60m,每臺(tái)空冷器配套 1部風(fēng)機(jī),風(fēng)機(jī)的電機(jī)功率為 37 kW?？绽淦靼绽淦鞴苁?、風(fēng)機(jī)、電機(jī)、減速機(jī)及支撐鋼結(jié)構(gòu)。可通過調(diào)節(jié)運(yùn)行臺(tái)數(shù)滿足不同季節(jié)、不同工況的需要,運(yùn)行較為靈活,但操作復(fù)雜。

自然通風(fēng)冷卻塔,若采用一機(jī)一塔方案,輔機(jī)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行較為靈活,冬季可采用僅塔外圍配水或兩個(gè)塔一停一運(yùn),兩塔之間設(shè)置了連通溝,以滿足冬季可能出現(xiàn)的一塔配水運(yùn)行,另一塔池內(nèi)過水(不上塔)的工況。自然通風(fēng)冷卻塔,若采用兩機(jī)一塔方案,則冬季只能采用停止塔內(nèi)圍配水,僅對(duì)外圍配水,以增加外圍淋水密度的方式防止塔內(nèi)結(jié)冰。

機(jī)械通風(fēng)冷卻塔,若采用兩段塔方案,輔機(jī)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行就較為靈活,可通過控制冷卻塔運(yùn)行段數(shù)滿足不同季節(jié)、不同工況的需要。機(jī)械通風(fēng)冷卻塔,若采用三段塔方案,輔機(jī)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行更為靈活,可通過控制冷卻塔運(yùn)行段數(shù)滿足不同季節(jié)、不同工況的需要。

3 冷卻設(shè)施維修對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響

若采用機(jī)械通風(fēng)空冷系統(tǒng)方案,檢修可在氣溫不高的春、秋季節(jié)某段停運(yùn)期間進(jìn)行,或配合主機(jī)大修期進(jìn)行。

若選用濕式冷卻塔方案,寒冷地區(qū)冷卻塔普遍存在塔壁及淋水裝置架構(gòu)混凝土凍脹危害,以及塔內(nèi)壁防水涂料剝落。當(dāng)冷卻塔內(nèi)壁檢修時(shí),需將塔內(nèi)填料、除水器及塑料配水管等構(gòu)件移出,冷卻塔需停運(yùn)。檢修和更換淋水填料時(shí),冷卻塔需停運(yùn)。

冷卻塔的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受汽、水侵蝕和凍融破壞是冷卻塔損壞的主要原因。

冷卻塔的筒壁、配水槽、淋水裝置架構(gòu)等混凝土結(jié)構(gòu)物,常年處于蒸汽和水的侵蝕條件下,其中的筒壁和配水槽屬薄壁構(gòu)件,受汽、水侵蝕,混凝土材料中的膠結(jié)料 -氫氧化鈣和硅鋁酸鈣漸漸被溶蝕出來,在混凝土表面滲出,形成白色的漿液。寒冷地區(qū)的冷卻塔普遍存在塔筒和淋水裝置支柱、塔筒人字柱以及貯水池上緣混凝土凍脹問題。冷卻塔運(yùn)行 15～20 a后,就要對(duì)塔殼體內(nèi)外壁局部或較大面積進(jìn)行定期的維修。通常的維修方法是先將酥化松動(dòng)的表皮混凝土剝落,然后噴高強(qiáng)度水泥砂漿補(bǔ)強(qiáng)。為了防止維修內(nèi)壁時(shí)敲落的混凝土塊砸壞配水系統(tǒng)及填料,逆流塔需停止運(yùn)行并將塔內(nèi)的配水管、除水器和淋水填料暫時(shí)拆除運(yùn)至塔外;橫流塔由于塔筒在淋水填料內(nèi)側(cè),塔筒檢修對(duì)淋水裝置和配水系統(tǒng)均無影響。此項(xiàng)維修工作通常在暖季進(jìn)行,視塔筒大小及維修面積的大小,通常需30～60 d才能完成維修工作。

除上述殼體內(nèi)壁混凝土表面大修外,殼體內(nèi)壁的防水涂料通常 5～7 a也需要全面更換 1次。淋水填料支柱和貯水池內(nèi)壁的混凝土大修需放空水池。淋水填料 10～15 a需進(jìn)行更換,逆流塔的以上各項(xiàng)大修都需要停塔。如果兩機(jī)一塔,并采用逆流塔方案,則以上各項(xiàng)大修需同時(shí)停運(yùn) 2臺(tái)機(jī)組,且時(shí)間長(zhǎng)達(dá) 30～60 d甚至更長(zhǎng),對(duì)電廠的發(fā)電效益影響甚大。

若采用多段機(jī)械通風(fēng)冷卻塔,由于機(jī)械通風(fēng)冷卻塔的檢修工作量較小,工期短則檢修可在氣溫不高的春、秋季節(jié),其中某段停運(yùn)期間進(jìn)行,或配合主機(jī)大修期進(jìn)行。

4 冷卻設(shè)施的冬季防凍問題

寒冷地區(qū)的火電廠,冷卻設(shè)施冬季結(jié)冰是影響冷卻設(shè)施壽命和機(jī)組運(yùn)行安全的問題之一。

4.1 機(jī)械通風(fēng)空冷系統(tǒng)方案

輔機(jī)空冷系統(tǒng)在技術(shù)理論和實(shí)際應(yīng)用中也是成熟的,所有配套設(shè)備均可以國(guó)產(chǎn)化,而且這些設(shè)備在伊朗、伊拉克等中東國(guó)家的電站中有實(shí)際應(yīng)用的例子,夏季高溫渡夏應(yīng)該是沒有問題的,但在冬季防凍的問題上,還需進(jìn)一步研究。

4.2 自然通風(fēng)冷卻塔方案

冬季由于氣溫低、冷卻水溫低,如果采用 1臺(tái)機(jī)配 1座逆流式自然通風(fēng)冷卻塔,嚴(yán)寒冬季采取一些相應(yīng)的防凍措施可基本保持冷卻塔不結(jié)冰。如果采用兩機(jī)一塔,即便采取一些常規(guī)的防凍措施,也難保證塔內(nèi)不結(jié)冰。因此,從冷卻塔冬季防冰凍角度,北方嚴(yán)寒地區(qū)也不宜采用 2臺(tái)機(jī)組配 1座逆流式自然通風(fēng)冷卻塔。

4.3 機(jī)械通風(fēng)冷卻塔方案

針對(duì)該地區(qū)所處地理位置及氣候條件,冷卻塔在冬季運(yùn)行中存在一定的冰凍隱患,機(jī)械通風(fēng)冷卻塔采取以下措施避免該現(xiàn)象的發(fā)生:

a.根據(jù)環(huán)境氣溫變化可停運(yùn) 1個(gè)塔,或停運(yùn)其中 1個(gè)至全部風(fēng)機(jī),嚴(yán)寒季節(jié)按自然塔方式進(jìn)行既可防凍,又節(jié)約廠用電。

b.在塔壁板內(nèi)側(cè)設(shè)置擋水板,盡量減少塔壁流量。

c.加設(shè)防凍管。

d.設(shè)計(jì)中配水系統(tǒng)主管及支管下部裝有噴頭以防止停車時(shí)管道積水和運(yùn)行時(shí)管道污泥沉淀。

e.冷卻塔的上水管亦設(shè)有放空閥門和旁通管。

5 投資及運(yùn)行費(fèi)用比較

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的優(yōu)化計(jì)算采用年費(fèi)用最小法,在技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案比較中,冷卻設(shè)施征地單價(jià)按67.4元 /m2,發(fā)電成本按 0.19元/(kW?h),自然通風(fēng)冷卻塔按 3 800元/m2,機(jī)械通風(fēng)冷卻塔按實(shí)際發(fā)生的設(shè)備和混凝土量計(jì)算,投資年分?jǐn)偣潭ㄙM(fèi)率按16%計(jì)算,電廠機(jī)組的年利用小時(shí)數(shù)按 5 000 h計(jì)算(年運(yùn)行小時(shí)數(shù)按 7 300 h計(jì)算),冷卻設(shè)施不同配置的比較結(jié)果見表 1。

表1 冷卻設(shè)施不同配置的比較分析

6 結(jié)論

a.輔機(jī)空冷系統(tǒng)在技術(shù)理論是成熟的,所有配套設(shè)備均已國(guó)產(chǎn)化,并已有實(shí)際應(yīng)用,夏季高溫渡夏是沒有問題的,但在冬季防凍的問題上,還需進(jìn)一步研究。另外,輔機(jī)空冷系統(tǒng)在北方地區(qū)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)少,能節(jié)省一部分水,但投資高,不推薦采用。

b.機(jī)械通風(fēng)冷卻塔的優(yōu)點(diǎn)是體積小、投資少、占地面積小,施工安裝便捷,并能適應(yīng)氣候變化,調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)運(yùn)行速度和運(yùn)行格數(shù),以防止凍冰;自然通風(fēng)冷卻塔的優(yōu)點(diǎn)是沒有電耗,機(jī)械維護(hù)工作量小,運(yùn)行方便,冬季可以用擋風(fēng)板防凍。本期工程從投資、占地、運(yùn)行費(fèi)、維修費(fèi)、運(yùn)行穩(wěn)定性及廠區(qū)總布置等方面綜合分析,推薦采用 2臺(tái)機(jī)組配置兩段7.0m風(fēng)機(jī)的機(jī)械逆流式冷卻塔,每臺(tái)風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)功率為 90 kW。

c.寒冷地區(qū)的火電廠,冷卻塔冬季結(jié)冰是影響冷卻塔壽命和機(jī)組運(yùn)行安全的問題之一,應(yīng)予以重視。應(yīng)采取在塔壁板內(nèi)側(cè)設(shè)置擋水板、加設(shè)防凍管、在冷卻塔上水管設(shè)置放空閥門和旁通管等必要措施防止冷卻塔冬季結(jié)冰。

[1] 張文斌.電力工程水務(wù)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2005.

[2] 許保玖.給水處理理論[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2000.

[3] 江乃昌.水泵及水泵站[M].北京:中國(guó)出版建筑工業(yè)出版社,1998.

Discussion on the optim ization of auxiliary water-cooling system of the air-cooling unit

LIBo1,WANG Wei2,LIU Gang3
(1.Harbin Power Engineering Company Lim ited,Harbin 150040,China 2.Northeast Institution of Electric Power Design,Changchun 130021,China;3.No.4Daoli Business Subsidiary of Zhongqing Gas Co.,Ltd,Harbin 150010,China)

Based on the two 600 MW coal-fired units in a power plant in the northeast,this paper analyzes and calculates the wetair cooler,the natural draft cooling tower or the mechanical draft cooling tower adop ted by the auxiliary.The life span and operation security of the cooling equipmentwhich is influenced by ice in winter of cold area are analyzed,which provides reference for the design of auxiliary water-cooling system for other projects.

auxiliary;water-cooling system;natural draft cooling tower;mechanical draft cooling tower,westair cooler

TK264.1

A

1002-1663(2010)01-0028-03

2009-10-19

李博(1978-),女,畢業(yè)于東北林業(yè)大學(xué),助理工程師。

(責(zé)任編輯 李世杰)