機(jī)械通風(fēng)間冷塔在電廠中的應(yīng)用

摘 要：本文以山西新建某2×330MW煤矸石電廠為例，就機(jī)械通風(fēng)間冷塔系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)、運(yùn)行可靠性進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析介紹。結(jié)果表明在主機(jī)采用直接空冷火力發(fā)電廠，給水泵汽輪機(jī)采用機(jī)械通風(fēng)間冷塔在技術(shù)上是可行的，為我國(guó)以后主機(jī)采用直接空冷發(fā)電廠，給水泵汽輪機(jī)冷卻方式的選擇上提供了一條新的選擇路徑。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電 機(jī)械通風(fēng) 間接空冷 節(jié)水

中圖分類號(hào)：TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）10（a）-0124-02

我國(guó)富煤地區(qū)（如晉北、內(nèi)蒙地區(qū)）由于水資源相當(dāng)匱乏嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)仉娏I(yè)的發(fā)展。隨著發(fā)電廠空冷技術(shù)的提高和成熟，在富煤缺水地區(qū)建設(shè)大型火電廠成為可能。近年來(lái)，我國(guó)通過(guò)吸收引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的空冷技術(shù)，已具備獨(dú)立設(shè)計(jì)、生產(chǎn)大型空冷系統(tǒng)的能力并已有成功的應(yīng)用業(yè)績(jī)。電廠主機(jī)空冷系統(tǒng)基本上可分為直接空冷和間接空冷兩種，很多電廠在主機(jī)采用直接空冷后，由于給水泵特殊的運(yùn)行方式和直接空冷系統(tǒng)背壓的不穩(wěn)定，給水泵基本采用電動(dòng)給水泵或采用獨(dú)立冷卻方式的汽動(dòng)給水泵。在主機(jī)采用直接空冷方式的電廠，給水泵汽輪機(jī)獨(dú)立冷卻方式的選擇上目前一般采用機(jī)械通風(fēng)濕冷塔、自然通風(fēng)間冷塔等方式。山西新建某2×330MW煤矸石電廠綜合比較節(jié)水、投資等因素后，率先在國(guó)內(nèi)采用機(jī)械通風(fēng)間冷塔作為給水泵汽輪機(jī)冷卻水冷卻方式，現(xiàn)就機(jī)械通風(fēng)間冷塔系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)、運(yùn)行可靠性進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析介紹。

1 項(xiàng)目及系統(tǒng)介紹

山西某2×330MW煤矸石電廠，項(xiàng)目所在地地處晉北地區(qū)，干旱少雨，水資源極度缺乏。項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段充分考慮本地區(qū)自然環(huán)境特點(diǎn)，綜合考慮廠用電率和水耗等因素后，汽機(jī)主機(jī)采用直接空冷技術(shù)，單臺(tái)機(jī)組給水泵采用2×50%汽動(dòng)給水泵+1×30%電動(dòng)給水泵方案，給水泵汽輪機(jī)排汽采用表面式機(jī)械通風(fēng)間接空冷系統(tǒng)，表面式凝結(jié)器換熱管采用TP304，循環(huán)水系統(tǒng)采用單元制，1臺(tái)機(jī)組配置2×50%循環(huán)水泵。兩臺(tái)機(jī)組一共配置4臺(tái)循環(huán)水泵，兩臺(tái)機(jī)組循環(huán)水泵出口母管之間設(shè)聯(lián)絡(luò)門(mén)。

兩臺(tái)機(jī)組四臺(tái)采用表面式凝汽器的小汽機(jī)共用一座機(jī)械通風(fēng)間接空冷塔，間冷塔共分8個(gè)扇段，1臺(tái)機(jī)組2臺(tái)小汽輪機(jī)共用4個(gè)扇段，每個(gè)扇段有4個(gè)冷卻三角，每?jī)蓚€(gè)扇段共用一個(gè)膨脹水箱，8個(gè)扇段共用兩個(gè)彼此連通的地下水箱。每個(gè)扇段安裝有電動(dòng)進(jìn)口/出口/放水閥。扇區(qū)采用水-空氣式單一金屬（全鋼）的管翅式換熱器，通過(guò)散熱器將熱量帶到環(huán)境中。冷卻單元冷卻需要的空氣由變頻式驅(qū)動(dòng)的軸流風(fēng)機(jī)引入，因此通過(guò)冷卻單元的空氣量即冷卻塔性能通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和/或調(diào)解進(jìn)氣百葉來(lái)控制。系統(tǒng)流程如圖1所示，冷卻水進(jìn)入表面式凝汽器的水側(cè)通過(guò)表面換熱，冷卻給水泵汽輪機(jī)凝汽器汽側(cè)的排汽，受熱后的冷卻水由小機(jī)冷卻水泵送至間接空冷塔，通過(guò)空冷散熱器與空氣進(jìn)行表面換熱，冷卻水被空氣冷卻后再返回給水泵汽輪機(jī)凝汽器去冷卻汽動(dòng)給水泵排汽，構(gòu)成了密閉循環(huán)。

1.1 通風(fēng)系統(tǒng)

每個(gè)扇段設(shè)1套風(fēng)機(jī)組，整個(gè)間冷塔共八套，風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)方式采用變頻調(diào)速，設(shè)計(jì)迎面風(fēng)速為2.5m/s。在環(huán)境溫度過(guò)低時(shí)，還可以通過(guò)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)百葉窗的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)通過(guò)散熱器的空氣量，避免散熱器發(fā)生冰凍。散熱器充水、排水、分段運(yùn)行時(shí)，都可通過(guò)調(diào)節(jié)百葉窗的開(kāi)度來(lái)控制循環(huán)水的溫度。

1.2 管束布置

空冷散熱器是由翅形管束與框架構(gòu)成的三角形結(jié)構(gòu)，空冷散熱器在空冷塔內(nèi)垂直布置，每個(gè)扇段布置四個(gè)冷卻三角，不同扇段之間設(shè)隔墻，以免相鄰冷卻單元相互影響和相鄰風(fēng)機(jī)的停運(yùn)而降低通風(fēng)效率。

1.3 充、排水系統(tǒng)

充、排水系統(tǒng)主要由充、排水管道、充水泵、相關(guān)閥門(mén)、地下儲(chǔ)水箱、連接管路等組成。每臺(tái)機(jī)組設(shè)置2臺(tái)充水泵，布置在地下儲(chǔ)水箱內(nèi)，可向冷卻塔中的空冷散熱器充水，系統(tǒng)正常運(yùn)行工況下，2臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行。2臺(tái)機(jī)組共用兩臺(tái)50%的輸水泵，空冷塔內(nèi)每個(gè)冷卻段能獨(dú)立充水和排水。2臺(tái)機(jī)組共用2臺(tái)彼此連通的地下排水箱，地下水箱容量足以存儲(chǔ)冷卻塔內(nèi)所有散熱器、高位水箱、以及地上管道中的水。

1.4 穩(wěn)壓補(bǔ)水系統(tǒng)

為了保持循環(huán)冷卻水系統(tǒng)內(nèi)水壓穩(wěn)定，維持正常的水循環(huán)，間冷塔設(shè)置穩(wěn)壓補(bǔ)水系統(tǒng)。該系統(tǒng)由穩(wěn)壓補(bǔ)水泵、高位膨脹水箱以及連接管道組成。每臺(tái)機(jī)組設(shè)置2個(gè)膨脹水箱。頂部和充氮系統(tǒng)連接，使膨脹水箱水面上充滿一定壓力的氮?dú)?，既可?duì)冷卻水容積膨脹起到補(bǔ)償作用，又可避免冷卻水和空氣接觸，保持冷卻水品質(zhì)不變，該穩(wěn)壓補(bǔ)水泵系統(tǒng)能供實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，當(dāng)水箱為低水位時(shí)補(bǔ)水泵開(kāi)啟向系統(tǒng)補(bǔ)水，當(dāng)水箱補(bǔ)至高水位時(shí)補(bǔ)水泵停運(yùn)。

1.5 散熱器清洗系統(tǒng)

為了防止落在空冷散熱器表面的灰塵影響散熱效果和腐蝕，設(shè)置水力清洗系統(tǒng)，定期對(duì)空冷散熱器進(jìn)行清洗，保持良好的換熱性能。該系統(tǒng)由高壓沖洗水泵、水槍及連接管道等組成。

2 機(jī)械通風(fēng)間冷塔優(yōu)缺點(diǎn)分析

與機(jī)械通風(fēng)濕冷塔相比，機(jī)械通風(fēng)間冷塔循環(huán)水采用除鹽水閉式循環(huán)，水和空氣進(jìn)行不接觸對(duì)流換熱，在實(shí)際運(yùn)行中無(wú)汽水損失（除系統(tǒng)漏點(diǎn)外），節(jié)水性能優(yōu)越，而且表面式凝結(jié)器不易污染，無(wú)需設(shè)置凝結(jié)器膠球清洗系統(tǒng)，換熱性能好。另外風(fēng)機(jī)工作環(huán)境較機(jī)械通風(fēng)濕冷塔好，無(wú)汽水腐蝕，風(fēng)機(jī)故障率低。但是機(jī)械通風(fēng)間冷塔施工、設(shè)備制造成本高。系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，運(yùn)行難度大，運(yùn)行維護(hù)成本高。風(fēng)機(jī)數(shù)量大，噪聲污染控制難度大，風(fēng)機(jī)耗電量大。

與自然通風(fēng)間冷塔相比，無(wú)需建設(shè)龐大的自然通風(fēng)塔，初投資少。迎面風(fēng)速選擇靈活，提高風(fēng)速成本比采用自然通風(fēng)塔低。占地面積小，布置位置選擇靈活。防凍調(diào)節(jié)手段靈活，可調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、百葉窗開(kāi)度進(jìn)行水溫調(diào)節(jié)。自然風(fēng)對(duì)換熱性能影響小。但是與自然通風(fēng)間冷塔相比，機(jī)械通風(fēng)間冷塔風(fēng)機(jī)耗電量大，運(yùn)行成本高，設(shè)備運(yùn)行噪聲污染也大。

3 熱力性能分析

該電廠機(jī)械通風(fēng)間冷塔系統(tǒng)背壓和循環(huán)水出塔溫度隨環(huán)境變化關(guān)系曲線如圖2和圖3所示。從圖中可以看出，系統(tǒng)背壓和循環(huán)水出塔溫度都隨溫度上升而增大，其中循環(huán)水出塔溫度與環(huán)境溫度幾乎成線性關(guān)系。當(dāng)熱負(fù)荷為16485kW時(shí)，環(huán)境溫度為13℃時(shí)循環(huán)水出塔溫度為28℃；當(dāng)熱負(fù)荷為22250kW時(shí)，環(huán)境溫度為30℃時(shí)循環(huán)水出塔溫度為50.8℃，完全能滿足系統(tǒng)要求，即風(fēng)機(jī)100%轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，在空氣干球溫度為13℃，大氣壓力865.8hPa，外界10m高處平均風(fēng)速4m/s，熱負(fù)荷為16485kW時(shí)循環(huán)水出塔溫度不高于29℃；風(fēng)機(jī)100%轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，在空氣干球溫度為30℃，大氣壓力865.8hPa，外界10m高處平均風(fēng)速4m/s，熱負(fù)荷為22250kW時(shí)循環(huán)水出塔溫度不高于51.37℃。

4 可靠性分析

機(jī)械通風(fēng)間冷系統(tǒng)循環(huán)泵、表面式凝結(jié)器及管道系統(tǒng)設(shè)置與常規(guī)濕冷系統(tǒng)相同，相對(duì)常規(guī)自然通風(fēng)濕冷塔增加了系統(tǒng)水壓控制內(nèi)容，機(jī)械通風(fēng)間冷系統(tǒng)要求循環(huán)水系統(tǒng)定壓運(yùn)行，循環(huán)水定壓主要采用循環(huán)水泵變頻運(yùn)行、定壓補(bǔ)水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，機(jī)械通風(fēng)間冷系統(tǒng)水溫調(diào)節(jié)方式主要通過(guò)分段運(yùn)行、調(diào)節(jié)百葉窗、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速（或停運(yùn)風(fēng)機(jī)）等手段。

4.1 系統(tǒng)防凍

散熱器防凍設(shè)計(jì)是空冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)重要的性能要求，直接關(guān)系到機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行和設(shè)備安全。機(jī)械通風(fēng)間冷塔根據(jù)監(jiān)測(cè)投運(yùn)扇段出水溫度，控制百葉窗開(kāi)度、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，防止已投運(yùn)扇段發(fā)生散熱器凍結(jié)，如出水溫度仍低于預(yù)設(shè)最低出水溫度，可停運(yùn)部分扇段進(jìn)行出水溫度調(diào)節(jié)。已停運(yùn)扇段必須及時(shí)放水，以防散熱器凍結(jié)。

投運(yùn)扇段出水溫度測(cè)點(diǎn)損壞造成水溫顯示不準(zhǔn)，易發(fā)生散熱凍結(jié)事故。防范措施增加扇段出水溫度測(cè)點(diǎn)數(shù)量，可采用三取二的方式確定出水溫度。冬季運(yùn)行時(shí)，增加運(yùn)行人員現(xiàn)場(chǎng)巡檢次數(shù)并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫，以監(jiān)測(cè)溫度傳感器工作是否正常。

百葉窗卡澀或集控畫(huà)面顯示角度與實(shí)際不符，易造成運(yùn)行操作失誤，造成投運(yùn)扇段部分冷卻三角凍結(jié)。防范措施：百葉窗需做定期活動(dòng)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)缺陷及時(shí)檢修，如不能及時(shí)恢復(fù)正常工作，可先人工進(jìn)行關(guān)閉，待具備停運(yùn)該扇段或環(huán)境問(wèn)題提高后進(jìn)行檢修處理。

4.2 機(jī)械通風(fēng)間冷系統(tǒng)防腐

系統(tǒng)表面式凝結(jié)器換熱管采用TP304，散熱器采用鋼管鋼翅片，系統(tǒng)防腐主要考慮散熱器氧腐蝕。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用充氮保護(hù)，將機(jī)械通風(fēng)間冷系統(tǒng)膨脹水箱、地下水箱水面以上充滿略高于大氣壓力的氮?dú)?，使系統(tǒng)水系統(tǒng)完全與空氣系統(tǒng)隔絕，降低系統(tǒng)水溶氧量。

氮?dú)庀到y(tǒng)泄露，循環(huán)水溶氧量增大，易造成系統(tǒng)腐蝕。防范措施：系統(tǒng)初次投運(yùn)或停機(jī)檢修投運(yùn)前需進(jìn)行嚴(yán)密性試驗(yàn)；運(yùn)行中加強(qiáng)系統(tǒng)氮?dú)鈮毫ΡO(jiān)測(cè)，及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充。

5 結(jié)論

機(jī)械通風(fēng)間冷塔具有節(jié)水、占地面積小、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在主機(jī)采用直接空冷火力發(fā)電廠，給水泵汽輪機(jī)采用機(jī)械通風(fēng)間冷塔在技術(shù)上是可行的，為我國(guó)以后主機(jī)采用直接空冷發(fā)電廠，給水泵汽輪機(jī)冷卻方式的選擇上提供了一條新的選擇路徑。

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