火電廠干濕混合式冷卻塔節(jié)能節(jié)水技術.doc

火電廠干濕混合式冷卻塔節(jié)能、節(jié)水技術洛陽萬山高新技術應用工程有限公司地址：洛陽市凱旋西路29號建設大廈東座16層 聯系人：曲萬山 郵編：471000電話： 037963940258 63901966傳真： 037963913080網站： E-mail: 火電廠干濕混合式冷卻塔節(jié)能、節(jié)水技術節(jié)水在火電廠有著越來越重要的地位。熱力發(fā)電廠的排汽采用干濕混合是符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的有前途的發(fā)電技術，在我國這項技術尚未得到人們的關注。對電廠排汽采用干、濕混合進行了深入的研究，以便使干、濕混合其顯著的節(jié)水性、科學的節(jié)能性及環(huán)保性能夠在我國干旱缺水的北方地區(qū)得到應用。使排汽冷卻系統(tǒng)的配置更趨完善化、合理化。水是人類社會生存和發(fā)展不可替代的資源，是經濟社會可持續(xù)發(fā)展的基礎。當代人類生活水準同能量和淡水的消耗是息息相關的。全球人口的劇增使能源和淡水消耗量難以估算。我國將進入嚴重缺水期，水資源的嚴重短缺，將嚴重制約著經濟發(fā)展。為保證國民經濟的可持續(xù)發(fā)展，合理使用淡水資源和有效節(jié)約淡水、保護現存珍貴的淡水資源，就是保護我們人類生存的必要條件。為推動循環(huán)經濟發(fā)展，建設資源節(jié)約型社會，火力發(fā)電廠高耗能、高耗水、粗放型經營越來越不適合經濟發(fā)展的需要，做為用水大戶之一的火力發(fā)電廠,其節(jié)水工作更應在科技力量的推進下走在社會的前列?；鹆Πl(fā)電廠汽輪機組排汽冷卻系統(tǒng)采用干濕混合冷卻系統(tǒng)可推動節(jié)能降耗、節(jié)水工作的開展。一、目前我國火電廠冷卻系統(tǒng)工作現狀分析節(jié)能、節(jié)水與環(huán)保將是我國火電發(fā)展的主題，源于水資源的緊迫性，缺水地區(qū)火電廠空冷技術已得到應用?？绽湟云滹@著的節(jié)水效果被人們所關注，空冷機組冷卻系統(tǒng)本身可節(jié)水97以上，全廠性節(jié)水約65。一般13的水可建設100萬千瓦濕冷機組，而建設100萬千瓦空冷機組只需0.353的水。因此相同數量的水可建設的空冷機組規(guī)模比濕冷機組可建設的規(guī)模大三倍，這充分顯示了空冷技術節(jié)水的優(yōu)越性。目前我國用于發(fā)電廠的冷卻系統(tǒng)有二種：一種為空冷系統(tǒng)；另一種為濕冷系統(tǒng)。空冷系統(tǒng)有三種形式：直接空冷系統(tǒng)、帶表面式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)（海勒式）和帶噴射式（混合式）凝汽器的間接空冷系統(tǒng)（哈蒙式）。直接空冷、（海勒式與哈蒙式間接空冷系統(tǒng)）雖然節(jié)水效果較好，但由于其高背壓和現有冷卻水塔冷卻面積所限，夏季會造成出力的限制。配有空冷系統(tǒng)的空冷機組，一次性投資較高，發(fā)電標準煤耗較高，夏季也要限制機組出力。故空冷機組節(jié)水能力強但全年都在不經濟的背壓下運行，造成很大能源浪費，故經濟性不高。濕冷系統(tǒng)就是傳統(tǒng)的濕冷機組，雖然它的冷卻效果好，經濟性高，上述問題較小，但卻需要消耗大量的循環(huán)水（火力發(fā)電廠70%消耗在這里）。在北方缺水地區(qū)新建電廠已受限制。二、一種新的冷卻系統(tǒng)的提出-干濕混合冷卻系統(tǒng)那么有沒有一種冷卻系統(tǒng)兼容二種冷卻系統(tǒng)之長呢？答案是肯定的。電廠采用空冷（干冷）、水冷（濕冷）的干濕混合冷卻系統(tǒng)是一種解決上述兩方面不中足的可行性方案，是火力發(fā)電廠機組冷卻系統(tǒng)的又一種形式。它的節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保優(yōu)于上述兩種系統(tǒng)單獨運行。干濕混合冷卻系統(tǒng)既能發(fā)揮空冷機組節(jié)水的優(yōu)越性，又能保持濕冷機組節(jié)約投資，經濟性高，夏季出力不限制，適應機組變工況運行的優(yōu)點。干濕混合冷卻系統(tǒng)彌補了空冷系統(tǒng)、濕冷系統(tǒng)的缺陷，是一種有待發(fā)展的新技術。三、 電廠汽輪發(fā)電機組干濕混合冷卻塔工程簡介 （一）、發(fā)電廠排汽凝結系統(tǒng)介紹（冷卻系統(tǒng)）發(fā)電廠汽輪機排汽的余熱主要通過蒸發(fā)散熱和對流換熱兩種方法散發(fā)到大氣中的。1、電廠汽輪機排汽凝結是用循環(huán)水的對流換熱交換余熱的，而循環(huán)水的熱量再經過散熱設備（冷卻塔或其它冷卻方式）的蒸發(fā)散熱和對流換熱把余熱帶入大氣中，冷卻后的水溫取決于冷卻塔性能及大氣濕球溫度，冷卻塔出水溫度一般在1533C之間，汽輪機背壓在511kPa之間。2、干冷（空冷）發(fā)電廠汽輪機排汽凝結（不論有無中間介質）是用空氣對流換熱交換余熱的，排汽的余熱是經過散熱設備（空冷塔或空冷凝汽器）與空氣對流換熱的方式將余熱帶入大氣中的，干冷系統(tǒng)冷卻后溫度是趨近大氣干球溫度的，由于整個換熱過程是在密閉的環(huán)境下完成的，所以工質流失少，節(jié)水效果好，但傳熱效果受環(huán)境溫度影響較大?？绽淦啓C的設計背壓高于濕冷系統(tǒng)汽輪機的設計背壓，而且背壓在運行中隨環(huán)境溫度的變化而變化。間接空冷系統(tǒng)的水溫與大氣干球溫度密切相關。當大氣干球溫度變化40C，冷卻水溫也變化約40C。當工作背壓在518kPa時，汽輪機能達到額定功率；汽輪機在最高背壓25.5kPa時，要減負荷。直接隨著高背壓及背壓大的變化，對空冷汽輪機的安全運行影響很大。（二）二種冷卻系統(tǒng)經濟技術分析1、濕冷系統(tǒng)發(fā)電廠循環(huán)水的冷卻是靠噴水霧化放熱帶入大氣中的，濕冷系統(tǒng)冷卻后溫度是趨近大氣濕球溫度，傳熱效果好，效率較高。但濕冷塔的蒸發(fā)損失、水霧損失、排污損失、風吹損失和軟化水更新需補充大量的新鮮水（濕冷機組主要耗水地方）消耗掉大量的水資源，這也是缺水地區(qū)新建電廠受限的原因。目前我們可行的節(jié)水方式為濕式冷卻塔循環(huán)水弱酸處理，提高冷卻塔濃縮倍率，優(yōu)化循環(huán)排污水凈化技術，實現污水零排放，為節(jié)水起到一定效果。2、干冷系統(tǒng)發(fā)電廠循環(huán)水是靠空氣的對流換熱把余熱帶入大氣中的，干冷系統(tǒng)冷卻后溫度是趨近大氣干球溫度的。汽輪機背壓在運行中隨環(huán)境溫度的變化而變化，空冷系統(tǒng)的汽輪機背壓較高，變化范圍大，多在1050kPa之間。特別夏季，由于室外溫度高，循環(huán)熱水在空冷塔散熱器中不能得到有效的冷卻，進出口水溫差較小，末級熱量不能得到及時有效的轉移，致使系統(tǒng)真空偏低，背壓也升高。背壓的升高將引起：機組出力降低、相對蒸汽流量減少、葉根脫流區(qū)擴大、末級蒸汽出現滯流、轉向倒流、葉根部出現負反動度、增大葉片的動應力，甚至導致葉片的斷裂損壞威及到機組的安全運行。（三）干濕混合冷卻塔傳熱分析與節(jié)能途徑干濕混合冷卻系統(tǒng)是靠水的蒸發(fā)散熱和對流換熱把余熱帶入大氣，對流換熱系數的大小與換熱過程中的許多因素有關，它不僅取決于流體的物理性質（，Cp等），換熱表面的形狀與布置，而且還同流速有密切的關系?；鹆Πl(fā)電廠冷卻系統(tǒng)的主要冷卻介質是水或空氣。濕冷時，管外為冷卻水，管內為工質水；空冷時，管外為空氣，管內為工質水，冷卻過程是系統(tǒng)排放的廢熱與環(huán)境的能量交換過程。由于水的利用受到各種因素限制，而水作冷卻介質的傳熱系數為1762W/(m2.K)，空氣作冷卻介質的傳熱系數為62W/(m2.K)。傳熱系數表證了傳熱過程的強烈程度，傳熱系統(tǒng)數越大，傳熱過程越強，熱阻越小。由于空冷系統(tǒng)傳熱系數小，傳熱效果差，其機組經濟性較差。濕冷系統(tǒng)傳熱系數大，傳熱效果好，其機組經濟性較高，但需消耗大量新鮮水。干濕混合冷卻系統(tǒng)增大了傳熱系數，靠水的蒸發(fā)散熱和對流換熱把余熱帶入大氣，從而實現了空冷節(jié)水，濕冷高經濟性的完美組合。（四）干濕混合冷卻塔原理干濕混合冷卻系統(tǒng)是集濕式冷卻塔和空冷塔的優(yōu)點，充分利用水經濕冷水塔冷卻時與空氣的熱交換來增加空氣濕度，提高吸熱能力使空氣干球溫度降低的特點，對空氣冷卻器進行冷卻。它是這樣實現的：循環(huán)水出口水首先進入銅鋁復合散熱器與高濕度、低干球溫度的空氣逆流換熱，冷卻了散熱器中的水；同時，銅鋁復合散熱器加熱了高濕度的空氣，使其密度減小，降低了冷水塔風筒內的壓力，提高了空氣升騰的速度、增加了冷卻塔的冷卻進風量。經過散熱器預冷的水溫度降低，再經過噴淋裝置分布到冷卻水塔的冷卻熱交換填料上，冷卻散熱，減少了水的蒸發(fā)，降低了空氣的干球溫度，又使得空氣冷卻器有好的冷卻換熱效果。由于噴淋裝置分布在冷卻水塔冷卻熱交換填料上的水溫度低，因此，可減少水的蒸發(fā)量，從而減少了水的散失損失和排污損失，形成了充分利用空氣干、濕球溫度，互補散熱的干濕混合式冷卻塔。干濕混合冷卻系統(tǒng)在夏季氣溫最高時，干濕混合運行達到機組滿發(fā)；冬季氣溫降低（或夜間低負荷時）空冷運行。復合散熱器的合理布置，使冷卻塔結構緊湊，無需防凍。為保證冷卻塔噴嘴高效運行，一臺循環(huán)泵采用變頻調節(jié)，隨著排汽溫度的降低，噴嘴從外層到內層逐步關閉，以滿足噴嘴壓力的要求，同時循環(huán)泵變頻技術的采用降低耗能。（五）安全性分析由于大機組在調峰時具有時間短、負荷響應快的特點，這就加劇了凝汽器銅管的熱應力，運行中易出現銅管脹口、銅管腐蝕或由于振動造成銅管損壞，銅管破損導致了凝結水被污染。干濕混合冷卻系統(tǒng)采用混合凝汽器，其循環(huán)水與凝結水標準相同，將端差由凝汽器內轉移到凝汽器外就可避免以上問題的發(fā)生，為機組的安全提供了可靠的保證，不會造成凝結水污染現象。避免了空冷機組由環(huán)境溫度變化而引起的排汽溫度的變化，相同條件下，具有較高的排汽溫度和較高的背壓?？绽淦啓C排汽背壓直接受的影響，而環(huán)境溫度變化頻繁，變化幅度大。如：一年氣溫從27.5上升到32，對應的排汽溫度為28.665.4，相應的排汽背壓為3.92Kpa25.50Kpa。這樣大的排汽背壓和排汽溫度的變化范圍，汽輪機低壓缸的熱變形會受到影響，造成與低壓缸聯接在一起的軸承座標高發(fā)生變化，其結果會改變各軸承原有的負荷分配比例，使有的軸承受力增大，有的荷重減輕，荷重大的軸承會增大油膜剛度和阻尼系數，使軸瓦運行穩(wěn)定性增強。但過大的軸承載荷會使油溫和瓦溫升高，嚴重時會損壞軸瓦；載荷過輕，比壓太小的軸承穩(wěn)定性變差，嚴重時會失去穩(wěn)定，甚至發(fā)生油膜自激振動，造成嚴重的振動事故；支承標高變化還會改變轉子的臨界轉速、振型曲線及原有的平衡狀態(tài)，破壞已經調整好的動靜間隙，可能引起動靜摩擦振動。因此，空冷汽輪機高背壓高排汽溫度對機組安全運行是不利的。我國水資源的短缺，在北方地區(qū)發(fā)展火電事業(yè)，開發(fā)干濕混合冷卻系統(tǒng)展示了廣闊的前景。三、實施干濕混合冷卻系統(tǒng)工程的技術比較和意義（一）汽輪機排汽三種冷卻系統(tǒng)的比較。A、汽輪機排汽濕冷系統(tǒng)：1. 機組經濟性高（冷卻水出口溫度向大氣濕球溫度逼近）；2. 保持真空能力強；3. 廠用電率低（與空冷比較）；4. 大容量機組可采用汽動給水泵降低廠用電消耗；5. 消耗水資源大（需補充大量新鮮水）；6. 凝結水易被污染；7. 凝汽器銅管（或鋼管）易結垢，造成端差增大；8. 有大氣霧氣團；9. 冬季有30冷卻水系統(tǒng)短路進行防凍；10.投入的膠球清洗裝置存在收球率低。B、汽輪機排汽空冷系統(tǒng)：1. 具有顯著的節(jié)水性；2. 無大氣霧氣團；3. 凝結水不易被污染；4. 經濟性差（冷卻水出口溫度向大氣干球溫度逼近）；5. 保持真空能力差；6. 夏季炎熱時需限制機組出力；7. 冬季防凍，采用部分冷卻系統(tǒng)停運或關小百葉窗等措施；8. 大容量機組無法采用汽動給水泵；9. 廠用電消耗大；10.設計背壓比濕冷高很多，冬季運行也不經濟；11.冷卻性能受環(huán)境影響很大，機組排汽壓力變化大，安全性較差，易發(fā)生機組振動；12.末級葉片需特殊設計，機組運行中調節(jié)不當易造成脫流和阻塞背壓。C、汽輪機排汽干濕混合冷卻系統(tǒng)：1. 機組經濟性高（同濕冷）；2. 保持真空能力強；3. 基本無大氣霧氣團；4. 夏季炎熱時不需限制機組出力，冬季不需減少冷卻水系統(tǒng)進行防凍；5. 節(jié)水效果顯著；6. 機組端差?。ㄅc濕冷比較）；7. 凝結水不易污染；8. 機組安全性、可靠性高；9. 調節(jié)靈活、方便； 10.對于大容量機組同樣可以采用汽動給水泵；11.廠用電消耗較高（同濕冷比較）；12.現有濕冷系統(tǒng)易改造。（二）實施實施干濕混合冷卻系統(tǒng)工程的意義社會對能源的需求越來越大，能源問題已成為國家發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。我國能源有效利用率僅為33，與世界先進水平差10個百分點，是世界上產值能耗最高的國家之一，也就是說我國的節(jié)能降耗潛力很大?；痣姀S實現節(jié)能降耗目前最好的思路是從提高能源使用效率入手。干濕混合冷卻系統(tǒng)混合塔的優(yōu)點就是：最有效地、合理優(yōu)化系統(tǒng)配置，集節(jié)約用水、節(jié)約能源、冬季沒有霧氣團、沒有噪聲、易在現有濕冷機組改造于一身的火電廠冷卻系統(tǒng)。目前建設一座百萬級電站約58億左右，投資回收需18年左右