空冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)回顧和思考

空冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)回顧和思考西北電力設(shè)計(jì)院2006年12月西安11、西北院近年在空冷設(shè)計(jì)技術(shù)方面所作的工作

1.1技術(shù)儲(chǔ)備和研究工作九十年代初我院在某4X300MW電廠可研和初步設(shè)計(jì)階段進(jìn)行了詳細(xì)的表凝式間接空冷系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了相當(dāng)深度的優(yōu)化和布置設(shè)計(jì)研究，并在小型的PC機(jī)上自編了一套簡(jiǎn)易間接空冷系統(tǒng)熱力計(jì)算程序，該項(xiàng)目最終由于各種原因未能采用空冷系統(tǒng)。九十年代中在某200MW機(jī)組設(shè)計(jì)中，對(duì)采用機(jī)械通風(fēng)直接空冷系統(tǒng)型式與國(guó)外著名空冷設(shè)備制造廠GEA和原HAMON公司進(jìn)行了大量深入的技術(shù)配合，有了一定的該系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)積累。22005年電力工業(yè)出版社出版了由我院歷時(shí)5年編制完成的《電力工程水務(wù)設(shè)計(jì)手冊(cè)》是國(guó)內(nèi)目前為止較為全面的一部大中型火力發(fā)電和核能發(fā)電工程冷源設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)，涵蓋電廠取排水、濕冷、空冷等所有冷源工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容，其中對(duì)直接空冷系統(tǒng)、表凝式間接空冷系統(tǒng)和海勒式混合式間接空冷系統(tǒng)的選型、熱力、阻力計(jì)算、翅片管的基本類型和特性、空冷系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)和優(yōu)化等都有說(shuō)明、舉例等。近年來(lái)我院和一些科研院校合作，在直接空冷的性能參數(shù)、土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、大口徑薄壁排汽管設(shè)計(jì)等方面開展了多項(xiàng)研究，并已取得可喜的成果。31.2工程設(shè)計(jì)業(yè)績(jī)和經(jīng)驗(yàn)依靠多年的研究和儲(chǔ)備，我院在確定空冷系統(tǒng)的主要參數(shù)（如設(shè)計(jì)氣溫、迎風(fēng)面風(fēng)速、散熱面積、設(shè)計(jì)富裕度）方面有自己的成熟體會(huì)和經(jīng)驗(yàn)，能夠根據(jù)工程實(shí)際情況把握各主要參數(shù)的選擇原則，系統(tǒng)配置。較好的控制了投資、運(yùn)行等方面的矛盾。目前我院設(shè)計(jì)投運(yùn)的5個(gè)直接空冷系統(tǒng)工程系統(tǒng)運(yùn)行正常，其中300MW容量及以上的工程：華澤鋁電2X300MW機(jī)組和山西霍州電廠一期2X300MW機(jī)組在夏季高溫期通過168h、國(guó)華錦界2X600MW電廠在2006年9月底通過168h。4華澤鋁電和霍州一期工程均為300MW機(jī)組，主汽輪機(jī)分別為哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司和上海汽輪機(jī)有限公司，主機(jī)設(shè)計(jì)背壓分別為16KPa和15KPa，夏季滿發(fā)背壓均為35KPa。兩個(gè)工程均采用SPX-HAMON公司的鋼基管、釬焊鋁翅片的單排管翅片管束，每臺(tái)機(jī)組空冷器總散熱冷卻面積為74.85萬(wàn)平米、設(shè)24臺(tái)9.14m風(fēng)機(jī)、設(shè)計(jì)迎風(fēng)面風(fēng)速為2.15m/s，空冷系統(tǒng)設(shè)備采用整島招標(biāo)方式，設(shè)計(jì)采用以投標(biāo)方為主由業(yè)主工程師參加聯(lián)合設(shè)計(jì)方式，我院每個(gè)工程先后派出8人月參加聯(lián)合設(shè)計(jì)。兩個(gè)工程的第一臺(tái)300MW空冷機(jī)組分別于2005年6月和2005年8月通過168h。下圖為河津電廠圖片。56國(guó)華錦界2X600MW機(jī)組，主汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)有限公司，主機(jī)設(shè)計(jì)背壓為15KPa，夏季滿發(fā)背壓為35KPa。該工程采用GEA公司的鋼基管、釬焊鋁翅片的單排管翅片管束，（由于各方面原因該工程采用了較大散熱面積和較小迎風(fēng)面風(fēng)速的配置方案），每臺(tái)機(jī)組空冷器總散熱冷卻面積為175萬(wàn)平米、設(shè)56臺(tái)9.14m風(fēng)機(jī)、設(shè)計(jì)迎風(fēng)面風(fēng)速為1.84m/s，空冷系統(tǒng)設(shè)備采用整島招標(biāo)方式。該工程規(guī)劃為6X600MW容量直接空冷機(jī)組，其中前4臺(tái)機(jī)組為連續(xù)建設(shè)，廠址風(fēng)向?yàn)榧忓N型，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠麢C(jī)房A排前側(cè)向來(lái)風(fēng)、次主導(dǎo)為爐后側(cè)向風(fēng)，且次主導(dǎo)風(fēng)向也有相當(dāng)出現(xiàn)頻率，為此在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行了物模試驗(yàn)、并由空冷系統(tǒng)承包方進(jìn)行了數(shù)模試驗(yàn)，對(duì)空冷系統(tǒng)的布置安全性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析研究。下圖是錦界電廠的照片。78另外由我院總承包完成的神華陽(yáng)光2X135MW循環(huán)硫化床空冷機(jī)組也已于2005年12月底投運(yùn)，該工程空冷系統(tǒng)由GEA公司負(fù)責(zé)，單個(gè)冷卻單元的散熱能力與300MW、600MW機(jī)組相當(dāng)，但空冷器的支撐結(jié)構(gòu)采用的是全鋼結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)輕巧，沒有龐大的混凝土支柱和復(fù)雜的鋼桁架，造價(jià)較低、施工周期較短。910近一兩年我院所設(shè)計(jì)的項(xiàng)目多數(shù)為空冷機(jī)組，600MW機(jī)組在建項(xiàng)目有陜西府谷2X600MW亞臨界直接空冷機(jī)組、華電靈武2X600MW亞臨界直接空冷機(jī)組、華能銅川2X600MW亞臨界機(jī)組、山西柳林2X600MW亞臨界機(jī)組等近10個(gè)600MW機(jī)組工程，其中銅川2X600MW機(jī)組給水泵采用汽動(dòng)給水泵，冷卻系統(tǒng)采用由SPX公司提供的表凝式間接空冷系統(tǒng)。此外還有大唐甘谷2X300MW、蒙西2X300MWCFB、府谷清水川2X300MW等多個(gè)在建300MW機(jī)組工程。112、空冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)、應(yīng)用值得關(guān)注的幾個(gè)問題12（1）在嚴(yán)寒地區(qū)，建議空冷散熱器面積選擇不宜過大，可以采用增加風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速以提高迎風(fēng)面風(fēng)速的方法渡夏，設(shè)計(jì)最高迎風(fēng)面風(fēng)速可以到2.6~2.8m/s。（2）環(huán)境風(fēng)速超過4m/s（擋風(fēng)墻上部）地區(qū)，設(shè)計(jì)迎風(fēng)面風(fēng)速不宜低于2.2m/s。（3）有條件的600MW機(jī)組，可采用定速風(fēng)機(jī)，以減少投資（2X600MW機(jī)組約1500萬(wàn)元）和變頻器的耗能2~3%，通過控制風(fēng)機(jī)開啟臺(tái)數(shù)控制系統(tǒng)背壓，但要注意渡夏能力、防凍控制和噪聲控制條件。（4）對(duì)于夏季大風(fēng)頻率較高的電廠，建議建立局地小型風(fēng)速觀測(cè)站或與當(dāng)?shù)貧庀蟛块T聯(lián)網(wǎng)，建立氣象預(yù)警系統(tǒng)。這種情況可采用較高迎風(fēng)面風(fēng)速。133、空冷系統(tǒng)型式的發(fā)展和選擇

眾所周知，空冷系統(tǒng)可以劃分如下：空冷系統(tǒng)分為直接空冷系統(tǒng)和間接空冷系統(tǒng)。直接空冷系統(tǒng)根據(jù)通風(fēng)方式分為機(jī)械通風(fēng)和自然通風(fēng)。間接空冷系統(tǒng)根據(jù)配用的凝汽器分為表面式凝汽器和混合式凝汽器，詳見簡(jiǎn)圖：14近幾年國(guó)內(nèi)大容量空冷機(jī)組幾乎由直接空冷ACC系統(tǒng)一統(tǒng)天下，在ACC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造、調(diào)試、運(yùn)行上國(guó)內(nèi)各設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、運(yùn)行單位已積累了相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)。直接空冷系統(tǒng)由于其占地少、控制尤其是冬季防凍控制靈活、系統(tǒng)投資降低（主要是國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程推進(jìn)、國(guó)外著名品牌（包括風(fēng)機(jī)、減速箱）紛紛在中國(guó)設(shè)立生產(chǎn)基地）等原因，已顯示出其在空冷系統(tǒng)中不可或缺的地位，系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試、運(yùn)行已趨于成熟。但ACC在運(yùn)行中也遇到了一些難題，在認(rèn)真解決這些難題的同時(shí)，對(duì)大容量機(jī)組應(yīng)該根據(jù)廠址條件進(jìn)行分析，必要時(shí)可進(jìn)行直接空冷和間接空冷系統(tǒng)比較，以確定合適的空冷系統(tǒng)。15下面以一個(gè)2X600MW機(jī)組為例作一個(gè)初步技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析：1．空冷系統(tǒng)的規(guī)模可以用ITD值體現(xiàn)，ITD高空冷系統(tǒng)一次性投資小，但機(jī)組的凈發(fā)電量減少，因此國(guó)內(nèi)外對(duì)空冷系統(tǒng)總體方案優(yōu)化均采用ITD比選。16圖1、直接空冷的ITD優(yōu)化曲線。

由圖可知，ACC系統(tǒng)最優(yōu)ITD范圍在36～40℃。

17圖2、間接空冷的優(yōu)化曲線

由圖可知，間接空冷系統(tǒng)最優(yōu)ITD范圍在29～32℃。182. 冷卻系統(tǒng)主要特點(diǎn)比較193.工程業(yè)績(jī)

（1）ACC系統(tǒng)：目前國(guó)內(nèi)在建和投產(chǎn)的600MW等級(jí)空冷機(jī)組大多采用ACC系統(tǒng)。國(guó)外也有較多業(yè)績(jī)。眾已周知，不一一列舉。（2）海勒系統(tǒng)：在八、九十年代前，建設(shè)的單機(jī)容量小，多用于國(guó)外100～200WM機(jī)組，國(guó)內(nèi)1987-1988年建成投產(chǎn)的大同第二發(fā)電廠5、6號(hào)機(jī)組和1993-1995年建成投產(chǎn)的豐鎮(zhèn)電廠3～6號(hào)機(jī)組均為200MW容量。近年來(lái)隨著單機(jī)容量增加，在國(guó)外海勒系統(tǒng)技術(shù)有較大發(fā)展，國(guó)外已有用于相當(dāng)于200～550MW凝汽式汽輪機(jī)的發(fā)電廠，亞美尼亞拉茲達(dá)電廠2×300MW。其中亞美尼亞拉茲達(dá)電廠2×300MW采用兩機(jī)一塔方案，冷卻塔的散熱能力與600MW機(jī)組容量相當(dāng)；海勒系統(tǒng)的福哥式散熱器已用于在建的陽(yáng)城2×600MW表凝式間接空冷系統(tǒng)。（3）表凝式間冷系統(tǒng)：國(guó)外有南非1988年投產(chǎn)的肯達(dá)爾（Kendal）電廠6×686MW工程；德國(guó)1985年投產(chǎn)的蘇英豪斯1×300MW電廠；此外國(guó)內(nèi)外有多臺(tái)200MW等級(jí)及以下已投運(yùn)電廠采用此系統(tǒng)。1994年我國(guó)太原第二熱電廠建成2×200MW機(jī)組表凝式間冷系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)山西陽(yáng)城2×600MW在建項(xiàng)目采用福哥式散熱器的表凝式間冷系統(tǒng)。204．煙塔合一的間接空冷方案

間冷系統(tǒng)由于有巨大的冷卻塔，因此有條件采用煙塔合一方案。其中海勒式間冷系統(tǒng)散熱器垂直布置在塔外進(jìn)風(fēng)口側(cè)，塔內(nèi)平面空間較大，甚至有將部分脫硫裝置布置在塔內(nèi)的情況，以節(jié)約占地。德國(guó)從20世紀(jì)80年代已開始使用冷卻塔排煙技術(shù)，目前通過改造，所有燃煤電廠的煙氣都需要煙塔合一技術(shù)排放。德國(guó)近20多年煙塔合一技術(shù)使用和實(shí)踐證明，煙塔合一技術(shù)會(huì)成為凈化煙氣、減少污染物排放總量、減輕對(duì)環(huán)境影響的“紐帶性”技術(shù)。冷卻塔排煙的抬升和擴(kuò)散與科學(xué)界的理論計(jì)算和實(shí)際檢測(cè)結(jié)果是吻合的，通過冷卻塔排煙對(duì)環(huán)境的影響是較小的。工程上節(jié)約了建造煙囪及運(yùn)行GGH的費(fèi)用，在一定程度上彌補(bǔ)了燃煤電廠凈化煙氣的投資，推進(jìn)了電廠脫硫等凈化煙氣的環(huán)保工程建設(shè)。21 煙氣通過冷卻塔排放有其明顯特點(diǎn)，與煙囪排放出的煙氣相比，其煙氣本身具有顯著的熱含量。對(duì)冷卻塔排放和煙囪排放而言，代表排放口動(dòng)力和熱力關(guān)系的運(yùn)動(dòng)學(xué)相似數(shù)Froude數(shù)有一個(gè)量級(jí)上的區(qū)別。冷卻塔排放的煙氣由于熱力引起的動(dòng)力抬升作用大約是煙囪排放的10倍，由此形成在弱風(fēng)情況下冷卻塔排放的煙氣有明顯的抬升。污染物地面濃度與煙氣抬升后有效源高的平方成反比，因此在在弱風(fēng)條件下冷卻塔排放相比煙囪排放而言地面濃度要小得多。在大風(fēng)