發(fā)電機(jī)組介紹--發(fā)電機(jī)組直接空冷系統(tǒng)簡(jiǎn)介

發(fā)電機(jī)組介紹--發(fā)電機(jī)組直接空冷系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1．電站空冷系統(tǒng)
1．1空冷系統(tǒng)的單機(jī)容量
目前國(guó)內(nèi)外電站空冷是二大類：一是間接空氣冷卻系統(tǒng)，二是直接空氣冷卻系統(tǒng)。其中間接空氣冷卻系統(tǒng)又分為混合式空氣冷卻系統(tǒng)和表面式空氣冷卻系統(tǒng)。世界上第一臺(tái)1500KW直接空冷機(jī)組，于1938年在德國(guó)一個(gè)坑口電站投運(yùn)，已有60多年的歷史，幾個(gè)典型空冷機(jī)組是：1958年意大利空冷電站2X36MW機(jī)組投運(yùn)、1968年西班牙160MW電站空冷機(jī)組投運(yùn)、1978年美國(guó)懷俄明州Wodok電站365MW空冷機(jī)組投運(yùn)、1987年南非Matimba電站6X665MW直接空冷機(jī)組投運(yùn)。當(dāng)今采用表面式冷凝器間接空冷系統(tǒng)的最大單機(jī)容量為南非肯達(dá)爾電站6X686MW；采用混合式凝汽器間接空冷系統(tǒng)的最大單機(jī)容量為300MW級(jí)，目前在伊朗投運(yùn)的325MW(哈爾濱空調(diào)股份有限公司供貨)運(yùn)行良好。全世界空冷機(jī)組的裝機(jī)容量中，直接空冷機(jī)組的裝機(jī)容量占60％，間接空冷機(jī)組約占40％。
1．2直接空冷系統(tǒng)的特點(diǎn)
無論是直接空冷，還是間接空冷電廠，經(jīng)過幾十年的運(yùn)行實(shí)踐，證明均是可*的。但不排除空冷系統(tǒng)在運(yùn)行中，存在種種原因引發(fā)的問題，如嚴(yán)寒、酷暑、大風(fēng)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)不夠合理、運(yùn)行管理不當(dāng)?shù)取?/span>
這些問題有的已得到解決，從國(guó)內(nèi)已投運(yùn)的200MW空冷機(jī)組運(yùn)行實(shí)踐證明了這一點(diǎn)。
從運(yùn)行電站空冷系統(tǒng)比較，直接空冷系統(tǒng)具有主要特點(diǎn)：
(1)背壓高；
(2)由于強(qiáng)制通風(fēng)的風(fēng)機(jī)，使電耗大；
(3)強(qiáng)制通風(fēng)的風(fēng)機(jī)產(chǎn)生噪聲大；
(4)鋼平臺(tái)占地，要比鋼筋混凝土塔為小；
(5)效益要比間接冷卻系統(tǒng)大30％左右，散熱面積要比間冷少30％左右；
(6)造價(jià)相比經(jīng)濟(jì)。

2．直接空冷系統(tǒng)的組成和范圍
2．1直接空冷系統(tǒng)的熱力系統(tǒng)
直接空冷系統(tǒng)，即汽輪機(jī)排汽直接進(jìn)入空冷凝汽器，其冷凝水由凝結(jié)水泵排入汽輪機(jī)組的回?zé)嵯到y(tǒng)。
2．2直接空冷系統(tǒng)的組成和范圍
自汽輪機(jī)低壓缸排汽口至凝結(jié)水泵入口范圍內(nèi)的設(shè)備和管道，主要包括：
(1)汽輪機(jī)低壓缸排汽管道；
(2)空冷凝汽器管束；
(3)凝結(jié)水系統(tǒng)；
(4)抽氣系統(tǒng)；
(5)疏水系統(tǒng)；
(6)通風(fēng)系統(tǒng)；
(7)直接空冷支撐結(jié)構(gòu)；
(8)自控系統(tǒng)；
(9)清洗裝置。

3．直接空冷系統(tǒng)各組成部分的作用和特點(diǎn)
3．1排汽管道
對(duì)大容量空冷機(jī)組，排汽管道直徑比較粗，南非Matimba電站665MW直接空冷機(jī)組為2缸4排汽，采用2XDN5000左右直徑管道排汽，目前國(guó)內(nèi)幾個(gè)空冷電站設(shè)計(jì)情況來看，300MW機(jī)組排汽管道直徑在DN5000多，600MW機(jī)組排汽管道在DN6000左右。
排汽管道從汽機(jī)房A列引出后，橫向排汽母管布置，目前有兩種方式，一種為低位布置、一種為高位布置。大直徑管道的壁厚優(yōu)化和制造是難點(diǎn)，同時(shí)也是影響工程造價(jià)的重點(diǎn)之一。
3．2空冷凝汽器的冷卻裝置
(1)A一型架構(gòu)：
一般雙排管束由鋼管鋼翅片所組成，為防腐表面渡鋅。單排管為鋼管鋁翅片，釬焊在大直徑矩形橢園管上。它上端同蒸汽配管焊接，下端與凝結(jié)水聯(lián)箱聯(lián)結(jié)。每8片或10片構(gòu)成一個(gè)散熱單元，每個(gè)單元的管束為59.50—60.50角組成A一型架構(gòu)。
(2)冷卻元件：
冷卻元件即翅片管，它是空冷系統(tǒng)的核心，其性能直接影響空冷系統(tǒng)的冷卻效果。對(duì)翅片管的性能基本要求：
a．良好的傳熱性能；b.良好的耐溫性能；c.良好的耐熱沖擊力；d．良好的耐大氣腐蝕能力；e．易于清洗塵垢：f.足夠的耐壓能力，較低的管內(nèi)壓降：g.較小的空氣側(cè)阻力；h．良好的抗機(jī)械振動(dòng)能力；i.較低的制造成本。
空冷凝汽器冷卻元件，采用園管外繞翅片為多排管，如福哥式冷卻元件。后發(fā)展為大口徑橢園管套矩形翅片為雙排管，近期發(fā)展出大口徑扁管翅片管，又稱之為單排管。應(yīng)當(dāng)說此三種冷卻元件在直接空冷系統(tǒng)中都得到了成功的應(yīng)用。目前生產(chǎn)鋼制多排管的主要是德國(guó)巴克杜爾(BDT)公司，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)基地位于張家口市；生產(chǎn)雙排管的主要是德國(guó)基伊埃(GEA)公司，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)基地在太原市捷益公司、哈爾濱空調(diào)股份有限公司；原比利時(shí)哈蒙(HAMON)公司生產(chǎn)單排管，國(guó)內(nèi)沒有生產(chǎn)線，去年被BDT公司總部購(gòu)并后，與BDT合并為同一家公司，于今年在天津上了兩條生產(chǎn)線，到目前為至，三種管型均在國(guó)內(nèi)有了合資生產(chǎn)線，或獨(dú)立生產(chǎn)。
(3)雙排管的構(gòu)成
橢園鋼管鋼翅片，管徑是100X20mm的橢園鋼管，纏繞式套焊矩形翅片，管兩端呈半園，中間呈矩形。首先接受空氣側(cè)的內(nèi)側(cè)管翅片距為4mm，外側(cè)管翅片距為2．5mm。管距為50mm，根據(jù)散熱面積大小，可以變化管子根數(shù)，多根管數(shù)組成一個(gè)管束，每8片或10片管束構(gòu)成一個(gè)散熱單元，兩個(gè)管束約成60度角構(gòu)成“A”字形結(jié)構(gòu)。單排管的構(gòu)成：橢園鋼管鋼翅片，管徑是200×20mm，兩端呈半園，中間呈矩形。蛇形翅片，釬焊在橢園鋼管上。
翅片管的下端同收集凝結(jié)水的集水箱聯(lián)結(jié)。集水箱同逆流單元相結(jié)。在逆流單元管根部留有排汽口。
(3)散熱單元布置
每臺(tái)機(jī)組布置成垂直、平行汽機(jī)房方向有列、行之分。300MW機(jī)組布置6列4行或5行單元數(shù)，單元總數(shù)為24或30；600MW機(jī)組布置8列6行、7行或8行單元數(shù)，單元總數(shù)有48、56、64散熱單元。ko結(jié)構(gòu)
散熱單元有順流和逆流單元之分。其順流是指明蒸汽自上而下，凝結(jié)水也是自上而下，當(dāng)順流單元內(nèi)蒸汽不能完全冷凝，而剩余蒸汽在逆流單元冷凝，在這里蒸汽與冷凝水相反方向流動(dòng)，即蒸汽由下而上，水自上而下相反方向流動(dòng)。
眾所周知，機(jī)組運(yùn)行蒸汽內(nèi)總是有不可凝汽體隨蒸汽運(yùn)動(dòng)，設(shè)置逆流單元主要是排除不可凝汽體和在寒冷地區(qū)也可以防凍。
在寒冷地區(qū)，順、逆流單元面積比，約5：1，單元數(shù)相比約2．5：1。在600MW機(jī)組的散熱器每列是2組逆流單元，而在300MW機(jī)組的散熱器每列是1組逆流單元。每臺(tái)機(jī)組順、逆流單元散熱面積之和，為散熱總面積。這面積為渡夏要求有一定裕量，因?yàn)楣苁崞蠈?shí)際污染要比試驗(yàn)值大、大風(fēng)地區(qū)瞬間風(fēng)速高于4．0m／s、管束機(jī)械加工質(zhì)量缺陷，尤其電廠投產(chǎn)后溫度場(chǎng)變化，其溫度要比氣象站所測(cè)溫度高出2．0·C以上，豐鎮(zhèn)間冷是3．0·C。這些問題應(yīng)引起重視。
3．3抽氣系統(tǒng)
在逆流單元管束的上端裝置排氣口，與設(shè)置的抽汽泵相聯(lián)。抽氣泵是抽氣，分運(yùn)行和啟動(dòng)，啟動(dòng)抽氣時(shí)間短，300MW機(jī)組的系統(tǒng)容積大約5300m3，抽氣同時(shí)在降背壓，使之接近運(yùn)行背壓。時(shí)間約40分鐘。
在抽氣時(shí)注意，蒸汽和不凝氣體的分壓力，抽氣不可抽出蒸汽。抽氣系統(tǒng)也是保證系統(tǒng)背壓的。
3．4凝結(jié)水系統(tǒng)
冷卻單元下端集水箱，從翅片管束收集的凝結(jié)水自流至平臺(tái)地面或以下的熱井，通過凝結(jié)泵再將凝結(jié)水送往凝結(jié)水箱并送回?zé)崃ο到y(tǒng)。
3．5通風(fēng)系統(tǒng)
直接空冷系統(tǒng)散熱目前均采用強(qiáng)制通風(fēng)，大型空冷機(jī)組宜采用大直徑軸流風(fēng)機(jī)，風(fēng)可為單速、雙速、變頻調(diào)速三種。根據(jù)工程條件可選擇任一種或幾種優(yōu)化組合方案。就目前國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在寒冷地區(qū)或晝夜溫差變化較大的地區(qū)，采用變頻調(diào)速使風(fēng)機(jī)有利于變工況運(yùn)行，同時(shí)也可降低廠用電耗。為減少風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)，通常采用大直徑軸流風(fēng)機(jī)，直徑達(dá)9．14m、10．36m；減速齒輪箱易發(fā)生漏油和磨損，目前以采用進(jìn)口設(shè)備比較安全；變頻調(diào)速器國(guó)內(nèi)已有合資公司，比進(jìn)口設(shè)備造價(jià)有較大幅度的降低；為降低噪音，風(fēng)機(jī)葉片的選型很重要，葉片材質(zhì)為玻璃鋼，耐久性強(qiáng)，不宜破損。近年來，國(guó)內(nèi)直接空冷電站對(duì)風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的噪音日益嚴(yán)格，按照環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)區(qū)三類標(biāo)準(zhǔn)要求在距空冷凝汽器平臺(tái)150m處的風(fēng)機(jī)噪音聲壓水平，白天不得超過65dB(A)，夜間不得超過55dB(A)，風(fēng)機(jī)選型一般是低噪音或超低噪音風(fēng)機(jī)。此類風(fēng)機(jī)國(guó)內(nèi)目前生產(chǎn)水平難以滿足噪音標(biāo)準(zhǔn)要求，通常采用的進(jìn)口風(fēng)機(jī)有意大利COFIMCO公司和波蘭HOWDEN公司生產(chǎn)的軸流風(fēng)機(jī)在直接空冷系直接空冷系統(tǒng)的運(yùn)行受環(huán)境在溫度、機(jī)組負(fù)荷等因素變化影響較敏感，并且變化頻次也較多，自控系統(tǒng)對(duì)空冷凝汽器的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)為達(dá)到上述三項(xiàng)任務(wù)，必須對(duì)空氣流量和蒸汽流量進(jìn)行控制。為散熱器單元都要裝配清洗泵，用以翅片管上的污垢，如大風(fēng)產(chǎn)生的雜物、平時(shí)積累的灰塵等。清洗有高壓空氣或高壓水，后者優(yōu)于前者，高壓水泵的壓力在130ram(大氣壓)，每小時(shí)10噸。一般每年清支撐結(jié)構(gòu)是直接空冷裝置的主要承重設(shè)備，上部為鋼桁架結(jié)構(gòu)，下部為鋼筋混凝土支柱和基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)體系龐大，受各種荷載作用復(fù)雜。國(guó)外對(duì)此已經(jīng)有了成熟的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)，同國(guó)際先進(jìn)水平相比，國(guó)內(nèi)目前針對(duì)大型直接空冷機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)方面的研究工作較晚，對(duì)支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及力學(xué)計(jì)算屬于需要開發(fā)。目前國(guó)內(nèi)在建的幾個(gè)空冷電站支撐結(jié)構(gòu)鋼桁架均由國(guó)外公司設(shè)計(jì)完成。

4．直接空冷系統(tǒng)有待研究的幾個(gè)問題
直接空冷系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)處于起步階段，在設(shè)計(jì)和運(yùn)行上均缺乏更多經(jīng)驗(yàn)，電廠業(yè)主關(guān)注的不僅是空冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)性，更關(guān)心的是空冷系統(tǒng)的安全性，所謂安全性主要包括兩個(gè)方面：一是夏季高溫能否保證設(shè)計(jì)考核點(diǎn)的滿發(fā)，二是在冬季低溫條件下能否有效防凍。為此，在直接空冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行過程中有必要研究和總結(jié)以下幾方面的課題：
4．1大風(fēng)影響
直接空冷系統(tǒng)受不同風(fēng)向和不同風(fēng)速影響比較敏感，特別是風(fēng)速超過3．0m／s以上時(shí)，對(duì)空冷系統(tǒng)散熱效果就有一定影響，特別是當(dāng)風(fēng)速達(dá)到6．0/s以上時(shí)，不同的風(fēng)向會(huì)對(duì)空冷系統(tǒng)形成熱回流，甚至降低風(fēng)機(jī)效率。為了使大風(fēng)的影響降低到最低限度，設(shè)計(jì)上必須研究夏季高溫時(shí)段，某一風(fēng)速出現(xiàn)最大頻率的風(fēng)向，在設(shè)計(jì)布置時(shí)應(yīng)避開，甚至適當(dāng)拉大與A列的距離。在運(yùn)行期間通過氣象觀測(cè)收集有關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)電廠發(fā)電負(fù)荷的變化進(jìn)行總結(jié)，工程實(shí)施前進(jìn)行必要的物模或數(shù)模試驗(yàn)，以指導(dǎo)設(shè)計(jì)和今后運(yùn)行采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比總結(jié)。
4．2熱風(fēng)再回流
電廠運(yùn)行時(shí)，冷空氣通過散熱器排出的熱氣上升，呈現(xiàn)羽流狀況。當(dāng)大風(fēng)從爐后吹向平臺(tái)散熱器，風(fēng)速度超出8m／s，羽流狀況要被破壞而出現(xiàn)熱風(fēng)再回流。熱氣上升氣流被爐后來風(fēng)壓下至鋼平臺(tái)以下，這樣的熱風(fēng)又被風(fēng)機(jī)吸入，形式熱風(fēng)再循環(huán)。甚至最邊一行風(fēng)機(jī)出現(xiàn)反向轉(zhuǎn)動(dòng)。在工程上是增設(shè)擋風(fēng)墻來克服熱風(fēng)再循環(huán)，擋風(fēng)墻高度要通過設(shè)計(jì)而確定。
4．3平臺(tái)高度
支撐結(jié)構(gòu)平臺(tái)高度與電廠總體規(guī)劃、空冷系統(tǒng)自身的要求綜合考慮。平臺(tái)高度的確定原則是使平臺(tái)下部有足夠的空間，以利空氣能順利地流向風(fēng)機(jī)。平臺(tái)越高，對(duì)進(jìn)風(fēng)越有利，但增加工程造價(jià)。如何合理確定平臺(tái)高度，目前沒有完善的理論公式，各家只有習(xí)慣的經(jīng)驗(yàn)設(shè)算，解決此問題的途徑是根據(jù)多家經(jīng)驗(yàn)，通過不同條件的模型計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行期間的測(cè)試，研究總結(jié)出一個(gè)較理想的計(jì)算方法。
4．4防凍保護(hù)
直接空冷系統(tǒng)的防凍是影響電廠安全運(yùn)行的一個(gè)重要問題，從國(guó)外設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)有許多措施來保證防凍是有效的。
a．設(shè)計(jì)上采用合理的順流與逆流面積比，即K／D結(jié)構(gòu)。對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)“K／D”取小值，對(duì)炎熱地區(qū)取大值。
b.加設(shè)擋風(fēng)墻，預(yù)防大風(fēng)的襲擊。
c．采用能逆轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)，以形成內(nèi)部熱風(fēng)循環(huán)。
d．正確計(jì)算汽機(jī)排汽壓力與環(huán)境氣溫的關(guān)系，以確定風(fēng)機(jī)合理運(yùn)行方式。
e．先停順流單元風(fēng)機(jī)，后停逆流單元風(fēng)機(jī)。
f.嚴(yán)格控制凝結(jié)水的過冷度。
g．嚴(yán)格控制逆流管束出口溫度，及時(shí)調(diào)節(jié)逆流風(fēng)機(jī)的運(yùn)行時(shí)數(shù)。以上是設(shè)計(jì)和運(yùn)行兩方面對(duì)防凍保護(hù)的一些措施，如何應(yīng)用合理得當(dāng)，仍要在設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)不同的工程條件進(jìn)行必要的研究和總結(jié)。

5．空冷汽輪機(jī)的運(yùn)行工況
5.1空冷汽輪機(jī)的運(yùn)行工況
a．TRL工況一能力工況
b.T—MCR工況一最大連續(xù)工況
c．VWO工況一閥門全開工況
d．THA工況一額定工況
e．阻塞背壓。
5．2空冷機(jī)組的匹配關(guān)系
(1)鍋爐容量與汽機(jī)VWO工況進(jìn)汽量相匹配；
(2)電機(jī)'>發(fā)電機(jī)最大連續(xù)功率與機(jī)組相匹配；
(3)空冷裝置匹配關(guān)系應(yīng)同時(shí)滿足下列條件：
a．空冷裝置容量應(yīng)保證在規(guī)定的夏季某氣溫條件下的T—MCR工況發(fā)額定功率，并留有一定空冷單元或相當(dāng)風(fēng)量裕量；
b.空冷裝置在典型年最高溫條件下，機(jī)組進(jìn)汽量為VWO工況汽量的背壓值與機(jī)組安全限制背壓之間留有15kpa以上的裕量，以適應(yīng)不利的環(huán)境風(fēng)速變化下安全運(yùn)行；
c.當(dāng)一個(gè)空冷單元風(fēng)機(jī)停運(yùn)或檢修時(shí)，機(jī)組正常運(yùn)行背壓在限制背壓以內(nèi)。

6．結(jié)語
大型電站直接空冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較晚，在內(nèi)蒙地區(qū)更晚，目前上都電廠、豐鎮(zhèn)三期、托電三期、烏拉山等空冷電廠只進(jìn)入施工詳圖設(shè)計(jì)階段或投標(biāo)階段，設(shè)計(jì)和運(yùn)行缺乏經(jīng)驗(yàn)。內(nèi)蒙院于2000年開始研究開發(fā)空冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)，2001年11月第一次在正蘭電廠2X600MW空冷機(jī)組工程設(shè)計(jì)投標(biāo)階段應(yīng)用，相繼完成了幾個(gè)工程的可研和初步設(shè)計(jì)。現(xiàn)正在進(jìn)行烏拉山、錫林浩特電廠、新豐電廠、達(dá)電四期空冷機(jī)組工程旋工圖的準(zhǔn)備工作。從起步到現(xiàn)在由內(nèi)蒙院原水工室主任李樹梅高工帶領(lǐng)年青同志研究開發(fā)達(dá)四年多的時(shí)間，通過收集信息，研究開發(fā)，并向外學(xué)習(xí)，對(duì)直接空冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)有了一定的基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)能力。本次交流只是對(duì)直接空冷系統(tǒng)主要系統(tǒng)的概念介紹，由于對(duì)直接空冷系統(tǒng)的理論和工程實(shí)踐有待進(jìn)一步學(xué)習(xí)和研究，錯(cuò)誤之處在所難免，本稿只限內(nèi)部交流和同行共同學(xué)習(xí)。聯(lián)系地址：內(nèi)蒙古呼和浩特市新城區(qū)光明路觀府花園B座二單元101

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