空冷系統(tǒng)設(shè)計回顧和思考

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

1.1技術(shù)儲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)計階段進行了詳細(xì)的表凝式間接空冷系統(tǒng)的方案設(shè)計，對該系統(tǒng)進行了相當(dāng)深度的優(yōu)化和布置設(shè)計研究，并在小型的PC機上自編了一套簡易間接空冷系統(tǒng)熱力計算程序，該項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機組設(shè)計中，對采用機械通風(fēng)直接空冷系統(tǒng)型式與國外著名空冷設(shè)備制造廠GEA和原HAMON公司進行了大量深入的技術(shù)配合，有了一定的該系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)積累。22005年電力工業(yè)出版社出版了由我院歷時5年編制完成的《電力工程水務(wù)設(shè)計手冊》是國內(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)計實用手冊，涵蓋電廠取排水、濕冷、空冷等所有冷源工藝設(shè)計內(nèi)容，其中對直接空冷系統(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、阻力計算、翅片管的基本類型和特性、空冷系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計和優(yōu)化等都有說明、舉例等。近年來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、大口徑薄壁排汽管設(shè)計等方面開展了多項研究，并已取得可喜的成果。31.2工程設(shè)計業(yè)績和經(jīng)驗依靠多年的研究和儲備，我院在確定空冷系統(tǒng)的主要參數(shù)（如設(shè)計氣溫、迎風(fēng)面風(fēng)速、散熱面積、設(shè)計富裕度）方面有自己的成熟體會和經(jīng)驗，能夠根據(jù)工程實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、運行等方面的矛盾。目前我院設(shè)計投運的5個直接空冷系統(tǒng)工程系統(tǒng)運行正常，其中300MW容量及以上的工程：華澤鋁電2X300MW機組和山西霍州電廠一期2X300MW機組在夏季高溫期通過168h、國華錦界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機組，主汽輪機分別為哈爾濱汽輪機廠有限責(zé)任公司和上海汽輪機有限公司，主機設(shè)計背壓分別為16KPa和15KPa，夏季滿發(fā)背壓均為35KPa。兩個工程均采用SPX-HAMON公司的鋼基管、釬焊鋁翅片的單排管翅片管束，每臺機組空冷器總散熱冷卻面積為74.85萬平米、設(shè)24臺9.14m風(fēng)機、設(shè)計迎風(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)計采用以投標(biāo)方為主由業(yè)主工程師參加聯(lián)合設(shè)計方式，我院每個工程先后派出8人月參加聯(lián)合設(shè)計。兩個工程的第一臺300MW空冷機組分別于2005年6月和2005年8月通過168h。下圖為河津電廠圖片。56國華錦界2X600MW機組，主汽輪機為上海汽輪機有限公司，主機設(shè)計背壓為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），每臺機組空冷器總散熱冷卻面積為175萬平米、設(shè)56臺9.14m風(fēng)機、設(shè)計迎風(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容量直接空冷機組，其中前4臺機組為連續(xù)建設(shè)，廠址風(fēng)向為紡錘型，主導(dǎo)風(fēng)向為汽機房A排前側(cè)向來風(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)計階段進行了物模試驗、并由空冷系統(tǒng)承包方進行了數(shù)模試驗，對空冷系統(tǒng)的布置安全性和經(jīng)濟性進行了分析研究。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光2X135MW循環(huán)硫化床空冷機組也已于2005年12月底投運，該工程空冷系統(tǒng)由GEA公司負(fù)責(zé)，單個冷卻單元的散熱能力與300MW、600MW機組相當(dāng)，但空冷器的支撐結(jié)構(gòu)采用的是全鋼結(jié)構(gòu)，設(shè)計輕巧，沒有龐大的混凝土支柱和復(fù)雜的鋼桁架，造價較低、施工周期較短。910近一兩年我院所設(shè)計的項目多數(shù)為空冷機組，600MW機組在建項目有陜西府谷2X600MW亞臨界直接空冷機組、華電靈武2X600MW亞臨界直接空冷機組、華能銅川2X600MW亞臨界機組、山西柳林2X600MW亞臨界機組等近10個600MW機組工程，其中銅川2X600MW機組給水泵采用汽動給水泵，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等多個在建300MW機組工程。112、空冷系統(tǒng)設(shè)計、應(yīng)用值得關(guān)注的幾個問題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)機轉(zhuǎn)速以提高迎風(fēng)面風(fēng)速的方法渡夏，設(shè)計最高迎風(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)計迎風(fēng)面風(fēng)速不宜低于2.2m/s。（3）有條件的600MW機組，可采用定速風(fēng)機，以減少投資（2X600MW機組約1500萬元）和變頻器的耗能2~3%，通過控制風(fēng)機開啟臺數(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，詳見簡圖：14近幾年國內(nèi)大容量空冷機組幾乎由直接空冷ACC系統(tǒng)一統(tǒng)天下，在ACC系統(tǒng)的設(shè)計、建造、調(diào)試、運行上國內(nèi)各設(shè)計、施工、調(diào)試、運行單位已積累了相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗。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（主要是國產(chǎn)化進程推進、國外著名品牌（包括風(fēng)機、減速箱）紛紛在中國設(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、制造、調(diào)試、運行已趨于成熟。但ACC在運行中也遇到了一些難題，在認(rèn)真解決這些難題的同時，對大容量機組應(yīng)該根據(jù)廠址條件進行分析，必要時可進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2X600MW機組為例作一個初步技術(shù)經(jīng)濟分析：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，但機組的凈發(fā)電量減少，因此國內(nèi)外對空冷系統(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)主要特點比較193.工程業(yè)績

（1）ACC系統(tǒng)：目前國內(nèi)在建和投產(chǎn)的600MW等級空冷機組大多采用ACC系統(tǒng)。國外也有較多業(yè)績。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)的單機容量小，多用于國外100～200WM機組，國內(nèi)1987-1988年建成投產(chǎn)的大同第二發(fā)電廠5、6號機組和1993-1995年建成投產(chǎn)的豐鎮(zhèn)電廠3～6號機組均為200MW容量。近年來隨著單機容量增加，在國外海勒系統(tǒng)技術(shù)有較大發(fā)展，國外已有用于相當(dāng)于200～550MW凝汽式汽輪機的發(fā)電廠，亞美尼亞拉茲達電廠2×300MW。其中亞美尼亞拉茲達電廠2×300MW采用兩機一塔方案，冷卻塔的散熱能力與600MW機組容量相當(dāng)；海勒系統(tǒng)的福哥式散熱器已用于在建的陽城2×600MW表凝式間接空冷系統(tǒng)。（3）表凝式間冷系統(tǒng)：國外有南非1988年投產(chǎn)的肯達爾（Kendal）電廠6×686MW工程；德國1985年投產(chǎn)的蘇英豪斯1×300MW電廠；此外國內(nèi)外有多臺200MW等級及以下已投運電廠采用此系統(tǒng)。1994年我國太原第二熱電廠建成2×200MW機組表凝式間冷系統(tǒng)。國內(nèi)山西陽城2×600MW在建項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。德國近20多年煙塔合一技術(shù)使用和實踐證明，煙塔合一技術(shù)會成為凈化煙氣、減少污染物排放總量、減輕對環(huán)境影響的“紐帶性”技術(shù)。冷卻塔排煙的抬升和擴散與科學(xué)界的理論計算和實際檢測結(jié)果是吻合的，通過冷卻塔排煙對環(huán)境的影響是較小的。工程上節(jié)約了建造煙囪及運行GGH的費用，在一定程度上彌補了燃煤電廠凈化煙氣的投資，推進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，與煙囪排放出的煙氣相比，其煙氣本身具有顯著的熱含量。對冷卻塔排放和煙囪排放而言，代表排放口動力和熱力關(guān)系的運動學(xué)相似數(shù)Froude數(shù)有一個量級上的區(qū)別。冷卻塔排放的煙氣由于熱力引起的動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)