1、目录1. 概述1.12.标题2.13.总结致谢附录 摘 要空冷技术作为火力发电厂节水的一项重大技术,针对缺水地区建设火电厂时,可以用有限的水资源建设高参数大容量机组,既响应国家节能减排政策,又缓解了与当地工农业、生活用水争水的矛盾。我国电厂空冷技术发展较晚,始于 20 世纪 80 年代,引进匈牙利的海勒式间接空冷系设计技术和设备制造技术应用于大同第二发电厂 5、6 号机组(2 200MW)上。随后作为八五重大攻关项目!,1993 年在内蒙古丰镇发电厂投产了我国第台首次自行设计、制造、安装调试的 200MW 海勒式间接空冷机组,之后又相继投产 3 台 200MW 机组,节水率达到了 70%以上。
2、1999 年开始,为了发展空冷技术的多样化,在太原第二热电厂四期 2200MW 机组上采用表面式凝汽器的间接空冷系统,国内引进散热器制造设备和制造技术。国内这 3 座大型空冷电站的投产运行,经过多年的运行证明节水效果明显,为推动我国空冷技术的快速发展起到了积极的示范作用。关键词：空冷技术，节水第 1 章 绪 论1.1 本论文的背景和意义空冷技术作为火力发电厂节水的一项重大技术,针对缺水地区建设火电厂时,可以用有限的水资源建设高参数大容量机组,既响应国家节能减排政策,又缓解了与当地工农业、生活用水争水的矛盾。空冷技术早在上世纪 30 年代末已经应用于火力发电厂，1938 年在德国北部玻特罗波地区
3、投运了一台 1.5MW 直接空冷汽轮机组。在二十世纪 50 年代，匈牙利海勒教授提出采用混合式凝汽器和铝制散热器的间接空冷系统。随着空冷技术的发展，又相继出现了应用表面式凝汽器和钢制散热器的间接空冷系统。目前，国外已投运的 600MW 等级的空冷汽轮机组多数在南非，正在建设的大容量空冷机组有澳大利亚 Kogan Creek 电站，建设 750MW 等级火电空冷机组，已经在 2006 年 9 月开始投运。 国内空冷技术研究工作开始于上世纪 60 年代，1966年在哈尔滨工业大学试验电站的 50kW 机组上首次进行了直接空冷系统的试验，1967年在山西侯马电厂 1.5MW 机组上进行了直接空冷系统
4、的工业性试验。国内大型空冷机组应用于 80 年代末期，1987 年在山西大同第二发电厂投产两台 200MW 国产空冷机组，引进匈牙利海勒式间接空冷系统； 1993 年在山西太原第二热电厂投产两台200MW 国产空冷机组，采用表面式凝汽器的间接空冷系统。国内已经投产的直接空冷机组有 2 台 200MW 机组，10 台 300MW 机组，8 台 600MW 机组，其中 600MW 直接空冷机组由中国电力工程顾问集团华北电力设计院工程有限公司完成设计，分别是山西大同二电厂 2600MW 直接空冷机组、托克托电厂 4600MW 直接空冷机组和内蒙古上都电厂 2600MW 直接空冷机组。 2004 年,
5、受国家发展和改革委员会的委托,中国电力工程顾问集团公司组织东北、西北、华北电力设计院针对中电投通辽三期600MW 机组直接空冷系统设计设备国产化研究，取得了一系列重大成果。该项目空冷系统的主要设备管束和风机均采用国产设备, 预计 2007 年 8 月投产。据不完全统计，截止 2010 年，国内将有 40 余座空冷电站投产，总装机容量达到 40000MW。我国的火电空冷技术正式开始始于 20 世纪 80 年代,引进匈牙利的海勒式间接空冷系设计技术和设备制造技术应用于大同第二发电厂 5、6 号机组(2200MW)上。随后作为八五重大攻关项目,1993 年在内蒙古丰镇发电厂投产了我国第台首次自行设计
6、、制造、安装调试的 200MW 海勒式间接空冷机组,之后又相继投产 3 台 200MW 机组,节水率达到了 70%以上。1999 年开始,为了发展空冷技术的多样化,在太原第二热电厂四期 2200MW 机组上采用表面式凝汽器的间接空冷系统,国内引进散热器制造设备和制造技术。国内这 3 座大型空冷电站的投产运行,经过多年的运行证明节水效果明显,为推动我国空冷技术的快速发展起到了积极的示范作用。电厂直接空冷技术发展已有几十年的历史,初期限于当时的技术条件,只是应用于一些小容量的汽轮发电机组。随着经验的积累和工技术水平的发展,尤其是在 20 世纪 70 年代后,一些困扰直接空冷技术应用的技术问题得到解
7、决,电厂直接空冷技术的应用开始进入较快的发展期。2006 年 6 月由哈空调自行设计制造的首台 300MW 国产化的直接空冷系统内蒙古乌拉山发电厂投产,为我国掌握直接空冷技术掀开了崭新的一页。2007 年大唐阳城2600MW 间接空冷组的投产为间冷技术在大容量机组的应用上开辟了先河。内蒙古地区已投产的空冷机组共 27 台,容量达到 1150MW,接近整个内蒙电网机总容量的 50%空冷技术近两年来在内蒙地区得到了广泛的应用节约了大量的水资源随着国民经济在国家宏观调控下持续快速发展，我国电力工业发展迅猛。到 2000 年底，我国发电设备总装机容量为 3193 亿 kw，其中火电装机容量为 2375
8、 亿 kw，火电容量占到总容量的 744，并且火电机组基本上都是燃煤机组。目前，我国是发电总装机容量和总发电量均为世界第二位。按照我国电力工业发展的总目标：2005 年发电装机容量将达到 3。55 亿 kW，2010 年发电装机容量将达到 45 亿 kw，预计到 2050年我国装机容量将达到 16 亿 kw，其中火电机组仍将占总装机容量的 60以上。因此，我国以煤为主的能源消费格局在比较长的一段时问内不会改变。火电厂是一个将一次能源转化为二次能源的地方，是消耗一次能源的大户。但是我国能源的现状却不容乐观，人均能源占有量仅为世界人均量的 36左右。同时我国的能源利用率较低，目 I；仅为 32左右
9、，与发达国家的能源利用率 4050有着较大差距。单位国民生产总值能耗是发达国家的 34 倍，从而使我国的能源供需矛盾突出。我国政府对能源问题极为重视，提出了“节约与开发并重，近期把节约放在优先发展的地位”的能源方针政策，同时加强节能工作的法制建设，大力推进节能降耗的技术进步，是我国节能工作走向法制化、科学化的轨道。在当国家能源十分紧张的情况下，提高火电行业的节能意识，加强能源管理，降低煤耗具有十分重要的意义。，到 2001 年底，我国火电厂平均供电标准煤耗为 3859kwh，与国际同期先进水平3179kwh 相比，高出了 689kwh，可见节能潜力巨大。造成煤耗高于设计值的大部分是在运行中产生
10、的，主要原因有：(1)为适应电网需要机组参与调峰运行，但运行时缺乏经济的运行方式：(2)运行操作没有严格的规范，缺乏动态的运行分析和操作指导；(3)运行考核未能客观反映机组运行经济性， 缺乏有效的考核手段。降低煤耗的方法有：新建高参数大容量机组，以替代低效的小机组；提高现有机组的运行水平，挖掘节能潜力，达到经济运行、节能降耗之目的；加强对节能工作及设备维修工作的科学管理等等。为了 J 下确指导火电厂的节能降耗工作，必须有完整的计算电厂经济性的理论和方法，才能有的放矢地采取措施，提高机组的运行经济性。然而，火力发电消耗的不仅是一次性能源。还有水资源，而水资源缺乏是目前全世界面临的一大难题。根据联
11、合国最近几年的统计显示，全世界淡水消耗量自本世纪初增加了六至七倍，比人口增长的速度高两倍目前世界上八十个国家约十五亿人口面临着淡水资源不足，其中二十六个国家约三亿人口完全生活在缺水状态中。我国人均占有水量只有世界人均占有量的四分之一，位列世界第一百一十位，已被联合固列为十三个贫水因之一” 。并且我国水资源分稚极不平衡，在北方地区，特别是一些煤炭资源丰富的地区往往又是水资源相对缺乏的“富煤贫水”地区，这与建设大型火电站必须具备煤和水的要求产生了矛盾，致使大型常规凝汽机组在我国的建设受到制约。如采用煤炭跨地区调度方案，一方面不能保证丰富的地产煤及时运出，另一方面也加大了交通运输行业的压力。为了适应
12、国民经济快速发展对电力资源的需求，发展无水或少水的空冷发电机组无疑是解决上述闯题的有效措施，同时还解决了对当地水资源污染的问题第二章电厂空冷系统2 .1 空冷机组和空冷系统简介2.1.1 直接空冷系统定义;采用环境空气通过空冷散热器将汽轮机排气冷凝成凝结水。空气与蒸汽间进行的热交换，系统所需的冷空气由机械通风方式来供应。自 1987 年开始，南菲的 Marimba 电站陆续投产了 6 台 665 娜空冷机组，这也是目前世界上单机容量最大的直接空冷机组。位于山西省的义望铁合金厂 2 号 6 姗自备发电机组于 2001 年 9 月投产，成为国内首台自行设计、制造、安装、运行的直接空冷机组。直接空冷
13、系统具有如下特点：(1)系统相对简单：(2)真空系统体积庞大，密封性要求高：(3)一般采用轴流风机调节冷却风量，调节方式灵活：(4)汽轮机运行背压范围较大，必须能承受高背压工况，效率较低；15)采用机械通风方式导致厂用电率高，风机运行产生噪声；(6)受环境温度变化的影响较大；(7)针对冬季防冻问题有较为灵活的调节手段；(8)运行方式简单，控制灵活可靠，调峰能力强：(9)直接空冷凝汽器一般都布置在汽机房房顶，或布置在汽机房侧面的高架平台上，平台之下通常布置电气或其宦设备，整体占地面积减小。云冈热毫地区的直接空冷机组位于山西大同的大唐云冈热电有限责任公司安装了 2200M超高压燃煤供热直接空冷发电
14、机组，其直接空冷系统采用德冒 GEA 公司技术，主要设备在国内进行生产。l 号机组于 2003 年 11 月投产，2 号机组于同年 12 月投产。到目前为止，2台机组运行状况良好，这也是大型直接空冷机组在国内的首次应用。空冷凝汽器布置在标高 314m 的平台之上。24 组空冷凝汽器分为 6 个冷却单元依次布置，每个单元有 4 组空冷凝汽器，其中 3 组为顺流凝汽器，1 组为逆流凝汽器。24 台轴流变频调速冷却风机设置在每组空冷凝汽器下部。汽轮机排汽在顺流和逆流空冷凝汽器凝结成水，经各冷却单元的凝结水管汇集引入 80 m3 凝结水箱。空冷凝汽器是以接近 60。角组成的等腰三角形 w 型结构， A
15、”型结构两侧分别为 4 个散热器管柬。每个散热器管柬由 2 排错，n 布置的翅片管组成。此外空冷系统还装设了翅片管清洗装置，每年不定期冲洗空冷凝汽器外表面，将沉积在翅片问的灰尘和杂物清洗干净，保持空冷凝汽器良好的散热性能。发电厂空冷技术是一种节水型的火力发电技术。发电厂空冷系统也称干冷系统。它是相对于常规发电厂是冷系统而言的。常规发电厂的湿式冷却塔是把塔内的循环水以“淋雨”方式与空气直接接触进行热交换的, 其整个过程处于“湿”的状态, 其冷却系统称为湿冷系统。湿冷系统在冷却过程中水随着热空气大量蒸发损失, 对水资源消耗非常大。空冷系统中, 需冷却的循环水在空冷塔中与空气是通过散热器间接进行热交
16、换, 整个冷却过程处于“干”的过程 , 所以空冷塔又称为干式冷却塔或干冷塔。接采用环境空气通过空冷散热器将汽轮机排气冷凝成凝结水。空气与蒸汽间进行的热交换，系统所需的冷空气由机械通风方式来供应。组成排气管道空冷凝汽器空冷风机（低压轴流风机）蒸汽分配管凝结水收集系统抽真空的系统排汽系统控制系统优缺点优点：不需要冷却水等中间冷却介质，初始温差比较大。冷却系统内热介质与冷介质温度的差值 QFt。设备少，系统比较简单，基建投资少，占地面积小空气量的调节灵活。各季防冻措施是比较可靠的。缺点：空冷凝汽器比常规的体积大的多，容易漏汽排汽管道加工比较困难厂用电量增加，增加了噪声源。直接空冷机组的特点用水量是最
17、少的运行时调节灵活，防冻的性能最好占地的面积比较小排气管道比较长，真空面积大 抽真空时不凝结气体很多，因此对抽真空设备有特殊要（电厂采用 3 台100水环真空泵同时启半小时建立真空）机组的背压比较高，背压变化比较大，空气比热容高，设计背压为 1530 KPa（湿冷机组为 1530 KPa）受环境气温影响夏季变为 50 KPa，冬季为 10 KPa（使得煤耗增加）则汽轮机低压部分设计不同。厂用电率高，风机总功率占机组功率的 1。热力系统的特点：回热系统配置不同于常规系统。湿冷机组为 3 台高加，4 台低加，1 个除氧器直接空冷机组为 3 台高加，3 台低加，1 个除氧器给水温度为 27280，凝
18、结水温度为 30（湿冷机组）直接空冷机组凝结水温为 60，夏季为 80。循环水泵系统 独立设置辅机冷却水系统（辅机需要水冷）给水泵分为电动泵和汽动给水泵。汽动泵的压力为 1.83 KPa 排汽单独设置为湿冷和湿冷机组。凝结水自身的特点精处理设备的温度为：60802.1.2 海勒系统1、原则性汽水系统图如附图 1 a1 锅炉:2、过热器;3、汽轮机;4、喷射式凝汽器;5、凝结水泵;6、凝结水精处理装置:7、凝结水升压泵; 8、低压加热器;9、除氧器:10、给水泵;11、高压加热器:12、冷却水循坏泵;13、调压水轮机;14、全铝制散热器;15、空冷塔;16、旁路截流阀;17、发电机2、组成喷射式
19、（混合式）凝汽器，装有辐哥型散热器3、系统的优缺点优点：凝汽器体积比较小，不知在汽轮机的下部。排气管道比较短，真空系统比较小，保持式冷却的特点与中背压汽轮机配套，使整个机组的水煤耗降低。缺点：设备比较多，系统比较复杂，布置比较困难。冷却水量比较多，相当于锅炉给水量的 40 倍。要求的水质要和锅炉要求的保持一致，水处理的费用很高。自动控制系统复杂，散热器防冻的性能差，冷却效果受外界风的影响比较大。2.1.3 哈蒙式系统结构：1、锅炉:2、过热器;3、汽轮机:4、表面式凝汽器;5、凝结水泵;6、凝结水精处理装置:7、凝结水升压泵;8、低压加热器;9、除氧器;10、给水泵:11、高压加热器;12、循
20、环水泵;13、膨胀水箱; 14、全钢制散热器 15、空冷塔;16、发电机2、组成表面式凝汽器（不锈钢） 空冷塔(不锈钢制的散热器) 3、系统的优缺点优点：设备少系统也比较简单汽水系统和冷却水系统是分开的，水质有各自的要求。带负荷的能力受大风的影响比较小缺点：传热效果比较差背压比海勒系统高，经济性下降。同样的汽轮机背压下，要求散热器布置量多。散热面积增加，投资增多。2.1.4 SCAL 间接空冷系统1、组成不锈钢管制的散热器装有辅哥型散热器的空冷塔2、特点冷却水系统的耗水量几乎为零冷却水和汽水系统是分开的，且水质有各自的标准。一般采用的冷却水是除盐水，表面式凝汽器内不会出现结垢好，表面式凝汽器换
21、热效果提高。冷却水的 pH 控制在合适的范围内，可以使两种设备的材质的腐蚀效率降低。保证散热器和表面式散热器的使用寿命增加。循环水泵的扬程一般比较低，功耗小。取消了海勒系统中的水轮机以及其它的一些调压装置。散热器的面积小，空冷塔的体积小。系统简单操作方便，投资省。2.1.5 三种系统的比较1、设备的比较直接空冷 哈门式空冷 海勒式空冷空冷散热器冷却系统成负压，严密性要求最严格，成人字型、倾斜布置冷却系统成微正压，比直接空冷严密性弱成水平或微倾斜冷却系统成微正压，严密性要求严格，竖直布置在塔外水平卧式布置在塔内凝汽器空气冷却的表面式换热器，进行空气与汽轮机的饱和蒸汽之间的换热水冷却的表面式的热交
22、换，在排汽与冷却水之间的换热水冷却混合式的热交换，排气与冷却水之间的换热泵 不需要循环水泵有循环水泵布置得比较浅，电动机的功率比较小有循环水泵，泵坑比较深，功率大。泵与水轮机同轴水轮机 无 无用水轮机调压（200MW 以上）风机 风机群 无 无自然通风塔 不需要 有 自然通风 有 自然通风2、系统技术性方面的比较直接空冷 哈门式空冷 海勒式空冷换热次数 一次 两次 两次换热方式表面式 表面式一次混合式 散热器采用表面式散热真空容积 30 倍 较小 小防冻措施负荷的大小，风机的多少转速的大小热风再循环利用蒸汽的盘管加热进入散热器的空气自身旁路采用的防冻措施（启用）调节百叶窗的开度，控制空气量加防
23、冻剂采用自身的旁路改变百叶窗的开度变工况运行的能力调节灵活， 变工况运行方便灵活性一般 方便性中等不方便工况固定汽轮机 高背压 中背压 低背压经济性的比较直接空冷 哈门式空冷 海勒式空冷发电标准煤耗（海勒）增加 5 8增加 4.5 8增加 4 8厂用电率 相仿 减少 30 减少 10左右节水性能 75以上 65以上 65全厂热效率 减少 4 减少 3 减少 3基建投资情况（直接空冷）100 126 1102.1.6 空冷技术的特点空冷技术具有显著节水的特点。常规水冷凝汽器发电机组中，冷却塔所蒸发的水，可占电厂用水的以上，采用空冷系统后，将大幅减少补水量相同装机容量的水冷机组相比，空冷机组系统的
24、运行可节水以上，为电厂循环系统节水以上。空冷机组的造价高由于空气的传热性能远不及水，在相同条件下，空冷凝汽器所需的换热面积远大于水冷凝汽器，因而需要更大的空间布置空冷设备。在空冷系统中，采用空气冷却的设备，体积相对较大，导致设备制造成本上升。空冷电厂比相同容量的水冷电厂需增加投资约。易受环境的影响空冷系统的冷却性能受环境影响较大，气温、风速、雨雪环境因素都会影响到空冷系统的运行效率，在恶劣的气候条件下，往往导致汽轮机的背压升高。在炎热夏季，需要适当减少发电量，而在严寒的冬季，应采取必要的防冻措施，以避免因管束冻结而引起机组跳闸。热耗高空冷机组的冷却极限温度均高于水冷机组的相应温度，因此，其机组
25、的循环效率比水冷机组效率低约。此外，空冷机组将增加厂用电耗，空冷机组总体电耗要比水冷机组增加左右。2.1.7 空冷技术分类电站空冷技术分为两大类：一类是直接空冷发电技术，另一类称为间接空冷发电技术。电站的直接空冷系统，又称为空气冷凝器系统（ ） ，简称。是用空气通过鼓风或者引风形式，直接对汽轮机乏汽进行冷却和冷凝，其主要特征是换热管的基管尺寸直径大，换热系数高，系统采用冷却三角单元布置。直接空冷系统可根据散热器管束翅片管排数分为种：三排管（翅片套或者绕在椭圆形截面基管上，早期技术采用圆形截面基管） ，双排管（长方形翅片套在椭圆形截面基管上） ，单排管（基管截面为扁平形，又称为大扁管） 。单排管技术由国外公司于年开发成功。相对另外种管束形式而言，具有重量轻，传热效率高，抗冻性能好等优点，但单排管材料为单面镀铝的钢基管，采用钢板与铝翅片进行钎焊的组装工艺，材料成本较高。特别是单面镀铝的钢板制成钢管时，对材料镀层有较高的传热性能和力
