1、直接空冷系统,目录,1. 冷却系统的意义 2. 电站空气冷却的三种方式 3. 空冷机组的单机容量, 运行可靠性, 设计技术 4. 直接空冷系统的组成和范围 5. 直接空冷总体方案的几个问题 6.直接空冷系统的运行和控制 7.我厂空冷岛布置特点 8.排气装置的结构简介 9.空冷电站的经济性 11. 12,由于水源的短缺,空气冷却技术受到各行业的重视,应用范围日益扩大, 在国内外已得 到很大的发展, 今就电站直接空冷系统的一些问题讨论如下： 采用湿式冷却塔热力循环示于下图。,冷却系统在 T-S 图, I-S 图上的表示.,若冷源冷却能力不足，则导致进入空冷凝汽器的排汽量减少，导致进入汽轮机的新蒸汽
2、量减少，使汽轮机发电功率减少。所以保证空冷散热器的冷却能力是至关重要的。 冷却系统的散热量占燃料热量的60-70%，而对空冷系统的投资与空冷机组接近, 在全厂的投资的比例中占有一定比例，因此空气冷却设备也受到人们的重视，称之为电厂四大主要设备之一，设计院的水工处也因此提高了身份。2. 电站的三种空气冷却方式 电站空气冷却的三种方式为：, 直接空气冷却方式，又称“ACC”，示于图14,采用混合式凝汽器的间接冷却方式，又称海勒（“HL”）系统，示于图24,；, 采用表面式凝汽器的间接冷却方式，示于图34。,全世界空冷机组的装机容量中, 直接空冷机组的装机容量约占60%, 间接空冷机组的装机容量约占
3、40%. 全世界空冷机组的装机容量呈指数曲线增加, 示于图1. 图1. 直接空冷系统和间接空冷系统容量的增长,3. 空冷机组的单机容量, 运行可靠性, 设计技术, 空冷机组的单机容量自1938年, 世界上第一台1500KW汽轮机直接空冷凝汽器装于德国一个坑口电站以来 已有60余年的历史,几个典型空冷机组是: 1958年,意大利Perugia附近的“Citta di Roma“ 电站2*36MW机组投入运行; 1968年, 西班牙Utrillas燃煤电站160MW空冷机组投入运行; 1978年, 美国怀俄明州Wyodak电站365MW空冷机组投入运行; 1987年,当今单机容量最大的南非Mati
4、mba电站6665MW直接空冷机组投入运行.,当今采用表面式凝汽器间接空冷系统的最大单机容量为600MW(肯达尔电站6*686MW). 当今采用混合式凝汽器间接空冷系统的最大单机容量为300MW级, 目前在伊朗投入运行的325MW机组，运转情况良好。, 空冷系统运行的可靠性。,无论是直接空冷机组,还是间接空冷机组,经过几十年的考验,证明其运行是可靠的. 到目前为止, 在全世界还找不出一台机组由于采用空冷系统而引发的事故, 所以空冷设备的制造商在样本中总是宣传空冷系统的可用率为100%. 但是不排除空冷系统在运行中, 由于种种原因而引发的问题,如严寒,酷暑,大风,系统设计不合理, 管理不当等.
5、这些问题有的已得到解决, 从我国已投入运行的多台空冷机组的运行情况来看，运行良好，空冷机组多年来安全运行就说明了问题 .空冷系统的安全性一直是一大问题, 主要是防冻问题. 在国外, 管束冻结问题早已经解决, 国内的管束冻结问题也已经解决. 采用福哥型空冷器的海勒系统的大同二电厂和丰镇电厂多年来运行正常。采用直接空冷系统的大同第一发电厂也顺利通过第一个严寒冬季的考验。空冷系统的运行问题主要是夏季出力不足。,4. 直接空冷系统的组成和范围,4.1 直接空冷系统的热力系统 直接空冷系统即汽轮机排汽直接进入空冷凝汽器, 其凝结水由凝结水泵排入汽轮机组的回热系统, 原则性热力系统示于图2,3.,4.2
6、直接空冷系统的组成和范围,组成: 自汽机排汽口至凝结水泵入口范围内的设备和管道,主要包括: 汽机排汽管道 直接空冷系统的组成和范围与国内的湿冷系统不完全一致.二级旁路进入空冷凝汽器的三级减温减压器空冷凝汽器管束凝结水管道:凝结水箱及其联接管道,凝结水再循环管空气管道疏水管道:疏水罐,疏水扩容器,疏水箱及其联接管道风机,包括:风机,减速箱,减振器，电机风机平台及其以上“A”型构架风机平台以下支架 自控系统和仪表各种管制件(如阀门等)按国外惯例,下列设备包括在空冷系统范围之内:(1). 抽气器; (2). 凝结水泵(3). 水的精处理设备.,对上述组成部分需要特别关注的是：排汽管道, 空冷凝汽器管
7、束，凝结水箱， 风机。不要误认为凝结水箱是一般的储水箱，它除具有储水作用外，还含有除氧，预热以减少凝结水过冷度等作用。,我公司空冷系统在设计时采用了排气联合装置，没有采用其它电厂的凝结水箱。 我们称: 一台风机，几片配套管束及“A”型构架组成一个冷却单元。如600MW机组，一般可由48个冷却单元组成。冷却单元又可分为顺流管束冷却单元和逆流管束冷却单元。,应特别关注自控系统和仪表。它的成败直接影响直接空冷系统能否自控运行，能否达到经济运行，甚至能否安全运行。,5. 直接空冷设计方案考虑的几个问题,总体方案是非常之重要,往往由于在总体方案中考虑不周,引起诸多的麻烦. 直接空冷系统的总体方案设计包括
8、的范围很广，有些内容在有关文献进行了讨论. 气象条件与热风再循环（热风回流） 首先应关注环境气温. 除了人们已注意到的环境气温以外, 还应特别注意风向. 如直接空冷凝汽器不应置于热源体的下风向; 不应置于高大建筑物的下风向, 以免产生热风再循环(热风回流); 不应置于原有空冷塔的上风向, 以免空冷凝汽器排放的热风被原有空冷塔吸入等等.在国外，大型直接空冷电站在进行可行性规划时无例外的进行电站的风洞摸拟试验。热风再循环: 空冷器的热风再循环(或热风回流)是指空冷器排出的热气流, 在某些特定的条件下被风机重新吸入，提高了进入空冷器冷空气的温度, 导致空气冷却器冷却能力的下降，示于图13。,图13.
9、 热风再循环示意 空冷器的热风再循环和管内凝结水的冻结是空冷器运行的两大危害, 在设计和运行中应给以特殊的注意. 文2提出:“因此, 有经验的设计者, 对存在热风再循环的空冷器, 根据实际情况, 有时将设计气温提高3左右.”,在南非Matimba电站直接空冷凝汽器所产生的热风再循环引起人们的关注.该电站的大面积的空冷凝汽器,在某些风速和气温的条件下促进了热风再循环现象的发生.当风从凝汽器的西部吹来时, 由凝汽器排 放的热空气流被吹向凝汽器东部空气的吸入口, 进而被风机吸入吹向凝汽器管束, 此部热空气导致凝汽器真空的显著恶化. 当风速达到13mph时,此热风再循环可通过控制汽轮机而得到解决, 此
10、措施虽可保持汽轮机的正常运行,但其发电功率则下降了约40%. 使情况更为恶化的是, 在此低负荷下汽轮机流大为减少, 引起汽轮机的排汽温度接近跳闸温度212F.当风速超过13mph时, 则汽轮机的排汽温度达到跳闸温度. 由热风再循环而引起汽轮机的停运, 在一年中约为2%. 从1991年1月至1992年9月, 损失的发电量约为338000MWh.“, 空冷凝汽器的冷却元件.,直接空冷的冷却元件有: 圆管圆翅片; 椭圆管矩形翅片或椭圆管椭圆翅片; 单排管. 冷却元件发展的三个阶段如图所示:图12. 冷却元件发展的三个阶段 椭圆管矩形翅片或椭圆管椭圆翅片; 直接空冷的冷却元件有: 圆管圆翅片; 椭圆管
11、矩形翅片或椭圆管椭圆翅片; 单排管. 冷却元件发展的三个阶段如图所示:图12. 冷却元件发展的三个阶段 椭圆管矩形翅片或椭圆管椭圆翅片;,椭圆管矩形翅片或椭圆管椭圆翅片;,GEA公司研制的热浸锌矩形翅片大口径椭圆管两排管已有多年使用经验, 防冻性能良好, 它的前身热浸锌矩形翅片椭圆管三排管(直径53*16)在美国寒冷地区的的Wyodak电站330MW空冷机组已有20多年的成功使用经验, 文6 报导 “至1989年底为止, 20年的年换管率为万分之七, 而从上次大修的三年间隔里,计划只换6根管, 可见维修工作量不大“. 鉴于目前单排管国内不能生产, 引进技术和设备投资较大,和热浸锌矩形翅片大口径
12、椭圆管两排管相比费用可能会高一些。 工程实践表明, 热浸锌矩形翅片大口径椭圆管两排管具有良好的热工和防冻性能, 得到成功的应用. 经计算热浸锌矩形翅片大口径椭圆管两排管其传热量相当于圆管圆翅片四排管.,单排管 单排管具有潜在的应用前景,受到人们的重视.在自然通风塔的直接空冷系统中更具 有应用前景,但目前不见工程应用. 单排管有各种各样的制造方法,各国专利均有报导, 基本上有两大类,一类是在扁钢 管上钎焊铝翅片.示于图15. 另一类是在扁钢管, 风机 如采用强迫通风, 大型空冷机组宜采用大直径轴流风机, 风机可为单速、双速、变频调速三种. 如为减少投资, 顺流管束由单速电机驱动. 逆流管束由双速
13、电机驱动, 在国外有的电厂将原有的双速电机全部改用调速风机6 . 实践表明, 玻璃钢叶片寿命长, 不易损坏, 而减速齿轮箱极易发生漏油和磨损,以采用进口设备比较安全 .通常为减少风机台数采用大直径轴流风机. 如: 9.14m直径. 转速为127rpm,风量为到2.4*106m3/h, 功率为200KW. 为降低噪音, 风机叶片的选择是很重要的., 挡风墙 设置挡风墙是必要的,其高度与蒸汽分配管中心线或管束上部标高相同. 挡风墙的作用:1.防止在夏季产生热风再循环，此点切不可忽视；2.在冬季,防止大 风对空冷凝汽器的袭击, 这一点对多风寒冷的地区尤为重要. 档风墙的高度逐渐提高，西班牙Utril
14、las燃煤电站160MW空冷机组空冷凝汽器平台档风墙的高度为2米，发现在夏季存在热风再循环现象，所以在后续工程中，将挡风墙高度提高到与蒸汽分配管中心线或管束上部标高相同., 自控系统和仪表 凝结水箱集装装置 顺流式管束和逆流式管束的面积比 空气冷却器换热面积 排汽管道：排汽管道有两个问题: 其一是庞大的管道直径; 其二是热膨胀. 通风方式 汽轮机排汽压力和ITD值. 空冷凝汽器的布置.,6. 直接空冷系统的运行和控制, 空冷凝汽器运行和控制的三个任务：保持最佳的凝汽器压力； 最小的风机电能消耗；防冻保护 为达到上述三项任务，有两种基本手段：空气流量控制与蒸汽流量控制。蒸汽流量控制需要大型蝶型切
15、断阀，还需要处于真空条件下的排水阀、空气阀，另外这些阀门还需要正确的选择、安装和保护，以确保无故障运行。因此难于被采用。 从运行的防冻角度看，在低环境气温下，保持蒸汽流量高于最小的蒸汽流量是很重要的。得到工程应用的是：“空气流量控制”。因此， 空冷凝汽器的控制和运行可归结为一句话，即：“空气流量控制”。在夏季要采用大风量以提高冷却能力，在冬季，从防冻考 虑，保持较低的管间风速是非常重要的。,空气流量控制所采用的设计手段： 风墙；风裙；百叶窗；内部热风循环；外部热风循环；调角风机；双速电机；调频风机等。其中，风机是空气流量控制所采用的最佳设备。风墙对防止夏季热风再循环、防止冬季大风对空冷凝汽器管
16、束的袭击是非常有益的。 百叶窗（通常百业窗不严密，有漏气现象）、内部热风循环和外部热风循环1，2，3等措施在文献中有所讨论。由于种种原因没有得到工程应用。似乎内部热风循环的应用前景会好一些. 空气流量控制所采用的设计手段： 风墙；风裙；百叶窗；内部热风循环；外部热风循环；调角风机；双速电机；调频风机等。其中，风机是空气流量控制所采用的最佳设备。风墙对防止夏季热风再循环、防止冬季大风对空冷凝汽器管束的袭击是非常有益的。 百叶窗（通常百业窗不严密，有漏气现象）、内部热风循环和外部热风循环1，2，3等措施在文献中有所讨论。由于种种原因没有得到工程应用。似乎内部热风循环的应用前景会好一些., 防冻措施
17、 空冷凝汽器有众多的防冻设计和运行措施，可罗列如下: 设计方面: 采用恰当的冷却元件； 采用碟阀; 采用挡风墙，预防大风的袭击； 在某些情况下，可采用能倒转的风机，以形成内部热风循环； 正确计算在严寒条件下，汽机排汽压力与环境气温的函数关系，以确定风机的合理运行方式；, 运行方面： 先停顺流单元风机，后停逆流单元风机； 冬季风机停转采用自然对流, 春秋部分风机运行, 夏季风机超速运行(超速115%); 严格控制管束出口联箱凝结水的过冷度，一般为2-4左右； 预防逆流管束顶部空气出口处结冰，在严寒气候条件下，逆流风机可每4小时停运 5分钟； 按照由变工况计算所得到的风机运行方式运行；,7.我厂空
18、冷岛布置特点,7.1 系统工艺流程 排汽主管道为两条直径 DN6000 mm，管外部加加固环的焊接钢管，排汽主管道水平（管中心标高3.5m）穿过汽机房至A列外，每条排汽主管垂直上升至38.14 m标高后，又分为两条水平管，从水平管上接出8条DN3000mm上升支管，上升至59.995m，水平与每组空冷凝汽器上联箱连接。排汽管道热补偿的设计原则是：排汽管道由于温度变化引起的位移由A列外排汽竖直管设置的补偿器吸收，其位移和室外排汽管道上作用的风荷载所产生的力和力矩，都不允许在汽轮机低压缸座上产生不能承受的反作用力和力矩。故拟在DN6000mm 竖管下部设固定支撑或衡力支撑，在8条DN3000 mm
19、竖管上设补偿器，可保证竖管上下移动，将热应力排除在汽轮机之外。,每台机的空冷凝汽器布置在散热器平台之上，平台标高为45m，64组空冷凝汽器分8个单元垂直A列布置，每个单元有8组空冷凝汽器，其中6组为顺流，2组为顺流逆流混合模式。64台风机设置在每组空冷凝汽器下部。 抽真空管道接自每个冷却单元逆流空冷凝汽器的上部，运行中不断地把空冷凝汽器中的空气和不凝结气体抽出，保持系统真空。凝结水经空冷凝汽器下部的各单元凝结水管汇集至凝结水竖直总管，接至布置在汽机房内的排汽装置下部。,7.2空冷凝汽器,单排管空冷凝汽器。 基管（椭圆管）尺寸：21919；基管为碳钢外包铝层复合管，翅片为铝翅片钎焊在基管上，无需
20、热浸镀锌。主要特点：采用大直径的基管，管内蒸汽通流面积增大，有利于汽液的分离和防冻，管内和空气侧阻力较小。清洗较容易。 三种空冷凝汽器管型在世界上都有很多的电厂使用，而且运行得都很好。无论是哪种管型，各有优缺点，很难断然地区分其优劣，本工程经招标后已经决定采用单排管空冷凝汽器。 本工程空冷凝汽器管束分为顺流管束和逆流管束。每个管束宽2. 423m，由单排翅片管组成，管根数为42根，翅片间距2.3mm。管束高度：顺流为9.25m，逆流为8.25m。,10个管束组成一个空冷凝汽器单元。每个空冷凝汽器单元以10个管束以接近60角组成等腰三角“”型结构，“A”形两侧分别为5个管束。每台机组由8组空冷凝
21、汽器组成，每组空冷凝汽器有8个空冷凝汽器单元，其中6个为顺流空冷凝汽器，2个为顺流逆流混合模式空冷凝汽器。7.3风机组本工程拟采用国家三类噪音限制标准（工业企业厂界噪声标准），即在厂界白天65dB（A），晚上55dB（A）。但是往往由于厂界距ACC边缘距离较近，要达到此标准显然做不到。根据目前已招标工程的做法，考虑本工程距离居民区较远和考虑背景噪声、扩建后的对数叠加噪声等因素,因此本工程在招标时采用距ACC边缘150m处噪声标准采用不大于60dB（A）。 本工程每个空冷凝汽器单元配置一台轴流式风机，变频调速，每台机组共配置64台风机。风机参数为：顺流凝汽器 逆流凝汽器 风机直径(m)： 9.1
22、4 9.14 风机转速(r.p.m)： 085 085 空气流量(m3/h)： 423.7 396.6 风 压(Pa)： 79.8 84.3 风机轴功率(kw)： 56.1 56.1 电动机配套功率(kW) 90 90 电 压(V)： 380 380 台 数： 48 16 齿轮箱： 两级减速，平行轴斜齿轮。,7.4 系统启动,当直接空冷系统经过冲洗和调试等准备工作就绪后，即可进入投运状态。投运时先启动三台水环式真空泵抽取空冷凝汽器内的空气，当空冷凝汽器压力达到30kPa（暂定）左右时，允许进入25%左右的蒸汽流量。在蒸汽进入凝汽器期间，空冷凝汽器内压力有所升高，应控制锅炉的温度和压力缓慢升高，
23、使系统内的空气能够比较顺利地排出。此时三台真空泵继续运行，抽取空冷凝汽器内剩余的空气。当空冷凝汽器压力再次降低到30kPa左右(暂定)时， 启动顺流风机。当所有凝结水出口水温开始升高并高于环境空气温度时，说明空冷凝汽器内空气已被排出，关闭一台或两台真空泵，保持正常工作抽气状态。当汽轮机开始带负荷时，随着负荷的增加，每个单元风机从顺流到逆流、从中间单元向外依次启动，并且根据汽轮机背压和当时环境空气温度控制风机转速，直至全部投入。上述过程可有两种方式完成，即系统自动控制和手动控制。,7.5 系统的运行和控制 在正常运行中，系统主要控制的项目是排汽压力和凝结水温度，以及抽真空温度。在汽轮机允许安全运
24、行的范围内，根据机组的发电负荷（空冷凝汽器的热负荷）和空气温度，调整进入空冷凝汽器的空气流量（即调整风机速），使风机保持在最佳状态。在非冰冻时期，运行中要比较排汽温度和凝结水水温的差值，调整顺流、逆流凝汽器风机转速，使过冷度保持在一定范围内。,7.6 冬季运行防冻措施和控制本地区冬季气候寒冷，最低-18.2，故空冷系统的防冻为设计中考虑的重要点之一。从工艺设计的角度，主要考虑的防冻措施有，一、设置逆流空冷凝汽器，防止凝结水在空冷凝汽器下部出现过冷进而冻结的可能性，另外可使空气和不凝结气体比较顺畅地排出，不致形成“死区”变成冷点使凝结水冻结而冻裂翅片管。顺流与逆流的散热面积之比约为6.35：1；
25、二、采用变频调速控制；三、设置挡风墙；四、设置真空隔离阀；五、系统设有冬季运行保护模式程,序，即根据凝结水温度、抽真空温度、环境温度来自动进入保护模式，避免空冷系统发生冻结，因此系统运行必须为自动控制。在冬季运行中如出现异常，控制系统及时发出指令，同时发出警报，提请运行人员注意。（详见防冻措施专题报告）。7.7 空冷凝汽器的停运当汽轮发电机组停运且低压旁路进入空冷凝汽器汽量很少时，空冷凝汽器停运顺序为：首先关顺流凝汽器风机，然后停逆流凝汽器风机，真空破坏阀打开，真空泵关闭。,8.汽轮机排气装置结构及除氧原理介绍,汽轮机排气装置内部布置有7号低压加热器和汽机排气导流板，同时该装置要接纳如下工质（
26、1）低压回热系统的疏水（2）回热系统的事故放水3）低压旁路站的排汽（4）空冷岛凝结水（5）凝结水补充水（除盐水）（6）汽机疏水及其它排气（汽）（7）除氧装置。其中除氧装置的原理如下： 凝结水补水通过160个小喷嘴在排气联合装置的上方喷出，喷出的雾点直径约为0.1mm，因雾点直径很小，凝结水补水可以在短时间内被低压缸排汽加热到饱和温度，达到完全除氧的目的；把排气联合装置内部一定范围设为回热空间，从空冷凝汽器回来的凝结水通过凝结水管道喷嘴（共32个）喷淋出来，喷淋出来的水滴在通过填料层时会形成很薄的水膜，可以大大的增加凝结水与蒸汽的接触面积和接触时间，在填料层下面通过引入部分低压缸排汽对凝结水进行
27、加热，并且把7号低加和汽轮机本体扩容器的疏水引到凝结水箱中，对凝结水进一,9. 电站空冷的经济性,9.1 空冷电站的水消耗 传统观念认为空冷机组比湿冷机组节水65-70%，但实测计算空冷机组比湿冷机组节水50% 左右”。 以我国实际情况为例, 常规大型湿冷电站1000KW容量耗水量为 0.8m3/s 计算, 则2*600MW湿冷电站每年平均耗水量约为1560万吨(5500h计). 如国内空冷电站按节水3/4计算(干除灰节水9/10), 则2*600MW空冷电站年平均耗水390万吨(5500h), 年节水约1170万吨. 当综合水费按1.22元/吨计算, 年节水费用约1427万元, 使成本电价约
28、减少0.003元/KWh.”,9.2 空冷电站的煤耗,空冷机组受环境及运行状况影响，如环境气温的波动, 汽机背压较高等因素, 其发电煤耗比同型湿冷机组增加。由于空冷机组背压受大气干球温度影响, 昼夜背压变化幅度大, 冬夏背压变化范围更大, 机组运行背压在7kPa50kPa 之间变化. 机组年平均背压受电站的气候, 负荷模式, 经济因素的条件影响,我国三北地区机组平均背压估计在15kPA-18kPa. 因此机组年供电量比湿冷少4%-6%, 平均按5%计算, 则每年加权平均煤耗(烟煤)高出5%左右,即多16g/KWh.,以2*600MW空冷机组为例, 如标煤价按160元/吨计算, 年多耗煤的费用为
29、1421万元, 使成本电价约增加0.003元/KWh. 综合空冷水耗和煤耗两项, 即在所述条件下, 年多耗煤的费用(0.003元/KWh)与节水费用基本抵消, 即空冷电站的运行经济性与湿冷相当. 由此看来, 衡量电站经济性指标时, 必须同时注重水耗和煤耗, 在缺水地区更应该如此.” 目前，国内自2002年以来上马的空冷机组所在地区的煤价上涨幅度和速度远小于该地区水价的上涨幅度和速度。因此，若仅从水耗和煤耗两个方面来考虑，在富煤缺水地区建 空冷电站，从经济角度来说已是大势所趋。,步加热除氧。经过以上措施可以减少凝结水过冷度，除去凝结水中的大部分溶氧。除氧效果：在机组真空系统严密性合格、机组负荷50以上、补水小于65th、Acc系统凝结水过冷度小于6条件下凝结水出口容氧小于60pp,
