火電廠空冷技術探討

徐婷婷，郭 洋

(內蒙古電力科學研究院鍋爐技術研究所，內蒙古 呼和浩特 010020)

0 引言

水和煤是火力發電廠發電根本，也是火力發電廠建廠的優先考慮條件，而我國的西北部存在的煤多水少問題嚴重制約了當地的電力發展。近年來，隨著我國空冷技術的日益成熟，在國內大力發展的空冷機組大大的改善了西北地區的發電問題，同時也符合國家提出的“節能減排”和“建設節水型社會”的政策。

1 我國空冷技術發展概況

空冷技術在國內起步較晚，1987年、1988年在大同第二發電廠投產兩臺國產200 MW空冷機組，這是國內首次引進匈牙利海勒式間接空冷系統。2003年大唐大同熱電廠200 MW機組的運行，是國內將直接空冷首次用于較大規模火力發電，國電電力大同發電有限責任公司2×600 MW直接空冷機組為國內首臺600 MW空冷機組，中國近幾年的空冷機組正逐步向大機組方向發展，除了較多的600 MW機組之外，中國擬建的華電寧夏靈武發電有限公司二期2×1000 MW是世界最大的直接空冷機組，內蒙古大唐國際克什克騰發電廠2×1000 MW則是世界最大的間接空冷機組［1］。

2 空冷系統簡介及性能特點

簡單的來說空冷就是用空氣冷卻汽輪機排氣，由于空冷系統的結構不同，它可分為直接空冷系統和間接空冷系統，其中間接空冷系統又可分為海勒式空冷(帶混合式凝汽器的間接空冷系統)和哈蒙式空冷(帶表面式凝汽器的間接空冷系統)。圖1為各種空冷系統原理圖。

圖1 三種空冷系統原理s圖

2.1 各空冷系統性能特點

表1 直接空冷和間接空冷特點對比

除上述自身特點外，直接空冷系統與間接空冷系統還有由于冷卻系統的不同而形成的差異，詳細說明如下。

2.1.1 熱力系統方案比較(直接空冷參數僅為初步值，僅用于方案論證)

表2 直接空冷和間接空冷熱力系統對比

2.1.2 廠用電負荷及廠用電率比較(2*660MW按實際運行考慮，僅列出有差異的主要部分)

對直接空冷技術［2－3］和間接空冷技術的廠用電率進行對比結果見表3。

表3 直接空冷和間接空冷廠用電率對比

2.1.3 低壓缸末級葉片的比較

對于直接空冷而言，低壓缸的額定排汽背壓一般為12 kPa～15 kPa左右，夏季排汽背壓一般為32 kPa～35 kPa左右，哈汽低壓缸均采用空冷專用低壓缸和空冷末葉。

對于間接空冷而言，低壓缸的排汽背壓界于直接空冷和常規濕冷之間，排汽背壓較直接空冷低，額定排汽背壓一般為8 kPa～12 kPa左右，夏季排汽背壓一般為25 kPa～27 kPa左右。到目前為至，哈爾濱汽輪機廠沒有用于間冷的專用低壓缸和末葉。從低壓缸末級葉片來看，由于間接空冷沒有自己專用的末級葉片，所以間接空冷的優勢稍低于直接空冷［4］。

2.1.4 水化學工況和凝結水精處理系統

在水化學工況方面，直接空冷系統的冷卻設備與冷凝設備合為一體，并一般采用全鋼制空冷散熱器，其系統材質單一。試驗證明，鋼在堿性介質中最穩定。因此機組熱力系統和冷卻水系統需在堿性水工況下運行，才能保證管道腐蝕量最少。堿性水工況時，一般維持給水PH值為9.0～9.5(無銅系統)、8.8 ～9.3(有銅系統)，氫電導率(25 ℃)為 ＜0.30 μS/cm，氧含量≤7 μg/L。而表面式間接空冷系統循環水管道材質為碳鋼，凝汽器的材質為不銹鋼管，空冷系統采用鋁管散熱器，則循環冷卻系統應采用中性工況運行，據資料和一些電廠的運行經驗看，冷卻水應控制PH在8以下。而熱力系統由于設有凝結水處理裝置，可以采用中性水汽工況，也可采用堿性水汽工況［5］。

在凝結水精處理系統方面，由于直接空冷系統的空冷器鋼冷卻表面較混合式間冷系統還要龐大，夏季凝結水溫度69℃ ～70℃，較間冷系統64℃ ～65℃還要高，因此水系統中存在的鐵的腐蝕產物，較間冷系統要高;加之空氣漏入的可能性加大，水中溶入的CO2等溶解雜質，進一步促使冷卻器內表面腐蝕的發生。凝結水中的雜質以鐵腐蝕產物為主，加之超臨界機組的汽水品質要求很高，所以必須對凝結水進行100%的過濾、除鹽處理，且過濾器除鐵功能和樹脂耐溫性較間冷系統要求更高。由于表面式間接空冷機組的循環水與熱力系統的凝結水不接觸，而且循環水水質又是除鹽水，所以即使凝汽器發生滲漏，由于循環水水質好，對于凝結水的污染也是非常小。所以對于這類機組，熱力系統的水化學工況控制較為容易。

2.1.5 空冷防凍對比

直接空冷的防凍首先是要保證空冷的嚴密性合格，利用對空冷風機的啟停和反轉進行防凍保護，如冬季機組負荷太低時，需要將外側的風機入口封堵，減少空氣對流來防凍。直接空冷在冬季對空冷散熱器的就地測溫是一項必須的防凍工作，需要較多的人力。

間接空冷的防凍相對于直接空冷要容易一些，只是國內投產的間接空冷較少，相對于直接空冷的防凍經驗來說比較欠缺一些。但間接空冷的防凍只要控制好百葉窗保證好扇區出水溫度，在扇區沖、泄水時嚴格執行防凍技術措施，空冷塔的安全穩定運行應該可以保證。

只要完全掌握了間接空冷的運行特性，在空冷的防凍方面來說，間接空冷比直接空冷更具有防凍性。

2.1.6 大風、高溫對空冷的影響

眾所周知，大風對直接空冷的影響要比對間接空冷的影響大的多，大風天氣對直接空冷帶來的熱風再循環和爐后風的影響直接威脅到直接空冷機組的安全穩定運行，某些直接空冷電廠因為大風而造成了機組的非停，為了避免大風造成機組非停的事故，對直接空冷島系統增加真空RB的邏輯。在高溫天氣，直接空冷機組的滿發也是比較困難的，運行時機組背壓要留有一定的余量，防止大風影響背壓而造成機組停運［6，7］。

相對直接空冷而言，大風對間接空冷的影響就沒有那么明顯，大風會破壞間接空冷塔的空氣動力場，從而影響間接空冷的效率。所以，間接空冷對大風、高溫的抗干擾能力要優于直接空冷。

3 結論

通過上述對直接空冷系統和哈蒙間接空冷系統的運行特點、熱力系統方案、廠用電率、運行背壓、低壓缸末級葉片、凝結水精處理、防凍能力、抗大風能力等一系列的對比，可得出間接空冷的優勢要大于直接空冷。

［1］王圣，朱法華.火電廠空冷機組水耗及煤耗性能分析［J］.環境科學和管理，2008，33(5):46 －48.

［2］楊桂秋.電站直接空冷風機的設計目標和影響因素［J］.應用能源技術，2009(5):22－24.

［3］楊桂秋.直接空冷風機的選型原則和步驟［J］.應用能源技術，2009(3):32－35.

［4］SHI Jinyuan，YANG Yu，SUN Qing，WEI Qi，etal.Technical Versions and Criteria Concerning the Design of Air Cooled Supercritical and Ultra-Supercritical Steam Turbines［J］.Journal of Power Engineering，2007，27(6):825－830.

［5］柯于進，汪德良，袁萍帆，等.超臨界直接空冷凝結水精處理系統的研究［C］.長沙:凝結水處理專題技術研討會會議論文集2008:39－43.

［6］郭鈺鋒，秦華，于達仁，等.冷卻空氣迎面風速和溫度對直接空冷系統動態特性的影響［J］.中國電機工程學報，2008，28(29):22 －27.

［7］朱予東，尚星.環境因素對直接空冷機組的影響［J］.應用能源技術，2010(2):22－27.