并列配置間接空冷系統性能研究

劉　利， 朱鵬達， 譚　銳

(國電科學技術研究院， 南京 210046)

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并列配置間接空冷系統性能研究

劉利， 朱鵬達， 譚銳

(國電科學技術研究院， 南京 210046)

介紹了一種新型并列配置間接空冷系統，并對該空冷系統進行了性能試驗分析。該系統的冷卻能力達到了考核工況下的設計要求：在夏季高溫條件下仍能帶滿負荷運行；冬季通過調整運行方式，借助機械通風塔冷卻面積小的優勢，實現空冷防凍。該系統可有效解決新疆地區高溫、高寒條件下的空冷運行難題。

間接空冷系統； 并列配置； 通風塔

在國內寒冷缺水的北方，尤其是富煤缺水的新疆、寧夏和內蒙古等地區，空冷機組得到了廣泛的應用。空冷系統發展至今，共形成了直接空冷系統、海勒式間接空冷系統和哈蒙氏間接空冷系統。與直接空冷機組相比，間接空冷機組以其受大風影響較小、運行煤耗較低等優點，得到了各大發電集團的青睞；但間接空冷機組也存在著夏季高溫條件下機組高背壓運行，冬季防凍性能差等問題。

近年來，國內學者對間接空冷機組進行了大量的研究，認為間接空冷機組比直接空冷機組具有更好的技術經濟指標[1-3]。彭煥炳等[4]對表面式間接空冷系統的散熱能力、傳熱效果進行試驗研究；梁振明[5]分析了600 MW間接空冷機組全年的不同環境溫度下，背壓、煤耗等經濟指標，并介紹了機組夏季降溫、冬季防凍的運行方式；張春雨等[6-8]對間接空冷系統的變工況運行進行了研究，提出了變工況的計算模型，為間接空冷機組的冷端優化運行提供了理論依據；雷平和等[9]對新型并列配置間接空冷系統的應用進行了闡述，并將其與直接空冷、自然通風塔、機械通風塔進行了技術經濟性對比，認為該型間接空冷系統更加適合新疆地區的氣候條件。筆者重點介紹了克拉瑪依電廠間接空冷系統的冷卻能力，以及該系統的優點和存在的問題。

1　系統綜述

由于新疆地區夏冬兩季溫差較大，夏季最高達到45 ℃，冬季最低達到-40 ℃左右，常規的空冷系統難以既滿足夏季運行，又滿足冬季防凍要求。因此，采用自然通風塔與機械通風塔并列配置間接空冷系統。

該空冷系統是CJK350/275-24.2/0.64/566/566型超臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、抽汽凝汽式汽輪機配套的。

自然通風塔空冷散熱器布置方式為立式垂直布置，主要設計參數見表1。

表1　自然通風塔主要設計參數

機械通風塔空冷散熱器布置方式為立式，主要設計參數見表2。

表2　機械通風塔主要設計參數

同等級間接空冷機組的空冷散熱器面積為1 600 000 m2左右，雙塔空冷系統節省散熱器面積約35%。

該空冷系統自然通風塔和機械通風塔各冷卻50%的循環水。空冷散熱器采用雙排管雙流程冷卻三角，垂直布置于冷卻塔周圍。系統流程見圖1，通過布置于熱水管段的2臺循環水泵打水，使循環水進入冷卻三角進行表面換熱，冷卻的循環水回到凝汽器水側再進行換熱，受熱后的循環水再返回循環水泵入口，從而構成一個密閉循環系統。

2　性能計算方法

環境溫度ta,m是20個測量點上同時測量的溫度的平均值。

(1)

冷卻塔實測散熱量為：

Qm=Gwcp,w(tw,in-tw,out)

(2)式中：Qm為冷卻塔散熱量， MW；Gw為冷卻水流量，t/s；cp,w為比定壓熱容，MJ/(t·K)；tw,in為冷卻水入口水溫， ℃；tw,out為冷卻塔出水溫度， ℃。

初始溫差：

Δtm=tc,m-ta,m

(3)

式中：tc,m為循環水泵出水溫度， ℃。

查基本性能曲線可得冷卻塔散熱量：

Q*=f(Δtm)

(4)

考慮環境溫度對散熱的影響(ΔQa)，查找其修正曲線得：

(5)

式中：ta,c為設計環境溫度， ℃。

考慮大氣壓力對散熱的影響(ΔQb)，查找其修正曲線得：

(6)

式中：pb,m為測量大氣壓力， kPa；pb,n為設計大氣壓力， kPa。

冷卻塔保證散熱量：

Qg=Q*+ΔQa+ΔQb

(7)

性能測試的目的是將測試冷卻塔的冷卻能力Cm與保證值Cg比較，其中：

(8)

(9)

3　試驗結果分析

試驗參照VDI 2049 《干冷塔驗收及性能試驗導則》和DL/T 552—1995 《火力發電廠空冷塔及空冷凝汽器試驗方法》等試驗規程，對間接空冷系統進行了性能驗收試驗，結果見表3。

表3　間接空冷系統性能驗收試驗測試數據

在汽輪機TRL工況(汽輪機夏季背壓，350 MW負荷運行)下，分別在環境溫度為38.42 ℃下進行了風機100%轉速和39.16 ℃下進行了風機110%轉速下的冷卻塔性能試驗。在機械通風塔風機100%轉速下，機械通風塔性能系數δ為0.051 5，自然通風塔性能系數δ為0.057 2；在機械通風塔風機110%轉速下，機械通風塔性能系數δ為0.053 0，自然通風塔性能系數δ為0.000 2。

該工況下性能驗收測試的性能系數δ均大于0，說明冷卻塔的散熱能力達到了保證值。

機械通風塔冷卻風機轉速從100%提高到110%后，機械通風塔冷卻能力有所提高，機械通風塔循環水溫降增大，但自然通風塔冷卻能力下降，循環水溫降減小，混合后循環水母管溫降基本不變，對整個空冷系統來說影響不大，反而增加了風機的用電量，廠用電率增大0.16%左右。這可能是由于兩塔之間距離較低，導致存在搶風現象，使得自然通風塔冷卻能力下降。

在同一工況下，自然通風塔和機械通風塔的環境溫度不一致，是由于兩個環境溫度分別由各自塔進口放置的10個溫度測定值平均而得到。

4　優缺點分析

該冷卻系統解決了新疆地區夏季高溫、高負荷運行難題。在夏季環境溫度為38.42 ℃下，排汽壓力僅為31.64 kPa，機組仍能實現100%負荷率。而同時期新疆地區其他空冷機組，由于環境溫度太高，機組僅能運行在50%～75%負荷率。

冷卻單元散熱面積減小，有利于冬季防凍問題的解決。冬季低溫運行時，停運自然通風塔，停運機械通風塔冷卻風機，將所有循環水送至機械通風塔進行自然冷卻，由于機械通風塔冷卻面積小，有效防止了冬季凍裂。冬季運行數據見表4。由表4可知：該空冷系統在冬季各種工況下仍能正常運行，將機組排汽壓力維持在8～12 kPa。

表4　機組冬季不同工況下運行參數

該并列配置間接空冷系統的設計中也存在一些問題：

(1) 機械通風塔與自然通風塔中間距離略近，會產生搶風現象，當機械通風塔冷卻風機轉速提高后，機械通風塔溫降增大，自然通風塔溫降減小，而總循環水溫差不變。

(2) 機械通風塔冷卻風機的存在導致廠用電率有所增加，為0.5%左右。

5　結語

通過對并列配置間接冷卻系統性能試驗分析，自然通風塔和機械通風塔均達到了設計保證值。現機械通風塔冷卻風機轉速提高后，雖然機械通風塔冷卻能力有所提高，但自然通風塔冷卻能力下降，對整個間接空冷系統影響不大，反而增加了廠用電率0.16%。該新型間接空冷系統解決了新疆地區高溫、高寒的氣候條件下的運行難題，有效保障了機組安全高效運行。

[1] 宮現輝, 徐士倩, 王雪, 等. 300 MW機組直接空冷與三塔合一間接空冷經濟分析[J]. 電站系統工程, 2011, 27(6): 55-57.

[2] 王新宇, 史建良, 李國寶, 等. 間接空冷和直接空冷系統技術經濟分析[J]. 熱力發電, 2010, 39(8): 1-3, 22.

[3] 劉軼斌. 間接空冷與直接空冷系統綜合技術經濟比較[J]. 山西電力, 2009(S1): 113-116, 125.

[4] 彭煥炳, 于天群. 表面式凝汽器間接空冷系統運行性能試驗研究[J]. 中國電力, 1996,29(2): 25-28.

[5] 梁振明. 間接空冷機組經濟運行分析[C]//全國火電600 MW e級機組能效對標及競賽第十四屆年會論文集. 昆明: 全國發電機組技術協作會, 2010: 60-65.

[6] 張春雨, 嚴俊杰, 李秀云, 等. 哈蒙式間接空冷系統變工況特性的理論研究[J]. 動力工程, 2000, 20(1): 566-570.

[7] 張春雨, 嚴俊杰, 李秀云, 等. 海勒式間接空冷系統變工況特性的理論研究[J]. 華南理工大學學報(自然科學版), 2000, 28(9): 104-109.

[8] 陳海平, 姜聰, 石維柱, 等. 海勒式空冷系統變工況熱經濟性分析計算模型[J]. 汽輪機技術, 2007, 49(5): 332-334.

[9] 雷平和, 馮璟, 陳保華. 新型并列配置間接空冷系統在熱電廠的應用[J]. 電力建設, 2011, 32(12): 51-56.

Research on Performance of an Indirect Air-cooling System with Parallel Configuration

Liu Li, Zhu Pengda, Tan Rui

(Guodian Science and Technology Research Institute, Nanjing 210046, China)

Performance tests were conducted on a new type air-cooling system with parallel configuration, during which the cooling effectiveness was proved to satisfy the design requirements under verification conditions. At high-temperature atmosphere in summer, the system can work stably at full load; whereas in winter, the freeze-proofing of indirect air-cooling system can be achieved by adjusting the operation mode, with the help of small cooling area of mechanical ventilation tower. The system overcomes the deficiencies of traditional air-cooling systems under high-temperature and high-cold conditions in Xinjiang.

indirect air-cooling system; parallel configuration; ventilation tower

2016-01-13

劉利(1985—)，男，工程師，主要從事汽輪機組熱力系統及節能研究。

E-mail: liuil85@163.com

TM621.6

A

1671-086X(2016)05-0304-04