直接空冷機(jī)組夏季出力提高途徑研究

林閩城，華敏，王林林，宋濤

（1.寧夏棗泉發(fā)電有限責(zé)任公司，寧夏 寧東 750411；2.浙江省火力發(fā)電高效節(jié)能與污染物控制技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，浙江 杭州 310006）

直接空冷系統(tǒng)具有節(jié)水減排優(yōu)勢(shì)，在富煤缺水的三北地區(qū)得到了應(yīng)用。但是，在夏季，由于空氣溫度高，空冷器的冷卻能力明顯下降，導(dǎo)致機(jī)組被迫降負(fù)荷運(yùn)行，極端情況下，還會(huì)使機(jī)組的背壓超限而導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)。

如內(nèi)蒙古烏斯太熱電廠300MW機(jī)組采用直接空冷技術(shù)，在夏季經(jīng)常由于背壓過高造成機(jī)組限負(fù)荷，經(jīng)濟(jì)性下降，甚至引起高背壓保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)造成事故。文獻(xiàn)[4]以某660MW超臨界直接空冷機(jī)組為研究對(duì)象，基于機(jī)組夏季工況下實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，建立了汽輪機(jī)變工況模型與空冷系統(tǒng)變工況模型。文獻(xiàn)[5]對(duì)比了噴水、霧化、加裝導(dǎo)流裝置和尖峰冷卻系統(tǒng)的技術(shù)方案。認(rèn)為對(duì)于特定直接空冷機(jī)組，應(yīng)根據(jù)機(jī)組實(shí)際情況優(yōu)選合適的改造技術(shù)。

本文的空冷機(jī)組有六個(gè)單元的空冷凝汽器組，由四個(gè)主凝汽器與一個(gè)輔凝汽器組成“A”字型排列結(jié)構(gòu)。空冷機(jī)組占地面積2728m2，共設(shè)置24臺(tái)7.952米大直徑的軸流冷卻風(fēng)機(jī)。本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，比較機(jī)組改造的方案，提出直接空冷機(jī)組夏季出力受阻的解決方案，以提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

1 技術(shù)改造方案的效果比較

1．1 增加空冷單元管束方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，可以對(duì)每個(gè)空冷凝汽器組的支撐平臺(tái)和蒸汽分配管進(jìn)行加寬和延長(zhǎng)，然后，在其末端加裝一組順流空冷器。

假定進(jìn)入每個(gè)空冷凝汽器組的蒸汽量不變，蒸汽平均分配到每組空冷管束。改造計(jì)算的結(jié)果如表1所示。

從表1可知，增加空冷單元管束方案降低了機(jī)組真空，從而使機(jī)組能夠較大幅度地提高機(jī)組夏季帶負(fù)荷能力。計(jì)算的機(jī)組負(fù)荷約提高51.1MW左右，機(jī)組的安全可靠性能夠得到充分的保證。

但是也要看到，加裝空冷器后，會(huì)大大增加空冷系統(tǒng)的體積和與空氣接觸的表面積，因此，可能帶來一些運(yùn)行和維護(hù)方面的問題。主要問題是：一是系統(tǒng)擴(kuò)大后真空維持問題；二是設(shè)備冬季防凍問題；三是空冷系統(tǒng)的耗電和噪聲問題。

1．2 增加空冷系統(tǒng)通風(fēng)量方案

增加空冷系統(tǒng)通風(fēng)量的主要方法有：一是通過對(duì)現(xiàn)有空冷風(fēng)機(jī)進(jìn)行技術(shù)工作，如提高風(fēng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)速或改變風(fēng)機(jī)葉片的角度；二是將現(xiàn)有空冷風(fēng)機(jī)全部更換為出力更大的風(fēng)機(jī)。這兩種方法都可以有效地增加空冷器的通風(fēng)量。

表1 增加空冷單元管束方案的效果

提高空冷器的通風(fēng)量后，可以強(qiáng)化其換熱效果。假定空冷器進(jìn)、出口溫度不變，迎面風(fēng)速不變的條件下，以風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高10%考慮，其風(fēng)量可相應(yīng)增加10%。計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 增加空冷系統(tǒng)通風(fēng)量的效果

通過表2的計(jì)算結(jié)果可以看出：通過改造風(fēng)機(jī)系統(tǒng)提高通風(fēng)量，能夠強(qiáng)化換熱效果。增加10%的通風(fēng)量，機(jī)組的真空可提高8.03kPa左右，換熱能力提高10%，相應(yīng)出力約提高19.92MW左右。如果風(fēng)量能進(jìn)一步提高，獲得的效果會(huì)更好，但這會(huì)大幅增加改造難度和投資。

1．3 噴霧增濕方案

在夏季高溫時(shí)段，采用增設(shè)空冷增濕系統(tǒng)來降低空冷器進(jìn)口空氣的干球溫度。從電廠除鹽水箱取水，經(jīng)過濾系統(tǒng)過濾后進(jìn)入高壓泵。然后加壓，送到布置在空冷平臺(tái)的風(fēng)機(jī)出口和散熱器入口之間的霧化噴嘴，霧化形成霧滴與氣流混合后形成濕空氣，在空冷器表面進(jìn)行冷卻換熱。

當(dāng)環(huán)境溫度為34℃，噴霧增濕的噴水流量為55.0t/h時(shí)的計(jì)算結(jié)果如表3所示：

表3 噴霧增濕方案的效果

經(jīng)過理論計(jì)算和分析，投入噴霧增濕裝置后，機(jī)組的真空提高了6.35kPa，同時(shí)，機(jī)組的帶負(fù)荷能力也提高24MW。

如果噴水流量進(jìn)一步提高，那么機(jī)組的改造效果會(huì)更好。但是，現(xiàn)場(chǎng)的除鹽水相對(duì)容量有限，且一般較小。同時(shí)，在運(yùn)行中，除鹽水直接接觸環(huán)境空氣，可能存在腐蝕和結(jié)垢現(xiàn)象。

2 技術(shù)改造方案的確定

以上分析表明，三種改造方案均可以解決機(jī)組的夏季出力受阻問題。但是，在投資上，還有差異。

對(duì)于增加空冷單元管束方案，需要增加6組空冷凝汽器，六臺(tái)空冷風(fēng)機(jī)和一臺(tái)水環(huán)真空泵及相應(yīng)的管路等設(shè)備。考慮安裝和增加相應(yīng)的控制系統(tǒng)，整體投資在4000萬元左右。預(yù)計(jì)投資回報(bào)期為8年。

增加通風(fēng)量方案的改造方案，預(yù)計(jì)投資在500萬元左右。投資回報(bào)期為2年左右。由此可見，改造風(fēng)機(jī)提高通風(fēng)量方案的經(jīng)濟(jì)收益很大，且相對(duì)投資較小，回報(bào)期較短。

噴霧增濕方案的靜態(tài)基建投資約為50萬元左右，考慮系統(tǒng)的年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用等，預(yù)計(jì)2年內(nèi)可收回投資成本。由此可見，采用噴霧增濕系統(tǒng)后，效益也是相當(dāng)可觀的。

通過以上技術(shù)方案比較和經(jīng)濟(jì)性分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，最終確定采用噴霧增濕的方案。具體改造方案如圖1所示。

圖1 噴霧增濕方案改造系統(tǒng)圖

如圖所示，現(xiàn)場(chǎng)直接空冷機(jī)組共有24個(gè)空冷凝汽器組，每個(gè)單元作為一個(gè)噴霧室。每個(gè)單元布置四排噴嘴。在風(fēng)機(jī)棧橋兩側(cè)各布置兩排，分別距風(fēng)機(jī)棧橋中心線1m和3m。共設(shè)10個(gè)噴嘴，靠近風(fēng)機(jī)的兩排各布置3個(gè)噴嘴，另兩排各布置2個(gè)噴嘴，高度為1m，噴孔直徑為1.6mm，噴霧方向向下，以有利于霧滴與空氣進(jìn)行充分的熱濕交換。

3 結(jié)語

直接空冷系統(tǒng)由于設(shè)計(jì)原因，存在夏季出力受阻問題。本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，分析機(jī)組夏季帶負(fù)荷的提高措施，并根據(jù)機(jī)組實(shí)際情況優(yōu)選合適的改造技術(shù)。

計(jì)算表明：增加空冷單元管束、增加空冷系統(tǒng)通風(fēng)量和噴霧增濕方案均可以解決機(jī)組的夏季出力受阻問題。機(jī)組的真空也得到了改善，并且機(jī)組的帶負(fù)荷能力也得到了提高。綜合考慮機(jī)組的投資回報(bào)年限，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，最終確定采用噴霧增濕的方案以提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。