大型湿冷和空冷机组冷端联合运行系统分析

大型湿冷和空冷机组冷端联合运行系统分析

田永红,,吕媛,,申娜，,洪蕾，,王璟

中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司，陕西 西安 710054

摘要: 针对北方地区电厂不同时期建设的湿冷、海勒式间接空冷机组,打破传统的单元制运行方式,提出一种冷端联合运行系统,利用了湿冷机组冷却塔富余的冷却能力，降低空冷机组背压。研究结果表明：2台300MW湿冷机组与１台660MW空冷机组进行冷端联合运行后,在夏季满发工况下,间接空冷机组背压降低可4.61kPa，节约标准煤4.58g/(kW·h)；在热耗考核工况下,间接空冷机组背压降低2.17kPa，节约标准煤2.16g/(kW·h)，有效解决了间接空冷机组夏季高温时背压升高、出力下降、热耗增加的问题。

关键词: 间接空冷机组;海勒式空冷系统;湿冷机组; 冷端联合运行;

中图分类号：TM 621文献标识码：A

1 空冷系统简介

空冷机组是“富煤少水”地区或干旱地区建设火力发电厂的最佳选择，国家要求北方缺水地区优先考虑采用空冷系统，以便降低电厂水耗。目前已投运的空冷系统主要有三种类型：（1）直接空冷系统；（2）带表面式凝汽器的间接空冷系统，也称哈蒙式空冷系统；（3）带混合式凝汽器的间接空冷系统，也称海勒式空冷系统。这三种空冷系统在世界上都有广泛应用，且都有不错的业绩。直接空冷系统利用空气直接冷却汽轮机低压缸的排汽，空气和排汽之间采用表面式凝汽器进行换热。由于排汽直接由空气进行冷却凝结，因此换热效果受环境温度、风速和风向等因素的影响很大，机组背压易波动且波动范围较大。间接空冷机组由于采用空气冷却循环水，循环水再次冷却排汽的方式，降低了环境因素对汽轮机背压的影响，机组背压较为稳定。

2降低空冷机组背压的常规技术方案

引起空冷机组背压升高的因素很多,主要有空气冷却器换热面积不足、环境温度升高、环境风影响、空冷凝汽器积灰等，对此通常采取以下措施对汽轮机冷端系统进行优化改进。

（1）采取空冷岛喷淋系统，降低空冷岛的温度，进而降低空冷机组背压，该技术方案适用于所有类型的空冷机组[1]。

（2）分流部分空冷机组的乏汽，然后新增蒸发式冷却塔或者机力通风冷却塔作为尖峰冷却塔，通过扩大换热面积以提高换热效果，降低空冷机组背压，该技术方案适用于直接空冷机组[2]。

（3）在同时存在有湿冷机组和直接空冷机组的电厂内，分流部分乏汽，新增凝汽器，采用湿冷机组的凝结水冷却乏汽，降低空冷机组背压，同时降低了湿冷机组热耗[3]。

（4）分流部分循环水，然后新增蒸发式冷却塔或者机力通风冷却塔作为尖峰冷却塔，通过扩大换热面积以提高换热效果，降低空冷机组背压，该技术方案适用于间接空冷机组[4]。

通过简单分析可知：直接空冷机组由于存在很长的排汽管道，可以简单地通过分流乏汽来进行系统优化，而间接空冷机组的排汽管道直接接入凝汽器，很短且位于主厂房内，直接分流乏汽难度很大，因此一般采用分流循环水的方案。同时，由于间接空冷机组循环水量较大、背压较为稳定，因此分流后的换热器较大，冷却水量也较大。

3海勒式空冷与湿冷机组冷端联合运行方案

3.1  方案描述

北方某电厂有2台300MW湿冷机组和1台660MW海勒式空冷机组在运行。由于受气温、大风、沙尘、全球气候逐年变暖等外界客观因素的影响，导致间接空冷机组在实际运行时背压升高、热耗增大，难以达到设计值；同时，由于运行背压升高，机组出力受限，夏季运行时非满发小时数增加，导致电网“两个细则”（《发电厂并网运行管理实施细则及并网发电厂辅助服务管理实施细则》）可调出力考核数量较大；另一方面由于经济和调度等原因，湿冷塔长期存在~25%的富余冷却能力，因此可以考虑将这部分富余冷却能力用空冷机组上，以满足机组“迎峰渡夏”的要求。

系统改造如下：从间接空冷机组循环水泵出口母管上引出循环水热水，分流后进入新增的换热器组，经换热冷却后汇合，再回到空冷机组水轮机前的循环水母管，然后与来自空冷塔的循环水混合，经过水轮机调压后进入喷射式混合凝汽器。从湿冷机组循环水泵出口因此循环水，进入新增的换热器组吸收热量后回到厂区的循环水回水母管，然后进入冷却塔降温。通过新增的换热器组将间接空冷机组冷端和湿冷机组联合并进行热量交换。

3.2节能效果分析

本节重点分析夏季满发工况（TRL）和热耗考核工况（THA）下冷端联合运行的节能效果。由于循环水的分流量是根据湿冷塔的富余冷却能力进行设计的，因此联合运行系统对湿冷机组的热耗不影响，仅增加了湿冷机组的耗水量及循环水泵的耗电量。

本文按照两台300MW机组各有25%的富余冷却能力进行设计，计算结果如表1所示。

表1 改造前后背压和煤耗变化值

需要说明的是，间接空冷机组给水泵汽轮机的排汽也进入汽轮机的排汽装置进行冷却，在夏季极端工况下，当机组背压升高到一定值时，小汽轮机出力受限，给水泵流量降低，这也是导致机组负荷受限的一个重要原因，在计算时没有考虑背压降低对给水泵汽轮机的影响。考虑到夏季实际运行工况下环境温度高于33℃，此时节能效果将更加明显。

3.3改造费用及经济效益分析

经过投资估算，改造费用见表2。

表2投资估算（万元）

经过技术经济分析，投资回收期约为3.5年，项目具有很好的经济效益。

本方案具有如下优势：（1）采用分流空冷机组循环水的方式，改造部分位于厂区，管道埋地布置，压力和温度较低，施工难度低，投资低；（2）采用已有湿冷机组冷却塔的富余冷却能力，不新建尖峰冷却塔，仅需增加换热器，能够有效节约占地和投资；（3）湿冷机组和间接空冷机组进行冷端联合运行，新增设备少，控制灵活方便，改造系统不对原有系统产生不利影响，具有“可投可解”特点；（4）在不新建尖峰冷却塔的情况下有效地降低了大型空冷机组的背压，提高了电厂的热经济性。

4结论

针对同时存在湿冷和海勒式间接空冷机组的电厂，利用湿冷机组冷却塔的富余冷却能力冷却部分空冷机组循环水，能够有效利用电厂湿冷塔富余的冷却能力，降低空冷机组背压和热耗。

海勒式空冷与湿冷机组冷端联合运行方案系统简单，施工难度低，投资低，值得推广应用。

参考文献：

[1]谷小兵，段传和，温志鹏. 直接空冷喷淋冷却系统蒸发特性研究[J]. 热力发电，2012，41(7)：41-43.

[2]金生祥，王清. 空冷机组混合冷却的综合应用及发展前景[J]． 中国电力，2013，46（6）：5-9

[3]陈世新，范增社，颜晓辉，等. 湿冷、直接空冷机组冷端联合运行技术分析[J]. 热力发电，2015，44（11）：90-93

[4]倪允之. 海勒式间接空冷系统的改造方案和实施[J]. 电力设备，2006，7（7）：45-49