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空冷机组性能:
a节水效果
采用空冷系统后,由于不存在湿冷塔蒸发风吹和排污损失,故减少了生产过程大量补水,对电厂来说,由于还存在锅炉除灰用水等消耗,电厂虽有一定耗水量,但总耗水量大大减少。
据文献记载空冷机组比湿冷机组节水60-70%,丰镇电厂试验结果,海勒式空冷机组比同型湿冷机组节水61%。
一个百万千瓦级的空冷电站比相同湿冷电站年节水约2000万吨。
b空冷机组造价
空冷机组造价高于湿冷机组,对冷却系统来说,湿冷、直接空冷、间接空冷的投资比为2:
3:
6,空冷系统部分的投资约占全厂总投资的6%—9%。
虽然空冷系统最初会有较高投入,但在电站建成以后的运行过程中,与湿冷系统补存大量冷却水所需的高成本相比,空冷系统的总投入会大大节省。
c热经济性
由于空冷机组比湿冷机组的排汽背压高,其循环效率降低约5%,加上厂用电消耗多,所以其热耗比湿冷机组一般高6%—9%。
d占地面积
采用直接空冷的占地面积小于间接空冷,见表1、表2
直接空冷系统占地面积表1
电站名称
Utrillas
Wyodak
Matimba
装机功率,MW
160
365
6×
665
国家
西班牙
美国
南非
运行年代
1970
1978
1987
占地面积,m2/MW
17.1
16.5
13.0
间接空冷系统占地面积表2
Razdan
Grootvlei5
太原二热
Kendal
凝汽器型式
3×
200
混合式
前苏联
1971
30.2
37.1
2×
表面式
中国
1993
64.0
686
1988
34.8
e投资成本
总发电量相同的发电厂,选用经优化的湿式冷却系统和干式冷却系统,在投资方面的差异主要取决于厂址的现场气象条件,不同条件下的投资成本示于表3和表4。
500MW电站的不同地点、不同冷却系统的投资水平
(以德里的500MW湿式冷却系统为基准)表3
冷却系统
德里
赫尔辛基
马德拉斯
湿式冷却系统
空冷凝汽器
自然通风干式冷却塔
100%
160%
245%
90%
125%
200%
110%
250%
湿式和干式冷却系统的优化研究对比
(基本条件:
巴西350MW矿物燃料发电厂)表4
优化的热力系统
自然通风湿
式冷却塔
直接空冷凝汽器强迫通风
间接空冷系统
自然通风塔
环境温度,℃
汽机背压,mbar
汽机毛功率,MW
冷却系统功率,MW
汽机净功率,MW
冷却系统投资,马克
年度成本,马克/a
15
93.7
346.7
1.7
345
23000000
2900000
119.7
343.5
5.1
338
39000000
13745000
138.9
341.1
1.4
339.7
50000000
15800000
在考虑对冷却系统的投资时,应事先考虑到将要使用的冷却系统对整个电厂的影响。
作这种优化设计所需要的代表性数据是:
投资额(资本投入量)、年收益额、蒸汽透平的特征性能、运行条件(特别是全负荷年运行小时数)、燃料价格、辅助电力消耗量以及当地的气象条件。
f空冷机组散热面积及排汽压力
由传热原理可知,直接空冷是在蒸汽凝结的情况下对空气的放热,而间接空冷是水对空气的放热。
前者的传热温差较间接空冷大30%左右,在散热量一定的条件下,导致直接空冷散热器的传热面积较间接空冷少30%。
有文献记载,在散热量一定的条件下,对直接空冷和间接空冷的散热器的传热面积进行了计算,计算条件和结果列于表5,计算结果表明,两者传热面积相差30%,这是直接空冷系统的投资低于间接空冷的主要原因。
直接和间接空冷散热面积的比较表5
直接空冷系统
汽机功率,MW
汽机背压,kPa
汽机排汽温度,℃
空冷塔入口水温,℃
设计气温,℃
ITD值,℃
总传热面积,m2
600
11.2
47.3
12
35.3
1160000
12.95
50.2
47.2
1800000
由表5看出,直接空冷机组的背压低于间接空冷机组的背压。
过去有部分观点认为:
直接空冷机组的背压要高于间接空冷机组的背压,其根据之一是蒸汽在排汽管道的压降较大,实际情况不完全是这样。
对巴西350MW电站进行的湿式冷却和干式冷却的优化研究中,在同样环境条件下,间接空冷系统背压为13.89kPa,而直接空冷系统背压为11.97kPa。
南非Matimba电站6×
665MW机组,其庞大的蒸汽管道压降为1.7kPa,折算到温降约为3℃以下,相当于表面式凝汽器的端差。
所以直接空冷和间接空冷机组的排汽压力是很值得研究的一个课题。
g空冷系统厂用电
直接空冷系统的厂用电一直是人们关注的问题,表6列出几个直接空冷电站的厂用电。
对美国怀俄达克电厂的风机及其它辅助机械的耗功进行了计算,得出风机耗功占总发电量的1.69%。
直接空冷电站风机耗电表6
CittadiRoma
意大利
电站功率,MW
36
风机台数
40
66/3
16
风机直径,m
5.6
6.3/9.5
风机功率,MW
2.3
5.5
1.3
风机耗功占汽机发电功率百分数,%
1.38
1.69
1.45
h直接空冷系统和间接空冷系统特性的比较见下表表7
直接空冷
间接空冷
(混合式凝汽器)
(表面式凝汽器)
运行效果
防冻经验
热风再循环
国内使用情况
厂用电
散热面积,m2
投资
良好,不宜带尖峰负荷,
经受-43℃—43℃
有
有300MW机组运行
风机耗发电功率1.6%
A
良好,可带尖峰负荷
有一定防冻经验
无
有200MW机组运行
泵耗发电功率的0.3%
40—60
(1.3—1.4)A
150%
良好,不宜带尖峰负荷
i国外大型直接空冷电站技术数据表8
Utrillas电站
Wyodak电站
Matimba电站
1.国家
2.装机容量,MW
3.运行年代
4.设计气温,℃
5.ITD值,℃
6.汽轮机
额定功率,MW
排汽压力,kPa
排汽量,t/h
7.排汽管:
数量
外径,mm
8.冷却系统
椭圆管直径,mm
翅片尺寸,mm
顺流管束单元数
逆流管束单元数
9.风机:
台数
直径,m
10.管束平台高度,m
11.占地面积,m2/MW
1×
33
11.5
349.2
2
3500
32
8
43
17.0
330
19
41
20.3
780
4115
53×
66(3)
6.4(9.14)
22
18
39.2
17.9
5000
100×
20
119×
49
1200000
48
9.14
45
3.国内应用发展情况
我国空冷技术起步在60年代中期,64年由哈尔滨空调机厂,兰州石油机械研究所,北京石油设计院共同开发研制的首台空气冷却器装于锦西石油五厂,运行状况良好。
66年由哈工大和哈空调联合开发电站空冷技术,哈工大50kW试验电站采用空冷凝汽器获得成功。
之后,87年大同二电厂引进匈牙利首台200MW大型海勒式间接空冷机组安装调试并投产。
92年丰镇电厂首台国产化200MW海勒式间接空冷机组投运。
94年太原二电厂首台国产化200MW哈蒙式表面凝汽器间接空冷机组投运。
90年代中期投运的8台间接空冷机组均已经受了10年以上大风、严寒、高温酷暑的考验。
以丰镇电厂为例,93年第一台3#国产空冷机组投运后,经过各方技术人员的共同努力和探索,经过3-5年不断的完善化治理,各项运行指标均达到良好标准,4-6#机也已安全稳定运行多年,成为内蒙电网的主力机组。
但由于间接空冷机组还存在大风和高温及防冻方面的影响,间接空冷机组比湿冷机组煤耗高15-20g/kWh。
经运行与实测分析,4台空冷机组每年节水约1300万吨。
目前国内已建成和在建的大型空冷电站均采用直接空冷:
遍布内蒙古和山西两省区,如2003年投运的大同一电厂2×
200MW直接空冷供热机组;
2004年投运的山西张泽和榆社2×
今明两年计划投产的还有内蒙准大、新丰、锡林电厂2×
300MW;
霍林河、金山、乌斯太、包一、包二、蒙西电厂2×
山西古交2×
大同二电厂2×
600MW;
丰镇电厂2×
正兰电厂2×
达旗电厂5-6号2×
托电5-6号2×
600MW等一大批直接空冷机组。
空冷和湿冷汽轮机最大的区别集中在排汽末端,尤其在末级叶片的设计上。
空冷汽轮机尾部运行特点可概括为:
背压高且背压变化幅度大和频繁,如果末级叶片不做特殊设计成为专用空冷末叶,则不仅会影响全年的运行经济性,还会影响机组渡夏能力
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