电厂冷却技术

1、2021-10-241发电厂空冷技术发电厂空冷技术李华2021-10-242电厂凝汽器冷却方式电厂凝汽器冷却方式l汽轮机做功后的乏汽，需经汽轮机凝汽设备冷却为凝结水 ；l凝结水泵将凝水送入回热系统，对水进行回热利用并循环加热；l按冷却方式，冷却系统可以分为湿式冷却系统(水冷系统)和干式冷却系统(空气冷却系统)两大类。 l湿式冷却系统即水冷系统，有开式冷却系统和闭式冷却系统两种。l开式冷却系统：开式冷却系统：以江、河、湖、海和水库的水 作为冷却水的供水系统。水资源充沛的地区， 采用开式冷却居多。 图1-1即为一湿式开式冷却水系统，河水经 循环水泵抽入凝汽器中作为冷却水对汽轮机排 汽进行凝结，冷却

2、水吸收热量后直接排放入河 水中。缺点：夏季高温期，排水温度较高，对 环境产生热污染，生态平衡易受到破坏。2021-10-243电厂凝汽器冷却方式电厂凝汽器冷却方式l湿式闭式冷却系统：冷却水在凝汽器与冷却塔之间进行循环的冷却方式是。l适用于：水资源不太充沛的地区，闭式冷却系统应用较多。l缺点： 闭式冷却系统闭式冷却系统冷却水的表面蒸发和排污约占全厂耗水量的65%以上，耗水量大，易形成和其他国民经济部门争水的现象； 过度的耗水，导致区域性水资源供需矛盾突出； 甚至使生态环境遭到永久性破坏。2021-10-244发电厂空冷技术应用的必然性发电厂空冷技术应用的必然性l湿冷：耗水量大，易造成用水矛盾；l

3、空冷：节水，可有效缓解用水矛盾；l空冷：起源于20世纪30年代，采用翅片管式的空冷散热器，直接或间接用环境空气来冷凝汽轮机的排汽；l采用空冷技术的冷却系统称为空冷系统；l采用空冷系统的汽轮发电机组称为空冷机组；l采用空冷系统的发电厂称为空冷电厂；l发电厂汽轮机排汽空冷技术的应用和发展为在严重缺水的煤矿和电力负荷中心区域建设大型火力发电厂开辟了一条经济、安全、可靠的途径，也为水资源丰富区域保持生态平衡提供了有利条件。2021-10-245发电厂空冷系统的方式发电厂空冷系统的方式 直接空冷系统直接空冷系统2021-10-246发电厂空冷系统的方式发电厂空冷系统的方式 直接空冷系统直接空冷系统 直接

4、空冷汽轮机的排汽直接由空气来冷凝，热源为汽轮机排汽，冷源为空气，热交换存在于蒸汽和空气之间，没有循环冷却水系统。 与其他方式的空冷系统相比较具有如下优缺点。 其优点是： 不需要冷却水等中间冷却介质，初始温差大； 设备少，系统简单，基建投资较少，占地少； 空气量的调节灵活，冬季防冻措施比较可靠。 其缺点是： 空冷凝汽器体积比水冷凝汽器体积大得多，庞大的真空系统容易漏气； 大直径的排汽管道加工比较困难； 直接空冷大多采用强制通风，因而增加了厂用电量，同时也增加了噪声源。 2021-10-247发电厂空冷系统的方式发电厂空冷系统的方式 间接空冷系统间接空冷系统 根据凝汽器型式的不同及所采用冷却介质的

5、不同，间接空冷系统可分为：l具有混合式凝汽器的间接空冷系统；具有混合式凝汽器的间接空冷系统；l具有表面式凝汽器的间接空冷系统。具有表面式凝汽器的间接空冷系统。2021-10-248发电厂空冷系统的方式发电厂空冷系统的方式 海勒式间接空冷系统海勒式间接空冷系统2021-10-249发电厂空冷系统的方式发电厂空冷系统的方式 海勒式间接空冷系统海勒式间接空冷系统调压水轮机的功能l调整水轮机导叶开度来调整混合式凝汽器喷嘴前的水压，使水和蒸汽充分接触。l回收能量，减少冷却水循环的功率消耗。优点以微正压的低压水系统运行，较易掌握。缺点设备多、系统复杂、需要凝结水精处理装置、自动控制系统复杂、全铝制散热器的

6、防冻性能差。特点1，凝汽器为混合式；2，增设了调压水轮机。2021-10-2410发电厂空冷系统的方式发电厂空冷系统的方式 哈蒙式间接空冷系统哈蒙式间接空冷系统2021-10-2411发电厂空冷系统的方式发电厂空冷系统的方式 哈蒙式间接空冷系统哈蒙式间接空冷系统1.特点表面式凝汽器；散热器在塔内呈倾斜布置；增设了疏水膨胀箱，布置于空冷系统回路中，对冷却 水膨胀起补偿作用。无蒸发损失。2.优点节约厂用电，设备少，冷却水系统与汽水系统分开，两者水质可按各自要求控制。3.缺点空冷塔占地大，基建投资多，系统中需进行两次换热，且都属表面式换热，使全厂热效率有所降低。2021-10-2412发电厂空冷系统

7、的应用场合发电厂空冷系统的应用场合（1）带基本负荷的电厂 直接空冷系统、海勒式间接空冷系统和哈蒙式间接空冷系统均得到广泛的应用。 直接空冷系统目前采用的单机最大容量为890MW(巴林)， 海勒式间接空冷系统目前采用的单机最大容量为325MW(伊朗)， 哈蒙式间接空冷系统目前采用的单机最大容量为686MW(南非)。 只要能建造湿冷机组的地方，无论纬度同低、气候干旱与湿润等都可建造空冷。2021-10-2413发电厂空冷系统的应用场合发电厂空冷系统的应用场合（2）调峰电厂 空冷系统应用较少， 特点：机组起停频繁，设计空冷系统时易采用效率较高的铝管铝翅片散热器。 铝管铝翅片散热器内表面在制造厂已进行

8、过防腐处理，可适应机组频繁启停时工况的干湿变化。（3）老电厂扩建 老电厂扩建增容时，水资源往往难于解决，可考虑采用空冷系统。若老电厂场地狭窄，可采用直接空冷系统，将空冷凝汽器布置在汽轮机厂房的屋顶上，减少占地面积： 若老电厂有湿冷塔群，可将部分湿冷塔改造为辅助通风的空冷塔，采用哈蒙式间接空冷系统；（4）核电站 效率较高的直接氦循环高温气体冷却堆核电站可以使用空冷技术。目前国外已投运的核电站空冷系统，多采用具有表面式的哈蒙式间接空冷系统。2021-10-2414发电厂空冷系统的特点发电厂空冷系统的特点 总体特点总体特点（1）厂址选择条件不受耗水量限制 空冷电厂全厂耗水量按设计装机容量计算约为0.

9、30.5 m3/(GW.s)。因而厂址的选择基本不受水源地的限制。使在缺水地方建造大型电站成为可能；（2）空冷设备地位重要。成为锅炉、汽机和发电机之后，电厂的主要设备。（3）节水。湿冷电厂全厂耗水量约为1 m3/(GW.s)。空冷电厂可节约湿冷电厂耗水量的65%以上。（4）环境污染小。空冷电厂没有逸出水雾汽团，不发生淋水噪声，更没有冷却水对天然水体的排放，因此减轻对环境的羽流污染、噪声污染和热污染。 2021-10-2415发电厂空冷系统的特点发电厂空冷系统的特点 总体特点总体特点（5）减少占地面积 采用直接空冷系统时，不仅可以取消湿冷系统的大型湿冷塔、水泵房、深埋地下管线等占地面积，还可以在

10、空冷凝汽器装置平台下面布置电气变压器，充分利用主厂房A列外侧空间。 采用海勒式间接空冷系统时，有可能将主厂房或湿法烟气脱琉系统、烟囱布置在空冷塔内。（6）施工组装场地较大、调试措施较为复杂。（7）空冷电厂的带负荷能力受环境风向、风速、风温的影响大。（8）空冷发电厂的全厂热效率较低，发电标准煤耗宰大。 2021-10-2416发电厂空冷系统的特点发电厂空冷系统的特点 共同特点共同特点(1) 空冷系统的传热学特点是低温位、小温差、特大散热量的空气冷却热交换。(2) 空冷系统属密闭式循环冷却系统，对水质的要求严格。(3) 空冷系统需配置高、中背压空冷汽轮机。(4) 空冷系统的冷却性能受环境气象条件(

11、环境干球温度、风向、风速)的影响很大，导致空冷机组汽轮机背压变化增大，汽轮机设计背压比湿冷机组提高很多，运行背压范围也比湿冷机组大一些。(5) 空冷系统的散热器在寒冷的冬季，必须有完备的防冻措施。(6) 空冷系统的自动化程度比湿冷系统有大幅度的提高。(7) 空冷系统的基建投资和年运行费用(水价低的情况)都高于湿冷系统。2021-10-2417空冷机组的技术经济特性空冷机组的技术经济特性 与湿冷机组的比较与湿冷机组的比较 （1）空冷机组比湿冷机组的背压高，其循环热效率比湿冷机组低约5； （2）空冷机组的厂用电率高，其热耗一般比湿冷机组高6一9； （3）空冷机组的耗水量低，普遍认为比湿冷帆组节约全

12、厂用水量的65以上； （4）空冷电厂的造价比湿冷电厂高，且空冷系统部分的投资约占全厂投资的6一9，就冷却系统投资而言，湿冷、直接空冷、间接空冷投资比约为2：3：5。2021-10-2418 发电厂空冷与环境发电厂空冷与环境 选址环境对空冷的影响选址环境对空冷的影响l1）海拔高度 海拔高度越高，压强越低，空气密度越小，单位体积空气对应空气质量越小，单位体积空气所吸收的热量越小，因此达到相同的换热效果，必然需要更大的空气体积流量。 对于自然通风冷却塔，就需要通过增加冷却塔高度来增加冷却塔的抽吸力，进而增加空气流量。 对于强制通风空冷岛而言，则需增加风机功耗，以增大送风量。 2021-10-2419

13、 发电厂空冷与环境发电厂空冷与环境 选址环境对空冷的影响选址环境对空冷的影响l2）环境气象条件 环境平均干球温度、年平均风速等均对空冷设备的运行效率存在一定的影响。 冷却要求相同时，环境干球温度越低，越有利于排汽压力的降低。 因此，对于年平均环境干球温度较低的地区，投资相对小一些； 对于年平均环境干球温度较高的地区，投资相对大一些。2021-10-2420环境气象条件环境气象条件 -环境自然风对间接空冷的影响环境自然风对间接空冷的影响l间接空冷系统多采用风筒式自然通风冷却塔；l一般海勒式间接空冷系统将散热器竖直布置在塔的外围；l哈蒙式间接空冷系统将散热器水平布置、阶梯布置或略呈内倾圆锥形布置在

14、塔的内部。l风对自然通风冷却塔冷却性能的影响主要表现在风向与风速上。l风速4 m/s时，对散热器的冷却效果产生影响明显。l试验表明，风速为5 m/s时对冷却效果的影响相当于环境温度升高2 ；风速为15 m/s时，对冷却效果的影响相当于环境温度升高14。2021-10-2421环境气象条件环境气象条件 -环境自然风对直接空冷的影响环境自然风对直接空冷的影响l直接空冷系统多采用机械强制通风；l空冷散热器呈A型的布置在紧靠汽机厂房A列柱外侧的高架独立平台上；l与厂房的主要联系是配汽管道、凝结水管道及抽真空管道系统，故有人将其称为“空冷岛”。空冷岛的布置与风向、风速、主厂房朝向及周围建筑物都有密切关系

15、。l风影响直接空冷凝汽器性能的主要因素有： 空冷凝汽器平台通风形状； 空冷凝汽器热排气出口离地面高度； 风速大小及主风向； 强风在空冷凝汽器等周围均匀分布程度等。2021-10-2422环境气象条件环境气象条件 -环境自然风对直接空冷的影响环境自然风对直接空冷的影响l直接空冷凝汽器性能对不同风速和不同风向的变化比较敏感。l当风速达到3 m/s时，由于发生热风再循环现象热风再循环现象(经上风向热源加热的空气被风机吸人并加压后再次冷却空冷凝汽器的现象)，导致散热器冷却效果下降，机组运行背压升高。l有先例表明，在不利风向及高风速的作用下会导致机组停运事故。2021-10-2423发电厂空冷与环境发电

16、厂空冷与环境 空冷对环境的影响空冷对环境的影响l空冷对环境的影响甚微。l无雾羽流影响。大型空冷塔通风筒出口或空冷岛顶部排出的干空气是不可见的，这股气流扩散至大气中对周围环境几乎没有影响，因此无出塔雾羽流的影响。l空冷系统没有排污，故对环境水体也无影响。l无淋水噪声影响，有利于环境保护。l为在严重缺水的煤矿和电力负荷中心区域建设大型火力发电厂开辟了经济、安全、可靠的途径。2021-10-2424发电厂空冷与环境发电厂空冷与环境 空冷的综合利用空冷的综合利用l间接空冷循环水热能的利用 间接空冷系统从凝汽器出来的循环水水温较高，可作为热源，以获得经济效益，具有发展循环经济的意义。l空冷塔内空间的利用

17、 海勒式空冷系统的空冷塔塔内中空，可以用作其它设备的空间。2021-10-2425发电厂空冷技术应用概况发电厂空冷技术应用概况 国外空冷技术应用概况国外空冷技术应用概况l 发电厂空冷技术，早在20世纪30年代就已出现。l1939年，德国首先在鲁尔煤矿的1.5 MW汽轮机组应用了直接空冷系统，称之为“GEA”系统。l20世纪50年代，卢森堡的杜德兰格钢厂自备电站13MW机组和意大利的罗马电厂36MW机组分别投运了直接空冷系统。l1950年，匈牙利的海勒(Heller)教授在第四届世界动力会议上提出了间接空冷系统，亦称海勒式空冷系统，并于1954年在匈牙利第一次实现了间接空冷电站。l英国格拉莱电厂

18、于1962年在一台120MW机组上投运了间接空冷系统。2021-10-2426发电厂空冷技术应用概况发电厂空冷技术应用概况 国外空冷技术应用概况国外空冷技术应用概况l1968年，西班牙的乌特里拉斯坑口电厂一台150MW机组上投运了尖屋顶式布置的机械通风型直接空冷系统。自此，自此，形成了直接与间接两种空冷系统并存的局面形成了直接与间接两种空冷系统并存的局面。l20世纪70年代初的1971年，在苏联拉兹丹电厂的200MW级机组、匈牙利加加林电厂的200MW级机组、南非格鲁特夫莱电厂的5号200MW级机组上，都应用了海勒式间接海勒式间接空冷系统空冷系统。l1977年，美国沃伊达克矿区电厂的330MW

19、机组应用了机械通风型直接空冷系统。同年，联邦德国施梅豪森核电站的300MW机组应用了表面式凝汽器自然通风空冷塔的间接空冷系统。2021-10-2427发电厂空冷技术应用概况发电厂空冷技术应用概况 国外空冷技术应用概况国外空冷技术应用概况l20世纪80年代后，空冷技术得到了进一步的发展和应用，具有代表性的电厂有 采用机械通风型直接空冷系统的6665MW级机组的南非马廷巴电厂； 采用表面式凝汽器的自然通风空冷塔间接空冷系统的6X 686MW级机组的南非肯达尔电厂。 据报道，目前世界上采用 海勒式间接空冷系统的单机最大容量为325MW； 采用哈蒙式间接空冷系统的单机最大容量为686MW(南非)；采用直接空冷系统的单机最大容量为890MW(巴林)。2021-10-2428发电厂空冷技术应用概况发电厂空冷技术应用概况 国内空冷技术应用概况国内空冷技术应用概况l1987年和1988年，山西大同第二发电厂的两台200MW机组首次引进了匈牙利的间接空冷系统。l19931995年我国自行设计、制造的四台200MW国产海勒式间接空冷机组相继在内蒙古丰镇电厂投产发电。l2001年山西文城义旺铁合金自备电厂6MW直接空冷机组投运，是我国首