火电直接空冷系统采用自然通风优越性的应用探讨

1、华北电力技术NORTH CHINA ELECTRIC POWER1998年 第12期科技期刊火电直接空冷系统采用自然通风优越性的应用探讨山西省电力勘测设计院(太原 030001)王佩璋文摘传统火电直接空冷系统采用鼓风式机械通风设备。因其噪声大、危害环境、热回流影响冷却效率以及风机群耗电多、维护工作量大等缺点，急待改进。单排管凝汽器(下称SRC)运行成功后，为自然通风开创了条件。结合G电厂2×200 MW空冷供暖机组工程实际，分析了当地环境，风沙大、附近有居民区(要求噪声低)、夏季历时短且峰值气温不高等特点，有利于自然通风。通过对自然通风与机械通风两种通风方式的经济比较，在上网电价0.

2、25元kW*h前题下，论证了自然通风的优越性。关键词直接空冷系统通风方式比较单排管凝汽器自然通风优越性1问题的提出火电直接空冷系统，因其具有初投资少、防冻性能好、冷却效率高等优点，得到较大发展。全球火电空冷机组装机79台，总容量21.65 GW中直接空冷机组占37台，占47%，容量达9.215 GW，占42%，居主导地位，而且单机最大容量已达到600 MW级。然而，在这9.125 GW直接空冷机组中，全部采用特大直径(最大直径达9.14 m)轴流冷却风扇(下称风机)鼓风式机械通风来冷凝汽轮机排汽。进入90年代后，尽管该风机改用双速电动机或变频电动机来驱动，虽降低了动力消耗和稍增发电容量(小于1

3、0%)，但仍没有摆脱鼓风式机械通风的模式。鼓风式机械通风的直接空冷装置，因其风机耗电多达机组额定功率的1%1.6%，风机群体噪声大(危害环境，有损健康)，热回流影响冷效效果，维修工作量大以及气流分布不均等缺点，急待改进。1990年比利时哈蒙-鲁姆斯公司研制的SRC在美国长岛、亨丁顿的OGDEN垃圾电站的35 MW机组上安全运行，并经历了40严寒的考验。SRC体现出两大优势：一是其单排基管为扁平管，其内截面面积比两排椭圆管大33%，促使管内蒸汽压降有所减少；二是单排扁平管钎焊蛇形铝翅片的管束外侧气流阻力与两排椭圆管套装钢翅片管的情况相接近。这样，就为直接空冷装置采用自然通风方式，提供了条件。2直

4、接空冷通风方式概述2.1传统通风方式(鼓风式机械通风)2.1.1特点这种通风方式是将空冷散热器置于A字型框架上，将风机群置于其下，以鼓风形式掠过空冷散热器，使热介质(饱和蒸汽)冷凝成凝结水，冷空气受热升温排入大气。鼓风式机械通风设备通常设置在紧靠汽机房的高架式平台上。在平台四周环绕约10 m高挡风墙，使空冷散热器恰居其内并呈敞口式露天布置。这样遇大风沙天气，风沙从敞开口入侵，风机等噪声也从敞开口传播扩散出去。2.1.2适用条件(1) 电厂场地狭小；(2) 电价便宜；(3) 阵强风(v10 ms)多；(4) 单机容量600 MW及以上的燃煤机组。2.2自然通风2.2.1新型通风方式直接空冷装置采

5、用自然通风是通风方式上的技术进步，是伴随SRC兴起的必然结果，也是火电空冷技术的新发展。将SRC与自然通风相结合，构成自然通风直接空冷系统(下称NDC)是火电空冷史上新里程碑。2.2.2NDC特点(1) 在风沙大地区建塔，通风筒可遮挡风沙污染；(2) 无风机群体噪声，有利健康；(3) 无风机群体消耗的动力，多发的电约为额定功率的1.3%；(4) 其通风筒高大，无热风回流；(5) 省去了回转设备的维修；(6) 自然通风直接空冷装置采用钢筋混凝土结构，可利用当地建筑材料就地制作；(7) 空冷散热器塔内布置，不受横向风、阵强风影响；(8) 运行操作简单，无复杂的风机群体程控装置；(9) 发电成本稍有

6、降低，当燃煤价格昂贵时这点将更为明显。2.2.3适用条件(1) 电厂场地开阔，在靠近主厂房处有足够大的地段和空间，能布置空冷塔；(2) 燃煤价格昂贵；(3) 必须在空冷塔进风口处设置可靠的能自动调节的百叶窗或铝合金制作卷闸，控制进塔的空气量；(4) 用于单机容量100300 MW的燃煤机组；(5) 场地土层耐力良好或中等；(6) 厂址处于风沙大和附近有居民区地段。2.3抽风式辅助通风这种新型通风方式结合了自然通风与鼓风式机械通风的优点，称之为风机辅助自然通风。通常，这种通风仍设有较矮的通风筒，将空冷散热器置于塔内，并在其上方设置引风式风机群。因其结构复杂、运行维护工作量大，尚未采用。3技术经济

7、比较G电厂扩建2×200 MW空冷供暖机组直接空冷系统两种通风方式的技术经济比较。3.1主要参数3.1.1设计参数设计气温：Ta14.5；起始温差：ITD35.5；其它见表1。3.1.2有关单价进厂标准煤价：157元t；水价：1.60元m3；上网电价：0.25元kW*h。3.2技术条件比较3.2.1基本参数采用SRC，见表2。3.2.2技术条件比较技术条件比较见表3。表1G电厂扩建2×200 MW空冷供暖机组设计参数背压kPa相应饱和温度Ts对应空气温度Ta从(低)/(高)气温算起全年历时h阻塞背压pmin5.534.60-2从低气温算起全年历时2 535设计背压pc13.

8、051.0414.5从低气温算起全年历时5 740满发背压pc26.065.8729.4从高气温算起全年历时50极限背压pmax4075.8939.4从高气温算起全年历时0表2基本参数表表3技术条件比较序号名称自然通风鼓风式机械通风一座大塔两座小塔1适应冬季采暖时变工况运行排汽量可控，配汽管可调仅在一座塔内实施，方便排汽量可控，配汽管可调需在两座塔内实施、不便排汽量可控，配汽管可调仅靠风机投运台数、转数解决，灵活2风沙污染少，因有高大通风筒遮挡少，因有高大通风筒遮挡多，因敞口易受污染3噪声干扰无无严重，影响附近居民生活4横向风影响少少有时威胁安全发电5热回流影响冷却效率无无有，有时严重6厂用电

9、消耗相对少，多发电2 MW相对少，多发电2 MW相对多，少发电7使用建筑当地钢筋砼当地钢筋砼当地钢筋砼及外地型钢8运行维护更少少工作量大9操作方法容易容易控制复杂、操作有难度10百叶窗必须有，宜设两道，第一道在进风口处，采用铝合金卷闸、第二道在散热器出口处，采用百叶窗必须有，宜设两道，第一道在进风口处，采用铝合金卷闸，第二道在散热器出口处，采用百叶窗必须有，宜设两道，第一道在进风口处，采用铝合金卷闸，第二道在散热器出口处，采用百叶窗11特殊设施塔内平台接缝，要填塞住，不能漏风；留出装小风扇位置(在散热器出口处)塔内平台接缝，要填塞住，不能漏风；留出装小风扇位置(在散热器出口处)特大直径风机配弹

10、簧阻尼装置12设计前期试验工作项目少、历时短项目少、历时短项目多、历时长13运行实例尚无尚无国外已有直径9.14 m风机直冷装置14小结推荐不推荐不推荐3.3经济比较3.3.12×200 MW机组直接空冷装置经济比较(估算值，见表4)。3.3.2500 MW燃煤机组采用直接空冷装置(德国GEA公司1986年所做)不同通风方式的经济比较。(1) 比较前题：燃煤价格20马克4.18GJ，年金率15%；电价0.03马克kW*h，单位造价800马克kW。(2) 500 MW机组直接空冷不同通风方式经济比较，见表5。(3) 小结：表42×200 MW机组直接空冷装置经济比较万元序号费

11、用名称2× 200 MW机组直接空冷装置一座自然通风大塔48台直径9.14 m风机鼓风式机械通风1采用SRC的空冷散热器7 3265 9762空冷风机群(含电机)设备1 3743空冷散热器支撑构架3005004以上三项小计7 6267 8505排汽管道等1 4009006空冷塔土建结构2 0007空冷供电953958空冷热控2005009凝结水除铁、精处理(含凝结水泵、箱等)50046310设备安装直接费用30050011其它费用10510512预备费1 3911 39113补差78078014静态合计14 39712 88415差价、利息5 6935 09516动态的工程投资总计2

12、0 090(2亿元)17 979(1.8亿元)17相对动力费(年)060018折现(当折现率为10%、折现年限为21年时)系数为8.64908.649×605 18919总费用2亿元(100%)2.3亿元(115%)20小结推荐不推荐表5500 MW机组直接空冷不同通风方式经济比较马克kW或马克kW*h名称自然通风(DNC)直冷鼓风式机械通风(ACC)直冷直冷基本参数空冷塔H155 m，h18 m，D0130 m，占地26.5 m2MW64台直径5.5 m风机，占地10.3 m2MW空冷凝汽器单位投资热耗费用差0.180(144%)0.125(100%)0.165以上三项小计0.18

13、0(62%)0.290(100%)每kW*h电价差0.037每单位造价差0.054其它5.0005.000总计5.234(100%)5.327(101.8%)发电成本差0多1.8%表6湿冷塔标准与直冷空冷塔参照项目湿冷塔标准直冷空冷塔中国比利时塔高与塔筒底直径比HD11.21.41.11.31351081.25塔喉部面积F2与塔筒底面积F1之比 F2F10.30.360.250.360.785×6520.785×10820.362塔喉部高度与塔高比H2H0.80.850.730.851101350.815塔喉部以上扩散角角度(°)8106126.48壳体子午线倾角

14、角度(°)19201218由此看出，NDC优越，唯在当时(1986年)单排管(SRC)空冷散热器尚未研制出来故没有采纳。 4自然通风直冷空冷塔4.1直冷空冷塔塔型4.1.1结构特点(1) 根据我国国情，直冷空冷塔宜采用钢筋混凝土结构，其塔体积约为同等容量湿冷塔体积的23倍。(2) 塔高度、进风口高度都较大。一般情况，空冷塔进风口高度约为塔高度的15.818。4.1.2直冷空冷塔双曲线型塔筒壳体几何尺寸比例湿冷塔标准与直冷空冷塔参照见表6。4.2空冷凝汽器在直冷空冷塔内的布置(配汽管与管束)每台200 MW机组有5条，共有10条配汽管，其中心标高约32.50 m，平台标高为18.50

15、m。在1号及10号配汽管下各布有32片管束(其中主凝区K型20片、辅凝区D型12片)。2号、3号与9号、8号配汽管下各布有48片管束(K型28片、D型20片)；4号与7号配汽管下各布有56片管束(K型、D型各28片)；5号与6号配汽管下各布有56片管束(K型32片、D型24片)。这样，K型共272片管束，D型共208片管束。每条配汽管间距为10 m，1号、10号配汽管距塔壳为8 m，5号与6号配汽管间距为12 m，作通道走廊。4.3塔内辅助设备布置塔内辅助设备有DN2 000电动真空蝶阀，与配汽管在同一标高层。抽真空的真空泵设在18.5 m层上，凝结水箱、凝结水泵、凝结水除铁装置均设在0 m层上。4.4防冻设施(1) 在每条配汽管上，均设有电动真空蝶阀，以备变工况(冬季有取暖任务，进塔热负荷锐减)运行时，隔断大部配汽管使其停运，仅保留少数配汽管投运。这样，可做到进塔热负荷可控、可调。(2) 在塔进风口处，必须设置调空气量的铝合金卷闸和在散热器出口处装百叶窗，备