空冷技术在火力发电厂的应用

1、空冷技术在火力发电厂的应用赵耀(内蒙古电力勘测设计院,内蒙古呼和浩特010020摘要:本文从火力发电厂空冷技术概念为起点,介绍发电厂采用空冷技术的必要性及其基础知识,阐述空冷技术在国内外的发展概况。目的是让读者对火电厂空冷技术有基本的认识。关键词:空冷系统;节水;直接空冷;间接空冷1空冷技术的概念兴建大容量火力发电厂需要充足的水源,而在缺水地区兴建大容量火力发电厂就需要采用新的冷却方式来排除废热。发电厂空冷技术是一种节水型的火力发电技术。发电厂空冷系统也称干冷系统。它是相对于常规发电厂是冷系统而言的。常规发电厂的湿式冷却塔是把塔内的循环水以“淋雨”方式与空气直接接触进行热交换的,其整个过程处于

2、“湿”的状态,其冷却系统称为湿冷系统。湿冷系统在冷却过程中水随着热空气大量蒸发损失,对水资源消耗非常大。空冷系统中,需冷却的循环水在空冷塔中与空气是通过散热器间接进行热交换,整个冷却过程处于“干”的过程,所以空冷塔又称为干式冷却塔或干冷塔。2采用空冷技术的必要性2.1节水势在必行水是人类赖以生存、国民经济建设中不可缺少的自然资源。有关统计数据表明,我国人均占有水量只是世界上人均占有量的1 5,被联合国列为13个贫水国家之一,而且全国水资源的时空分布极不均匀。随着工农业生产的发展,许多城市及地区相继出现生产与生活用水日益紧张的局面,水已成为制约国民经济发展的主要因素之一。特别是我国的“三北”(华

3、北、东北、西北地区,煤炭资源丰富,但水资源极其贫乏,所以在规划工业发展时,必须把节水目标放在首要位置。在火力发电厂建设方面,国家电力公司印发的国电办1998178号关于火力发电厂节约用水的若干意见一文,明确指示“计划部门在煤炭丰富且缺水地区规划火电厂时,要把节水作为一个首要的考虑因素,积极推广应用空冷技术”。要求“电厂建设应考虑采用节水型设备,厉行节约用水,同时采取切实措施防治水污染”。鉴于国家要求在规划火电厂的同时必须把节水做为首要条件,节水势在必行。采用空冷技术,建设节水型电厂是现实可行、非常有效的节水途径。2.2采用空冷技术的效益根据计算机统计数据,采用空冷系统,可使电厂的全厂总耗水量降

4、低70%以上,由0.8m3 s.G W 降低到0.2m3 s.G W以下,即用同样的水量可以建设3倍容量采用湿冷系统的电厂。建设空冷火电厂,电厂的总投资大约要增加6% 10%左右,电厂建成后的运行费用与采用湿冷(按目前水价大体持平,但其最大的效益就是大量节约了电厂用水。正蓝电厂一期2×600MW机组,空冷与湿冷相比,日耗水量可以由5万m3 d降低为0.84万m3 d节水率达84%。节约的水资源是无法简单用金钱计算的,因为目前水资源的价格与价值严重相背离。采用空冷技术,由于电厂耗水量大大减少,所以水源供水系统也会相应简单、工程量减少,不仅可以降低供水工程的投资,还可以使电厂的供水保证率

5、提高,安全可靠性增加。电厂是用水大户,电厂大量节约用水后对缓解水资源短缺,合理利用水资源,充分发挥仅有水资源更大的社会效应是不言而喻的。同时,电厂采用空冷后,废水可以达到零排放,对保护当地的水体环境是很有好处的。总之,电厂采用空冷技术后可大量节水,其经济效益、社会效益和环境效益综合考虑是显著的。3空冷系统简介空冷系统也称为干式冷却系统,它与常规湿式冷却方式(简称湿冷系统的主要区别是,汽轮机排汽(直冷方式或受热后的冷却水(间冷方式通过散热器与空气进行热交换,避免了循环冷却水在湿塔中直接与空气接触所带来的蒸发、风吹损失以及开式循环的排污损失,消除了蒸发热、水雾及排污水等对环境造成的污染。空冷系统又

6、可分为:直接空冷系统、带混合式凝汽器的间接空冷系统和带表面式凝汽器的间接空冷系统。3.1直接空冷系统直接空冷系统是指汽轮机的排汽直接用空气来冷凝,空气与蒸汽间进行热交换。所需冷却空气,通常由机械通风方式供应。直接空冷系统所用的空冷凝汽器是由外表面镀锌的椭圆形钢管外套矩形翅片61内蒙古石油化工2006年第6期收稿日期:2006-03-08作者简介:赵耀(1976-,男,内蒙古丰镇人,工学学士,助理工程师,毕业于内蒙古工业大学,主要从事火力发电厂供水及给排水和空冷系统方面的设计工作。的若干个管束组成的。直接空冷系统的流程如图1所示。汽轮机排汽通过粗大的排汽管道送到室外的空冷凝汽器内,轴流冷却风机使

7、空气流过散热器外表面,将排汽冷凝成水,凝结水再经泵送回汽轮机的回热系统。大型机组的空冷凝汽器通常在紧靠汽机房A 列柱外侧,与主厂房平行的纵向平台上布置若干单元组,其总长度与主厂房长度基本一致。每个单元组由按一定比例的主凝器或辅凝器组成“人”字形排列结构,并在其下部设置多台大直径轴流风机。直接空冷系统的特点是设备少,系统简单,防冻性能好,占地少,通过对风机转速调节或投切风机可灵活调节空气量,基建投资相对较低。不足之处是风机群噪声较大,厂用电略高 。1锅炉;2过热器;3汽轮机;4空冷凝汽器;5凝结水泵;6凝结水精处理装置 ;7凝结水升压泵;8低压加热器;9除氧器;0给水泵;11高压加热器;12汽轮

8、机排汽管道;13轴流冷却风机;14立式电动机;15凝结水箱;16除铁器;17发电机图1直接空冷机组原则性汽水系统3.2带混合式凝汽器的间接空冷系统带混合式凝汽器的间接空冷系统如图1所示,主要由喷射式凝汽器和空冷塔构成。系统中的冷却水是高纯度的中性水(PH =6.87.2,中性冷却水进入凝汽器直接与汽轮机排汽混合并将其冷凝,受热后的冷却水绝大部分由冷却水循环泵送至空冷塔散热器,经与空气对流换热冷却后通过调压水轮机将冷却水再送至喷射式凝汽器进入下一个循环。受热的循环冷却水的极少部分经凝结水精处理装置处理后送至汽轮机回热系统。1锅炉;2过热器;3汽轮机;4喷射式凝汽器;5凝结水泵;6凝结水精处理装置

9、;7凝结水升压泵;8低压加热器;9除氧器;10给水泵;11高压加热器;12冷却水循环泵;13调压水轮机;14全铝制散热器;15 空冷塔;16旁路节流阀;17发电机图2带混合式凝汽器的间接空冷机组原则性汽水系统带混合式凝汽器的间接空汽系统的优点是以微正压的低压水系统运行,较易掌握。缺点是设备多、系统复杂、需要凝结水精处理装置、自动控制系统复杂、全铝制散热器的防冻性能差。3.3带表面式凝汽器的间接空冷系统带表面式凝汽器的间接空冷系统如图2所示。该系统由表面式凝汽器与空冷塔构成。与常规的湿冷系统基本相仿,不同之处是用表面式对流换热的空冷塔代替混合式蒸发冷却换热的湿冷塔,通常用不锈钢管凝汽器代替铜管凝

10、汽器,用碱性除盐水代替循环水,用密闭式循环冷却水系统代替开敞式循环冷却水系统。该系统采用自然通风方式冷却,将散热器装在自然通风冷却塔中。带表面式凝汽器的间接空冷系统类似于湿冷系统,其优点是节约厂用电,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。缺点是空冷塔占地大,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。1锅炉;2过热器;3汽轮机;4表面式凝汽器;5凝结水泵;6凝结水精处理装置;7凝结水升压泵;8低压加热器;9除氧器;10给水泵;11高压加热器;12循环水泵;13膨胀水箱;14全钢制散热器;15空冷塔;16除铁器;17发电机图3带表面式凝汽器的间

11、接空冷机组原则性汽水系统4空冷技术发展概况4.1国外空冷技术发展概况早在上世纪30年代末,德国首先在鲁尔矿区的1.5MW 汽轮机组应用了直接空冷系统。50年代,卢森堡的杜德兰格制钢工厂自备电站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。进入60年代后,英国拉格莱电厂于1962年在一台120MW 机组上投运了间接空冷系统,采用喷射式凝汽器及自然通风型空冷塔。这个系统是由匈牙利的海勒教授在1950年世界动力会议上首先提出的,亦称为海勒式空冷系统。1968年西班牙的乌特利拉斯坑口电厂投运了尖屋顶式布置的机械通风型直接空冷系统。至此,形成了直接与间接空冷系统并存的局面。197

12、1年,在前苏联拉兹丹电厂拉兹丹电厂的200MW 级机组、匈牙利加加林电厂200MW 级机组,南非格鲁特弗莱电厂的5号机200MW 机组上,都应用了海勒式间接空冷系统。1977年,美国沃伊达克矿区300MW 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712006年第6期赵耀空冷技术在火力发电厂的应用用废气中的硫化氢开发有机硫化工产品戴素杰(辽宁石化职业技术学院,辽宁锦州121001摘要:介绍了硫化氢的提纯方法及下游产品的开发与应用。讨论了利用硫化氢开发有机硫化工产品中应注意的问题的发展趋势。关键词:硫化氢;有机硫;废气;提纯;开发硫化氢(H2S是一种无色有臭鸡蛋味的有毒气体,对环

13、境污染极为严重。在天然气脱硫、甲醇装置再生气脱硫、以渣油为原料生产合成氨、碳酸钡为原料碳化法生产碳酸钡、石油钻井和炼油厂的催化干气脱硫、液态烃脱硫、含硫污水汽提等过程中产生的酸性气中均含有硫化氢。工业上普遍采用催化氧化法通过克劳斯装置把硫化氢转化为硫磺。在机械工业中,硫化氢用于硬质合金刀片的处理和柴油机缸套离子渗硫工艺;在电子工业中,高纯硫化氢用于大规模集成电路的制造以及彩色显像管荧光粉的生产。随着我国精细化学工业的发展,硫化氢可用于加工生产农用化学品、饲料添加剂、医药制品、日用化工品、聚合物助剂以及有机合成中间体等。1提纯硫化氢的方法回收提纯法是从化肥、化工、农药、橡胶、石油等工作产生和含硫

14、化氢较高的尾气中回收硫化氢。由于提纯法生产硫化氢利用了化工尾气 ,因此提高了装置的整体效率,带动了下游产品的开发。根据工业尾气中硫化氢含量和其他组分的特性,通过选择吸附、减压蒸馏、加压液化等方式得到纯度较高的硫化氢。近年来,炼油厂和天然气处理厂使用N-甲基二乙醇按(M D EA 选择性脱除尾气中的硫化氢已取得良好的效果。M D EA吸收硫化氢、二氧化碳的反应式为:(HO C2H42N CH3+H2S(HO C2H42N+ HCH3+H S-(瞬间反应 (HO C2H42N CH3+CO2+H2O(HO C2H42N+HCH3+HCO3-(慢反应由于M D EA与H2S和CO2反应速度上存在巨大

15、差异,借助于吸收过程的反应动力学可以实现这两咱酸性组分的选择性分离。对于低浓度、高CO2 H2S比值的配性气采用常压硫化氢提浓工艺;对于硫化氢浓度高,但CO2 H2S比值低的酸性气,可采用压力选择吸收工艺。电站的300MW机组上应用了表面是凝汽器配自然通风冷塔的间接空冷系统。80年代以来,空冷技术进一步发展起来,投运机组容量最大的电厂有南非马廷巴电厂(665MW机组,采用机械通风型直接空冷系统和肯达尔电厂(686MW机组,采用表面式凝汽器及自然通风冷却塔的间接空冷系统。4.2我国空冷技术发展概况我国电厂空冷技术起步并不晚。1966年在哈尔滨工业大学试验电站的50k W机组上首次进行了直接空冷系

16、统的试验。1967年在山西侯马电厂的1. 5MW机组上又进行了工业性直接空冷系统的试验。进入80年代后,庆阳石化总厂自备电站3MW机组上投运了直接空冷系统。1987年和1988年,山西大同第二发电厂的两台200MW机组首次引进匈牙利的海勒式间接空冷系统。1989年和1992年内蒙古丰镇发电厂先后建成4台200MW级的海勒式间接空冷机组,4台机组空冷系统全部采用国产化设备,使我国火电厂空冷技术的发展进入一个新的阶段。根据环境情况的变化,丰镇电厂在2003年成功的对其中两台机组进行了加装尖峰冷却器的空冷改造,经济效益显著。直接空冷方面,山西大同第二发电厂已投入运行2台200MW采用直接空冷系统的机组,空冷系统设备由德国GEA公司设计并提供技术支持,部分设备实现国产化;内蒙古正蓝旗上都发电厂在建2台600MW机组,采用有德国巴克杜尔公