空冷系统设计回顾和思考

空冷系统设计回顾和思考西北电力设计院2006年12月西安11、西北院近年在空冷设计技术方面所作的工作

1.1技术储备和研究工作九十年代初我院在某4X300MW电厂可研和初步设计阶段进行了详细的表凝式间接空冷系统的方案设计，对该系统进行了相当深度的优化和布置设计研究，并在小型的PC机上自编了一套简易间接空冷系统热力计算程序，该项目最终由于各种原因未能采用空冷系统。九十年代中在某200MW机组设计中，对采用机械通风直接空冷系统型式与国外著名空冷设备制造厂GEA和原HAMON公司进行了大量深入的技术配合，有了一定的该系统设计技术积累。22005年电力工业出版社出版了由我院历时5年编制完成的《电力工程水务设计手册》是国内目前为止较为全面的一部大中型火力发电和核能发电工程冷源设计实用手册，涵盖电厂取排水、湿冷、空冷等所有冷源工艺设计内容，其中对直接空冷系统、表凝式间接空冷系统和海勒式混合式间接空冷系统的选型、热力、阻力计算、翅片管的基本类型和特性、空冷系统的规划设计和优化等都有说明、举例等。近年来我院和一些科研院校合作，在直接空冷的性能参数、土建结构设计、大口径薄壁排汽管设计等方面开展了多项研究，并已取得可喜的成果。31.2工程设计业绩和经验依靠多年的研究和储备，我院在确定空冷系统的主要参数（如设计气温、迎风面风速、散热面积、设计富裕度）方面有自己的成熟体会和经验，能够根据工程实际情况把握各主要参数的选择原则，系统配置。较好的控制了投资、运行等方面的矛盾。目前我院设计投运的5个直接空冷系统工程系统运行正常，其中300MW容量及以上的工程：华泽铝电2X300MW机组和山西霍州电厂一期2X300MW机组在夏季高温期通过168h、国华锦界2X600MW电厂在2006年9月底通过168h。4华泽铝电和霍州一期工程均为300MW机组，主汽轮机分别为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司和上海汽轮机有限公司，主机设计背压分别为16KPa和15KPa，夏季满发背压均为35KPa。两个工程均采用SPX-HAMON公司的钢基管、钎焊铝翅片的单排管翅片管束，每台机组空冷器总散热冷却面积为74.85万平米、设24台9.14m风机、设计迎风面风速为2.15m/s，空冷系统设备采用整岛招标方式，设计采用以投标方为主由业主工程师参加联合设计方式，我院每个工程先后派出8人月参加联合设计。两个工程的第一台300MW空冷机组分别于2005年6月和2005年8月通过168h。下图为河津电厂图片。56国华锦界2X600MW机组，主汽轮机为上海汽轮机有限公司，主机设计背压为15KPa，夏季满发背压为35KPa。该工程采用GEA公司的钢基管、钎焊铝翅片的单排管翅片管束，（由于各方面原因该工程采用了较大散热面积和较小迎风面风速的配置方案），每台机组空冷器总散热冷却面积为175万平米、设56台9.14m风机、设计迎风面风速为1.84m/s，空冷系统设备采用整岛招标方式。该工程规划为6X600MW容量直接空冷机组，其中前4台机组为连续建设，厂址风向为纺锤型，主导风向为汽机房A排前侧向来风、次主导为炉后侧向风，且次主导风向也有相当出现频率，为此在设计阶段进行了物模试验、并由空冷系统承包方进行了数模试验，对空冷系统的布置安全性和经济性进行了分析研究。下图是锦界电厂的照片。78另外由我院总承包完成的神华阳光2X135MW循环硫化床空冷机组也已于2005年12月底投运，该工程空冷系统由GEA公司负责，单个冷却单元的散热能力与300MW、600MW机组相当，但空冷器的支撑结构采用的是全钢结构，设计轻巧，没有庞大的混凝土支柱和复杂的钢桁架，造价较低、施工周期较短。910近一两年我院所设计的项目多数为空冷机组，600MW机组在建项目有陕西府谷2X600MW亚临界直接空冷机组、华电灵武2X600MW亚临界直接空冷机组、华能铜川2X600MW亚临界机组、山西柳林2X600MW亚临界机组等近10个600MW机组工程，其中铜川2X600MW机组给水泵采用汽动给水泵，冷却系统采用由SPX公司提供的表凝式间接空冷系统。此外还有大唐甘谷2X300MW、蒙西2X300MWCFB、府谷清水川2X300MW等多个在建300MW机组工程。112、空冷系统设计、应用值得关注的几个问题12（1）在严寒地区，建议空冷散热器面积选择不宜过大，可以采用增加风机转速以提高迎风面风速的方法渡夏，设计最高迎风面风速可以到2.6~2.8m/s。（2）环境风速超过4m/s（挡风墙上部）地区，设计迎风面风速不宜低于2.2m/s。（3）有条件的600MW机组，可采用定速风机，以减少投资（2X600MW机组约1500万元）和变频器的耗能2~3%，通过控制风机开启台数控制系统背压，但要注意渡夏能力、防冻控制和噪声控制条件。（4）对于夏季大风频率较高的电厂，建议建立局地小型风速观测站或与当地气象部门联网，建立气象预警系统。这种情况可采用较高迎风面风速。133、空冷系统型式的发展和选择

众所周知，空冷系统可以划分如下：空冷系统分为直接空冷系统和间接空冷系统。直接空冷系统根据通风方式分为机械通风和自然通风。间接空冷系统根据配用的凝汽器分为表面式凝汽器和混合式凝汽器，详见简图：14近几年国内大容量空冷机组几乎由直接空冷ACC系统一统天下，在ACC系统的设计、建造、调试、运行上国内各设计、施工、调试、运行单位已积累了相当的经验。直接空冷系统由于其占地少、控制尤其是冬季防冻控制灵活、系统投资降低（主要是国产化进程推进、国外著名品牌（包括风机、减速箱）纷纷在中国设立生产基地）等原因，已显示出其在空冷系统中不可或缺的地位，系统设计、制造、调试、运行已趋于成熟。但ACC在运行中也遇到了一些难题，在认真解决这些难题的同时，对大容量机组应该根据厂址条件进行分析，必要时可进行直接空冷和间接空冷系统比较，以确定合适的空冷系统。15下面以一个2X600MW机组为例作一个初步技术经济分析：1．空冷系统的规模可以用ITD值体现，ITD高空冷系统一次性投资小，但机组的净发电量减少，因此国内外对空冷系统总体方案优化均采用ITD比选。16图1、直接空冷的ITD优化曲线。

由图可知，ACC系统最优ITD范围在36～40℃。

17图2、间接空冷的优化曲线

由图可知，间接空冷系统最优ITD范围在29～32℃。182. 冷却系统主要特点比较193.工程业绩

（1）ACC系统：目前国内在建和投产的600MW等级空冷机组大多采用ACC系统。国外也有较多业绩。众已周知，不一一列举。（2）海勒系统：在八、九十年代前，建设的单机容量小，多用于国外100～200WM机组，国内1987-1988年建成投产的大同第二发电厂5、6号机组和1993-1995年建成投产的丰镇电厂3～6号机组均为200MW容量。近年来随着单机容量增加，在国外海勒系统技术有较大发展，国外已有用于相当于200～550MW凝汽式汽轮机的发电厂，亚美尼亚拉兹达电厂2×300MW。其中亚美尼亚拉兹达电厂2×300MW采用两机一塔方案，冷却塔的散热能力与600MW机组容量相当；海勒系统的福哥式散热器已用于在建的阳城2×600MW表凝式间接空冷系统。（3）表凝式间冷系统：国外有南非1988年投产的肯达尔（Kendal）电厂6×686MW工程；德国1985年投产的苏英豪斯1×300MW电厂；此外国内外有多台200MW等级及以下已投运电厂采用此系统。1994年我国太原第二热电厂建成2×200MW机组表凝式间冷系统。国内山西阳城2×600MW在建项目采用福哥式散热器的表凝式间冷系统。204．烟塔合一的间接空冷方案

间冷系统由于有巨大的冷却塔，因此有条件采用烟塔合一方案。其中海勒式间冷系统散热器垂直布置在塔外进风口侧，塔内平面空间较大，甚至有将部分脱硫装置布置在塔内的情况，以节约占地。德国从20世纪80年代已开始使用冷却塔排烟技术，目前通过改造，所有燃煤电厂的烟气都需要烟塔合一技术排放。德国近20多年烟塔合一技术使用和实践证明，烟塔合一技术会成为净化烟气、减少污染物排放总量、减轻对环境影响的“纽带性”技术。冷却塔排烟的抬升和扩散与科学界的理论计算和实际检测结果是吻合的，通过冷却塔排烟对环境的影响是较小的。工程上节约了建造烟囱及运行GGH的费用，在一定程度上弥补了燃煤电厂净化烟气的投资，推进了电厂脱硫等净化烟气的环保工程建设。21 烟气通过冷却塔排放有其明显特点，与烟囱排放出的烟气相比，其烟气本身具有显著的热含量。对冷却塔排放和烟囱排放而言，代表排放口动力和热力关系的运动学相似数Froude数有一个量级上的区别。冷却塔排放的烟气由于热力引起的动力抬升作用大约是烟囱排放的10倍，由此形成在弱风情况下冷却塔排放的烟气有明显的抬升。污染物地面浓度与烟气抬升后有效源高的平方成反比，因此在在弱风条件下冷却塔排放相比烟囱排放而言地面浓度要小得多。在大风