海勒式空冷系统在国电宝二扩建工程的应用

2013-08-20和杰

科技视界 2013年21期

和杰

（西北电力建设工程监理有限责任公司，陕西西安710032）

1 工程概况

国电宝鸡第二发电厂2×660MW 扩建工程5# 机组是国内首台660MW 超临界海勒式间接空冷燃煤机组，首次采用“三塔合一”技术，该机组设计煤耗312.55g/kW·h，年需燃煤量约323.5 万吨，全厂年平均时用水量约为505.20 m3/h，百万千瓦耗水量约为0.106 m3/s·GW，由于采用海勒式间接空冷系统（Heller 系统），较常规火电厂节水75%。

2 海勒式空冷系统的工程应用

20 世纪30 年代空冷凝汽技术在欧洲产生。目前已投运机组采用的空冷系统主要有3 种：直接空冷系统,带表面式凝汽器的间接空冷系统,亦称哈蒙式空冷系统，带喷射式凝汽器的间接空冷系统,亦称海勒式空冷系统。此3 种空冷系统在世界上被广泛地应用着,且都取得了不错的业绩。[1]

2.1 系统简介

国电宝鸡第二发电厂扩建工程海勒式间接空冷系统主要由喷射式凝汽器、水力机械组和间冷冷却塔三部分组成。主厂房每个低压缸下布置有一台喷射式凝汽器，低压缸排汽与喷射的冷却水混合,将汽轮机排汽冷却(循环水水质与凝结水水质相同)。喷射式凝汽器中有约2%的凝结水进入回热系统, 其余约98%的水被循环水泵打入间冷冷却塔冷却三角(扇形段)被空气冷却后经与循环水泵电机同轴布置的水轮机调压后再进入喷射式凝汽器喷射。其特点是:空气通过冷却塔冷却三角的散热管束翅片将循环水冷却,靠循环水做中间冷却介质将排汽冷却。系统简图见图1。

2.2 主要设备

2.2.1 喷射式凝汽器

空冷机组与常规湿冷机组在辅机方面最大的不同在于凝汽器，作为间接空冷系统的关键设备，凝汽器的性能与整个空冷机组的性能直接相关。相对于表面式凝汽器，喷射式凝汽器能够让水温基本达到排汽的饱和温度，冷却系统可以获得更好的真空度，此外其结构更简单，可靠性更高，维修费用更低。

图1 海勒式间接空冷系统示意图

国电宝鸡第二发电厂扩建工程每台机组采用2 台GEA-EGI 公司供货的喷射式凝汽器。每台凝汽器分左右两半。凝汽器纵向方向的5个内侧联箱和分割板把凝汽器分为10 个蒸汽通道，在内侧联箱的侧面板有4 层喷嘴，每台凝汽器有4760 个喷嘴，喷嘴通过特殊的螺栓固定，喷嘴材料为铸铁，喷嘴直径为13mm，冷却水通过喷嘴喷射至冲击板形成水膜。汽轮机排汽与水膜直接接触完成换热并冷却成水，同时水膜被加热到排汽压力下的饱和温度。在联箱的内侧底部安装有多孔、波纹淋盘式集水器用于冷却汽-气混合物。凝汽器的底端部分是一个热井。该喷射式凝汽器设计环境温度33℃时，机组冷却水量为50000m3/h，机组喷射式凝汽器额定蒸汽流量为1300.5t/h，进入凝汽器的额定蒸汽压力为25kPa。

2.2.2 水力机械组

汽机房毗屋内布置有3 套相同且并联连接的水力机械组。该机械组由驱动电机、冷却水循环泵和能量回收水轮机组成。循环水泵与水轮机、驱动电机同轴连接。低压缸排汽与喷射的冷却水混合后的热水经循环水泵升压后至冷却塔内冷却三角冷却，冷却后的冷水经与循环泵电机同轴布置的水轮机调压后进入凝汽器喷射。主厂房内凝结水泵入口取水自循环水泵出口热水管与水轮机入口冷水管。

冷却水循环泵为DVSe1100 型卧式单级双吸泵，流量4.78 m3/s，扬程39.11m，工作效率89.5%，功率2048kW。该循环水泵专为海勒式间接空冷系统而设计，能使喷射式凝汽器真空室的冷凝水保持饱和状态。冷却水在喷射式凝汽器中被加热，由冷却水循环水泵送入冷却塔，循环冷却水被冷却塔内的空气冷却系统再次冷却后，再重新被送回喷射式冷凝器的喷嘴，开始新的循环。闭合循环回路中的冷却水具有与锅炉给水等同的品质。

能量回收水轮机用在冷却水回路上，水轮的作用是回收从冷却塔返回到凝汽器的冷却水的残余能量，通过挠性联轴器与循环水泵相连，富余压头被利用，可以使每台循环泵电机电流下降约20A 左右。同时冷却水通过水轮机后的压力值降到了喷射式凝汽器的压力值。水轮机由蜗壳、可调节导叶和混流式转子组成。导叶通过电动执行器控制水轮机的正常关闭和调节水量。该水轮机为GANZ FS6/1000-425型，流量4.63 m3/s，扬程18.79m，转速425rpm，功率787kW。

HT-SCR 驱动电机为循环水泵提供大部分的驱动力，该电机额定功率1800kW, 额定电压6000V，额定功率50Hz，转速426rpm。

2.2.3 间冷冷却塔

间冷冷却塔采用“三塔合一”设计，冷却塔的塔外圈垂直布置有冷却三角，塔内布置有烟囱和脱硫吸收塔。冷却塔采用钢筋混凝土双曲线自然通风冷却塔，由通风筒、X 支柱、展宽平台、支墩和环型基础等部分组成。冷却塔高170m，塔顶直径为84.466m，喉部标高145m，喉部直径82m。脱吸收塔布置于冷却塔中心，烟气从引风机出口烟道穿过冷却塔X柱接入脱硫吸收塔，通过置于脱硫吸收塔顶部的烟囱排放，脱硫吸收塔总高57.23m，其中烟囱段15m。“三塔合一”布置如图2 所示。

图2 间冷冷却塔布置示意图

间冷冷却塔塔共布置179 个冷却三角，其中177 个24m 长，2 个18m 长。 179 个冷却三角被分为10 个功能相同的冷却扇段，其中1#-9# 扇段各有18 个冷却三角，相邻两个冷却三角百叶窗共用一个电动执行机构；10# 扇段有17 个冷却三角也配有9 个电动执行机构传动。塔内布置6 个串联的地下储水箱（6×220t）及地下冷却水管道。其中冷却三角扇段1,2,3,4,5 管道配有两个电动旁通阀；冷却三角扇段6,7,8,9,10 管道配有两个电动旁通阀；冷、热循环水母管上各配有一个液动事故疏水阀，排水进入地下储水箱；同时循环水冷水母管上配有一个电动凝汽器溢水阀，排水也进入地下储水箱。

冷却三角采用FORGO （福哥）TA-60 多孔槽板翅片铝制热交换器，这是一种全铝制的管翅式热交换器，多根换热管与翅片整体连接。空气侧的换热通过在平板表面上冲压形成矩形槽而得以增强，冲压而形成的槽与空气流交叉，当气体穿过换热束时沿着气流方向就能形成一种重复出现的波状的气体流动。同时空气侧的压降相对于换热增强可以忽略，且具有良好的表面清洗性。该热交换器翅片间距3.1mm，翅片厚度0.3mm，管道外径18.6mm，壁厚0.75mm。每个冷却元件的长度×宽度×深度为6m×2.4m×0.15m。 4 个或者3 个冷却元件组装到一起，两端有联箱，采用O 形环密封，形成24m 和18m 两种规格的冷却柱。两通道的冷却柱采用交叉式逆流连接。空冷系统的冷却三角通过刚性框架直立与冷却塔环基上，横断面为三角形。其中的两个边由冷却柱组成夹角为49.08°，第三边用于空气进入。空气进入侧安装有控制气流的百叶窗。

地下储水箱侧配有2 台输送泵。凝汽器水位低时启动输送泵，开回水阀门向凝汽器补水，补水至循环水冷水母管；地下储水箱水位高时启动输送泵，开放水阀向排水沟排水。

设计中管道系统的恒压由水轮机导叶控制。系统中恒定水量由储水箱和凝汽器水位控制。液力平衡通过旁通阀的正确控制来保证。两个旁通阀分别控制5 个冷却扇段的液力平衡。冷却水温度通过控制冷却塔周围百叶窗的开度来控制。

2.3 调试情况

国电宝鸡第二发电厂扩建工程#5 机组在整套试运过程中分别于2011 年1 月2 日、1 月5 日发生跳闸。前者是在停止循环水泵A 后，循环水泵C 出口液控蝶阀突然关闭，引起循环水泵C 跳闸，导致凝汽器真空快速降低，汽机真空低跳机，联锁锅炉MFT。后者是在开启2#、3# 事故疏水时，凝汽器背压快速升高，运行人员手动打闸停机。

通过认真分析讨论，制订如下防范措施：一是高加水位维持低位运行，要求运行人员经常对照就地和远传水位；二是修改了高加水位逻辑，在“高加水位高二时，本级高加危急疏水阀快开，上级正常疏水联关”之后，增加“同时联关本级抽汽逆止门”；三是运行中开启A/B 疏水扩容器减温水；四是运行中开启A/B 低旁减温水；五是规定A/B 凝汽器压力相差不得大于5kPa。超过时运行人员要及时调整，调整无效且已经大于10kPa 时，应视真空、水位情况手动打闸；六是要求运行人员加强空冷系统监盘，平稳调整。

采取以上措施后5# 机组顺利通过168 小时满负荷试运，期间扇段投入少，机组背压低，节煤效果明显。以2011 年1 月10 日为例，当日环境温度3℃，机组负荷660MW，2 台循环水泵运行，间冷冷却塔投入1#、2#、3#、6#、7#、8# 共计6 个扇段，间冷冷却塔进水水温47℃，出水水温27℃。此时机组背压10.3kPa，给煤量260t/h，经济性良好。