直接空冷凝汽器尖峰冷却系统的应用

曹永军，王云峰，郝金花

（1.武乡西山发电有限责任公司，山西 武乡 046300；2.河北兴泰发电有限责任公司，河北 邢台 054800）

直接空冷凝汽器尖峰冷却系统的应用

曹永军1，王云峰1，郝金花2

（1.武乡西山发电有限责任公司，山西 武乡 046300；2.河北兴泰发电有限责任公司，河北 邢台 054800）

由于直接空冷机组在迎峰度夏过程中普遍存在排汽压力大幅偏离设计值，不利于机组的安全、经济运行，分析了某电厂夏季设计排汽压力与实际数据，通过在现有直接空冷系统加装尖峰冷却装置，能有效地解决机组在夏季排汽压力过高和全厂煤耗大的问题，值得其他同类型电厂借鉴。

直接空冷系统；尖峰冷却装置；运行排汽压力；经济性

某电厂安装2台国产引进型600MW燃煤汽轮机发电机组，采用直接空冷系统。汽轮机型号为NZK600-16.7/538/538，是亚临界，冲动反动联合式、一次中间再热、单轴、三缸（高中压缸和两个低压缸）四排汽直接空冷凝汽式汽轮机。空冷凝汽器布置在汽轮机房A列外，空冷凝汽器采用三排管结构，散热面积为1 379 591m2，经空冷凝汽器凝结成的水、排汽管道系统的疏水通过凝结水管道收集进入汽轮机排汽联合装置。

1 改造的必要性

该电厂是2007年投产的2×600MW级直接空冷燃煤机组，依据当时、当地的煤价：150～200元/t，成本电价：0.22元/（kW·h） 而确定的机组设计排汽压力值，选定空冷散热器面积为137.96m2/单元机组。2007投产后的第一个夏季，受环境温度影响，机组带负荷能力受到限制。为此，2007年6月、8月对2台600MW机组增设空冷喷淋水系统。虽缓解了因环境温度高带负荷的问题，但因为运行排汽压力经常高于35 kPa，偏离设计值（15 kPa） 很多，严重影响机组运行的安全和经济性。由于空冷喷淋使用的是化学除盐水，除盐制水设备每天制水量仅有3 600～3 800 t/h，双机空冷喷淋用水全部投运每天需要4 100 t/h左右，因此只能部分投运空冷喷淋系统。当环境温度高达36℃以上时，机组只能带450～490MW负荷，排汽压力高达35 kPa以上。

近几年，由于煤价的持续走高，气候逐渐转暖，直接空冷机组的设计排汽压力取值也在逐年下降，特别是机组夏季运行排汽压力高，煤耗大，见表1。

表1 改造前夏季排汽压力情况

通过与全年平均值比较，夏季排汽压力平均值高于全年平均值4.4 kPa左右，按每1 kPa影响煤耗1.25 g/（kW·h）计算，夏季三个月排汽压力影响煤耗升高约5.5 g/（kW·h），折合到全年影响煤耗约1.38 g/（kW·h），见表 2。

表2 改造前夏季排汽压力影响煤耗情况

在极端天气下，机组排汽压力对机组经济性的影响更大，见表3。当环境温度接近30℃时，负荷在430MW以上，机组排汽压力已偏离设计工况。随着温度的升高，每增加10MW负荷，机组排汽压力上升0.76 kPa左右，影响煤耗升高0.95 g/（kW·h）；当环境温度达36℃以上时，不仅机组经济性变差，而且严重威胁机组的安全稳定运行。

表3 极端天气下运行参数

通过对机组投产后夏季排汽压力数据的分析，本着节能降耗的原则，有必要对空冷散热系统进行改造，以期达到降低机组的夏季运行排汽压力，减少发电煤耗，降低机组运行成本的目的。

2 直接空冷散热改造方案的选择

为了降低机组的夏季排汽压力，必须增加冷端的散热能力，由此可采用以下三种方式：增加现有直接空冷系统的散热器面积；分流部分蒸汽采用表凝式间接空冷；分流部分蒸汽采用湿式尖峰冷却器系统。

2.1 增加现有直接空冷系统的散热器面积

增加现有直接空冷系统的散热器面积方案，即增加风机单元，可单独增加一列或几列，也可在原有的每列风机单元上再增加风机单元，达到增加散热面积的目的。增大了空冷系统的散热量，降低夏季满发排汽压力，减少煤耗。

直接空冷是将汽轮机排出的乏汽，通过管道送入空冷凝汽器的钢制散热器中，由环境空气直接将其冷却为凝结水，减少常规二次换热所需要的中间冷却介质，换热温差大，效果好；但存在以下几个缺点：影响母线的出线和平台下设施设备的布置，需要重新核算空冷平台结构，施工难度大等。

2.2 分流部分蒸汽采用表凝式间接空冷

分流部分蒸汽采用表凝式间接空冷方案，就是从目前的直接空冷系统中分流一部分蒸汽，再通过表面式凝汽器用循环冷却水冷凝为凝结水，由凝结水泵送回汽轮机回热系统。温度升高的冷却水经循环水泵送入自然通风塔，在空冷散热器中与空气对流换热，冷却后的循环水再送回到表面式凝汽器中冷却汽轮机排汽，完成一个闭路循环。间接空冷的方案占地多、系统投资大，实现难度较大。

2.3 分流部分蒸汽采用湿式尖峰冷却器系统

湿式尖峰冷却系统的工艺流程和表面式间接空冷基本相似，也是从直接空冷系统中分流一部分蒸汽，再通过表面式凝汽器用循环冷却水冷凝为凝结水，由凝结水泵送回汽轮机回热系统。温度升高的冷却水经循环水泵送入湿式机力通风冷却塔将其冷却[1]。与前两种改造方案相比较，湿式尖峰冷却器系统需要增设凝汽器、机力通风塔等设施和设备，投入成本较低，且占地也不大。同时，该改造方案只是在夏季高温时段使用，冬季和春、秋季时原有的直接空冷系统可以满足要求。因此，湿式尖峰冷却方案是切实可行的。

3 尖峰冷却系统改造方案

根据电厂排汽管道、空冷平台下的布置，确定新增设备及管道均布置在空冷平台下，1号机组凝汽器及循环冷却水坑布置在空冷平台下检修油箱旁固定端侧，2号机组凝汽器及循环冷却水坑布置在空冷平台下主变压器旁固定端侧。根据哈尔滨汽轮机厂有限责任公司提供的曲线经核算，从空冷排汽管道上抽出175 t/h左右的蒸汽至新增凝汽器内冷却，循环冷却水量约6 000 t/h，将循环水冷却水温度由33℃升至48℃，设计排汽压力27 kPa。

尖峰冷却系统包含如下几个系统：循环冷却水系统、蒸汽系统、凝结水系统、抽真空系统、胶球清洗系统，增加凝汽器、胶球清洗装置等设备。

蒸汽系统：对2台机组，在原有的两根DN6000的竖直大排汽管道上各接出一根DN800管道，然后汇合成DN2400的管道，接到凝汽器入口。在管道上设有膨胀节和电动蝶阀，膨胀节用以吸收管道的横向和轴向等位移；电动蝶阀在夏季机组运行排汽压力高时，打开阀门使一部分蒸汽流至凝汽器进行冷却，缓解直接空冷散热器的压力，达到降低排汽压力的目的。春、秋、冬季机组运行排汽压力低时，关闭阀门，使全部排汽通过直接空冷散热器冷却。

循环冷却水系统：设置2根φ920mm的循环冷却水供水母管至凝汽器，冷却蒸汽后经2根φ920mm的回水管道接至尖峰冷却器。

凝结水系统：排汽通过凝汽器冷却后的凝结水自流回至主厂房0m层的排汽装置，与直接空冷散热器冷却后的凝结水混合后进入凝结水系统。

抽真空系统：将凝汽器内的不凝结蒸汽和漏入的空气抽出接至主厂房内抽真空管道或就近的空冷平台抽真空管道上，以维持凝汽器的真空。

4 改造后的效果

尖峰冷却装置正式运行后，机组排汽压力显著降低，有效解决了直接空冷机组过夏带不满负荷与高排汽压力运行不经济的问题[2]。

同等条件下1号、2号机尖峰冷却装置安装前后排汽压力对比见表4、表5、表6、表7。

表4 1号机组未投喷淋系统的条件下尖峰投运前后数据对比

表5 1号机组投喷淋系统的条件下尖峰投运前后数据对比

表6 2号机组未投喷淋系统的条件下尖峰投运前后数据对比

表7 2号机组投喷淋系统的条件下尖峰投运前后数据对比

通过数据对比，1号机排汽压力降低平均值为3.17 kPa，2号机排汽压力降低平均值为3.43 kPa。2台机组排汽压力降低平均为3.3 kPa。按照排汽压力降低1 kPa可降低煤耗约1.25 g/（kW·h）计算，单台机组可降低煤耗约1.25×3.3＝4.125 g/（kW·h），节能降耗效果十分明显。

［1］ 陈继军，尹海宇，郭民臣.发电厂空冷系统尖峰冷却喷水降温过程的分析［J］.现代电力，2010，27（3）：57-59.

［2］ 马庆中，张龙英.直接空冷凝结器尖峰冷却系统的研究与应用［J］.山西电力，2007（增刊）：55-57.

App lication of Aiguille Cooling System in Direct Air-cooling Condenser

CAO Yong-jun1，WANG Yun-feng1，HAO Jin-hua2
（1.W uxiang Xishan Power Generation Co.，Ltd.，Wuxiang，Shanxi 046300，China；2.Hebei Xingtai Power Generation Co.，Ltd.，Xingtai，Hebei 054800，China）

Since steam exhausting pressure of direct air cooling unit substantially deviated from designed value，which is of disadvantage to safe and economic operation of the unit.The actualdataand designed data ofsteam exhausting pressureofa power plant in summer were analysed.Through installing aiguille cooling device on the present direct air cooling system，the problems of high steam exhausting pressure in summerand higher coal consumption can be resolved，which isuseful for the similar power plants to learn lessons from.

directair-cooling system；aiguille cooling device；steam exhausting pressure；economy

TK264.1

B

1671-0320（2014）03-0057-03

2014-01-20，

2014-04-02

曹永军（1972-），男，山西太谷人，1994年毕业于太原高等电力专科学校热能动力专业，工程师，高级技师，从事发电厂运行管理工作；

王云峰（1982-），男，山西岚县人，2005年毕业于中北大学计算机科学与技术专业，工程师，从事电厂运行管理工作；

郝金花（1983-），女，河北邢台人，2008年毕业于华北电力大学电力系统及其自动化专业，工程师，从事发电厂热控检修技术管理工作。