国产600MW直接空冷机组尖峰喷淋装置对空冷岛运行经济性的分析与应用

郝越

【摘 要】本文通过分析尖喷淋峰装置对于空冷环境温度的调节，提高夏季带满负荷小时数，稳定机组在最佳状态。从尖峰喷淋装置的性能控制出发，确定了超临界空冷机组实际运行需对空冷凝汽器管束增加喷淋降温系统，以求达到最热季管束降温、散热的目的，增加发电效率。

【关键词】超临界；直接空冷系统；尖峰喷淋装置

【Abstract】This article through the analysis pointed spray device for air cooling temperature peak regulation， improve the summer hours at full capacity， stable unit in the best state. Starting from rush spray device performance control， determine the supercritical air cooling unit operation need to air condensing steam condenser tube bundle increase spray cooling system， in order to achieve the purpose of hottest season bundle cooling， heat dissipation， increase the efficiency.

【Key words】Supercritical； Direct air cooling system； Rush spray device

0 前言

在我国这样一个人均水资源低于世界平均水平的缺水国家发展坑口电站，采用空冷技术是解决水源短缺矛盾的较好方法。国内目前投运的600 MW空冷机组为数不多，对空冷机组空冷岛处于最佳运行方式进行的研究，提高空冷机组经济运行水平，达到节能降耗的目标是目前十分迫切的问题。

通过实际运行需对空冷凝汽器管束增加喷淋降温系统，以求达到最热季管束降温、散热的目的，增加发电效率。本系统能够弥补空气环境温度升高对管束散散热的影响，避免了风向、风速变化后，在散热器入口处形成的热风回流现象，有效控制了机组背压的升高，彻底解决了炎热夏季对直接空冷机组空冷岛入口处空气温度的影响。该系统具有结构简单，维护、使用方便，降温性能稳定的优点，在有效保证机组正常稳定运行的情况下，降低了能耗、提高了经济效益。

1 超临界直接空冷机组运行发现的问题

我单位为直接空冷机组，空冷装机容量为2×600MW，主机凝汽装置设计为直接空冷凝汽器，设备为GEA公司产品，可在空气干球温度30.4℃，环境风速为4m/s，背压不大于30kPa.a工况下保证汽轮发电机组功率为630MW长期运行，空冷凝汽器系统共8排7列配有56台风机，其中每排2、6列为逆流管束，散热面积1492718m2。背压受环境温度影响较大，尤其是夏季环境温度较高时机组背压较高，机组最大出力受限，同时煤耗上升；空冷风机出力加至最大，背压下降不明显，同时带来空冷系统耗电量上升。

在夏季炎热时段，采用尖峰喷淋夏季环境温度比较高的情况下采用空冷尖峰冷却装置，向散热器翅片表面喷雾状水。尖峰冷却系统是通过把水用喷嘴雾化，水雾喷到散热器翅片，迅速汽化蒸发，而吸收汽化热，从而降低散热器翅片温度。达到降低背压，提高真空，增大发电负荷。

2 超临界直接空冷机组尖峰喷淋装置的介绍

尖峰喷淋装置系统是通过把水用喷嘴雾化，水雾喷到散热器翅片，迅速汽化蒸发，而吸收汽化热，从而降低散热器翅片温度。达到降低背压，提高真空，增大发电负荷。它形成的水珠直径仅为微米级，因此它可以很快地蒸发，高温时节快速蒸发的水珠司以使周围环境下降10℃左右。

2.1 尖峰喷淋装置的系统构成

尖峰喷淋系统由喷嘴雾化装置，控制装置、自动检测及故障自动排除装置组成。

2.1.1 喷淋装置主要是特型不锈钢喷嘴及其安装基座，综合各种性能对比，彬长国产600MW超临界空冷机组采用美国喷雾公司（Spraying Systems Co.）生产的雾化喷嘴，具有如下优点：1）流道设计合理，雾化效果好；2）结构简单，便于清洗和更换；3）内流道断面大且通畅，不易堵塞；4）材料耐磨损、腐蚀，使用寿命长。该喷雾类型实质是一个圆形液体环，是通过进气口与旋转腔相切或通过一个紧靠嘴口上游的内部开槽叶片形成的，旋转的液体在离开喷嘴口时形成一个空心锥形形状。

标准角度小流量空心锥形喷嘴喷雾角度40°～90°，不同压力下的用水量不同。

雾化喷嘴，常用不锈钢或铜作为主材料，铜本身耐磨性能指数不高，其喷口又处于长期高压高速水流的磨擦作用，久而久之，造成喷口变大变形，从而进一步影响到雾化效果，只能不定期的全部更换，我们选用不锈钢喷嘴，并且喷嘴口镶嵌硬质合金，这样会大大提高喷嘴寿命和喷雾质量。

2.1.2 尖峰喷淋装置的控制装置，采用PLC系统，内设时间和程序控制。可根据用户的要求，对某个单元不喷雾，或根据气温调整喷雾冷却单元，程序可预先设定，减少了人工操作和维护，实现无人值守。

2.1.3 自动检测及故障自动排除装置该装置对投入运行的设备进行状态监视，故障显示。可设定环境温度高于某数值时，自动启动系统。也可人工手动控制系统。同时装置显示运转散热器单元，及耗水量。风机停转单元，自动停止该单元喷雾，节约用水。对流程启、停运及设备故障信号可进行报警。

2.2 尖峰喷淋装置操作核心

2.2.1 喷淋就地控制柜是整个控制系统的核心。两台机组共配一台PLC程控箱，PLC程控箱由西门子PLC、扩展模块、接触器、驱动模块、通讯模块、信号采集模块组成，结合先进的人机界面控制，能实现空冷岛喷淋降温系统的灵活控制，实现按最优设置进行程序控制工作，满足各种环境气候的喷淋方案。

2.2.2 散热器排列组合，散热器排列选择用于选择需要喷淋的散热器排列数。

手动模式下，需要手动指定每一排散热器是否进行喷淋工作。设置时，两个机组的散热器可以同时进行设置，最多可以允许16列散热器（全部散热器）同时进行喷淋。举例说明：如果需要同时喷淋1#机的10排、20排和40排、2#机的20排，那么在面板上需要将这几排的按钮全部都按一下。

全自动模式下，系统根据水流量、水压力两个参数自动控制喷淋工作。启动喷淋工作后，根据当前水流量和水压力来自动配置，同时喷淋采取分时喷淋工作方式，在工作过程中实时监测环境水流及压力，如果有富余再逐个增加同时喷淋的A型塔数量，如此循环。

3 超临界直接空冷机组尖峰喷淋系统技术特色

尖峰喷淋系统能够弥补空气环境温度升高对管束散散热的影响，避免了风向、风速变化后，在散热器入口处形成的热风回流现象，有效控制了机组背压的升高，彻底解决了炎热夏季对直接空冷机组空冷岛入口处空气温度的影响。该系统具有结构简单，维护、使用方便，降温性能稳定的优点。

3.1 采用间接喷雾冷却降温方式，极大地降低了除盐水的浪费率，喷射出去雾化后的除盐水高达98%都能到达空冷管束表面参与热交换，在系统工作时，空冷岛下方能保持相对干燥，对空冷岛下方主要设备没有任何影响，无需对相关设备作防淋处理。

3.2 降低了除盐水使用量，使得同样多的除盐水同时喷淋的A型塔列数成倍增加，显著提高冷却降温效率。

3.3 配置多种传感器：在喷淋水泵出口处设置流量传感器和压力传感器，实现对系统工作全方位监控和保护，达到全自动智能化控制要求。

3.4 向空气中喷射完全雾化的水汽，通过风机送至空冷管束，快速吸收空冷管束表面的热量并向空气中散发，达到快速间接喷淋降温效果。

3.5 系统采用现场可编程（可设置）循环喷淋方式与系统全自动控制喷淋降温方案相结合，降低了电厂除盐水的处理要求，提高了系统工作的灵活性。

3.6 系统正常运行后，可使背压降低5～10Kpa。

4 超临界直接空冷机组尖峰喷淋装置喷淋应用效果

4.1 超临界直接空冷机组尖峰喷淋装置运行前准备

自动喷淋系统采用除盐水作为工作介质。使用除盐水时，必须保证储水罐的储水容量足够，才能进行喷淋工作。如果除盐水水量不够的情况下进行喷淋，不仅喷淋的雾化效果不好，导致散热器的降温收到限制，而且严重时有可能会导致整个发电机组停机。因此，运行前必须检查除盐水的储水量。

工作时，除盐水通过入口管道连接到高压泵，然后高压泵启动运行之后，会将除盐水输送到空冷岛平台，通过电动阀门进入各个喷嘴，从喷嘴喷出雾化后的除盐水，实现喷淋降温。

4.2 超临界空冷机组尖峰喷淋装置投运

4.2.1 尖峰冷却系统当背压大于24Kpa，投运空冷喷淋系统，当背压小于20Kpa时停运喷淋系统。

4.2.2 单机负荷500MW以上，环境温度28℃以上时投运空冷喷淋系统。

4.3 采用尖峰喷淋装置带来的经济性分析结果：

表1 尖峰喷淋前后背压对比

1）1、2对比，相同负荷、环境温度、风机频率下利用尖峰喷淋系统对散热面进行喷淋可以使背压下降3.52Kpa，3、4对比，背压下降2.73Kpa。喷淋前后背压对比见表1。

2）根据西安热工院及相关电厂提供资料，600MW 机组额定运行工况，背压每降低1 KPa，供电煤耗降低0.8%，供电煤耗321.8g/Kwh，每年5-10月份进行喷淋，每天运行8小时，以600MW时为例可多发电量计算如下：

？驻W=Pt（1）

？驻W=60×3.52×0.8%×8×30×6=2433万Kwh（2）

除去每月化学制水消耗电量（以8万Kwh每月计算）48万Kwh，每年利用尖峰喷淋系统可节省电量2385万Kwh。

据统计我厂彬长发电空冷岛耗电量年累计量高达0.56%，最高时占我厂厂用电约17%的比例。由于我国电网缺乏调峰容量，夏季电负荷紧张，电网要求空冷机组夏季需带满负荷且年不满发小时数越少越好。

5 结论

5.1 尖峰装置运行停止后，如果是处于夏天，那么不需要进行特别的操作处理。但是如果在夏季过后，喷淋降温系统不再使用，为保证系统在冬季不被冻坏，应做好冬季防冻隔离措施。

5.2 夏季，对空冷器的清洁必须重视，每次停机时，要对散热器单元内部彻底的清洗，外部的清洗连续不间断进行。

5.3 喷嘴故障包括

（1）不喷水

可能原因：喷嘴堵塞；离心水泵无进水；电动球阀或手动球阀未开。

解决方法：清理喷嘴或更换；检查离心水泵进水；检查电动球阀或手动球阀，进行正确调整。

（2）雾化效果差

可能原因：喷嘴损坏；离心水泵出水压力小；电动球阀或手动球阀未全开。

解决方法：更换喷嘴；检查离心水泵，并调整离心水泵；检查电动球阀或手动球阀，进行正确调整。

5.4 当尖峰喷淋系统正常运行后，会不断判断各个电气零部件的工作状态。如果发生异常状态，系统会发出报警信号。当发生报警信号后，不会停止系统的工作，需要操作人员及时停止系统工作。

【参考文献】

[1]杨立军，杜小泽，杨永平，等.火电站直接空冷凝汽器性能考核评价方法[J].中国电机工程学报，2007，27（2）：49-55.

[2]丁尓谋.发电厂空冷技术[M].北京：水利水电出版社，1992.

[责任编辑：杨玉洁]