并列配置间接空冷系统性能研究

刘　利， 朱鹏达， 谭　锐

(国电科学技术研究院， 南京 210046)



并列配置间接空冷系统性能研究

刘利， 朱鹏达， 谭锐

(国电科学技术研究院， 南京 210046)

介绍了一种新型并列配置间接空冷系统，并对该空冷系统进行了性能试验分析。该系统的冷却能力达到了考核工况下的设计要求：在夏季高温条件下仍能带满负荷运行；冬季通过调整运行方式，借助机械通风塔冷却面积小的优势，实现空冷防冻。该系统可有效解决新疆地区高温、高寒条件下的空冷运行难题。

间接空冷系统； 并列配置； 通风塔

在国内寒冷缺水的北方，尤其是富煤缺水的新疆、宁夏和内蒙古等地区，空冷机组得到了广泛的应用。空冷系统发展至今，共形成了直接空冷系统、海勒式间接空冷系统和哈蒙氏间接空冷系统。与直接空冷机组相比，间接空冷机组以其受大风影响较小、运行煤耗较低等优点，得到了各大发电集团的青睐；但间接空冷机组也存在着夏季高温条件下机组高背压运行，冬季防冻性能差等问题。

近年来，国内学者对间接空冷机组进行了大量的研究，认为间接空冷机组比直接空冷机组具有更好的技术经济指标[1-3]。彭焕炳等[4]对表面式间接空冷系统的散热能力、传热效果进行试验研究；梁振明[5]分析了600 MW间接空冷机组全年的不同环境温度下，背压、煤耗等经济指标，并介绍了机组夏季降温、冬季防冻的运行方式；张春雨等[6-8]对间接空冷系统的变工况运行进行了研究，提出了变工况的计算模型，为间接空冷机组的冷端优化运行提供了理论依据；雷平和等[9]对新型并列配置间接空冷系统的应用进行了阐述，并将其与直接空冷、自然通风塔、机械通风塔进行了技术经济性对比，认为该型间接空冷系统更加适合新疆地区的气候条件。笔者重点介绍了克拉玛依电厂间接空冷系统的冷却能力，以及该系统的优点和存在的问题。

1　系统综述

由于新疆地区夏冬两季温差较大，夏季最高达到45 ℃，冬季最低达到-40 ℃左右，常规的空冷系统难以既满足夏季运行，又满足冬季防冻要求。因此，采用自然通风塔与机械通风塔并列配置间接空冷系统。

该空冷系统是CJK350/275-24.2/0.64/566/566型超临界、一次中间再热、单轴、双缸双排汽、抽汽凝汽式汽轮机配套的。

自然通风塔空冷散热器布置方式为立式垂直布置，主要设计参数见表1。

表1　自然通风塔主要设计参数

机械通风塔空冷散热器布置方式为立式，主要设计参数见表2。

表2　机械通风塔主要设计参数

同等级间接空冷机组的空冷散热器面积为1 600 000 m2左右，双塔空冷系统节省散热器面积约35%。

该空冷系统自然通风塔和机械通风塔各冷却50%的循环水。空冷散热器采用双排管双流程冷却三角，垂直布置于冷却塔周围。系统流程见图1，通过布置于热水管段的2台循环水泵打水，使循环水进入冷却三角进行表面换热，冷却的循环水回到凝汽器水侧再进行换热，受热后的循环水再返回循环水泵入口，从而构成一个密闭循环系统。

2　性能计算方法

环境温度ta,m是20个测量点上同时测量的温度的平均值。

(1)

冷却塔实测散热量为：

Qm=Gwcp,w(tw,in-tw,out)

(2)式中：Qm为冷却塔散热量， MW；Gw为冷却水流量，t/s；cp,w为比定压热容，MJ/(t·K)；tw,in为冷却水入口水温， ℃；tw,out为冷却塔出水温度， ℃。

初始温差：

Δtm=tc,m-ta,m

(3)

式中：tc,m为循环水泵出水温度， ℃。

查基本性能曲线可得冷却塔散热量：

Q*=f(Δtm)

(4)

考虑环境温度对散热的影响(ΔQa)，查找其修正曲线得：

(5)

式中：ta,c为设计环境温度， ℃。

考虑大气压力对散热的影响(ΔQb)，查找其修正曲线得：

(6)

式中：pb,m为测量大气压力， kPa；pb,n为设计大气压力， kPa。

冷却塔保证散热量：

Qg=Q*+ΔQa+ΔQb

(7)

性能测试的目的是将测试冷却塔的冷却能力Cm与保证值Cg比较，其中：

(8)

(9)

3　试验结果分析

试验参照VDI 2049 《干冷塔验收及性能试验导则》和DL/T 552—1995 《火力发电厂空冷塔及空冷凝汽器试验方法》等试验规程，对间接空冷系统进行了性能验收试验，结果见表3。

表3　间接空冷系统性能验收试验测试数据

在汽轮机TRL工况(汽轮机夏季背压，350 MW负荷运行)下，分别在环境温度为38.42 ℃下进行了风机100%转速和39.16 ℃下进行了风机110%转速下的冷却塔性能试验。在机械通风塔风机100%转速下，机械通风塔性能系数δ为0.051 5，自然通风塔性能系数δ为0.057 2；在机械通风塔风机110%转速下，机械通风塔性能系数δ为0.053 0，自然通风塔性能系数δ为0.000 2。

该工况下性能验收测试的性能系数δ均大于0，说明冷却塔的散热能力达到了保证值。

机械通风塔冷却风机转速从100%提高到110%后，机械通风塔冷却能力有所提高，机械通风塔循环水温降增大，但自然通风塔冷却能力下降，循环水温降减小，混合后循环水母管温降基本不变，对整个空冷系统来说影响不大，反而增加了风机的用电量，厂用电率增大0.16%左右。这可能是由于两塔之间距离较低，导致存在抢风现象，使得自然通风塔冷却能力下降。

在同一工况下，自然通风塔和机械通风塔的环境温度不一致，是由于两个环境温度分别由各自塔进口放置的10个温度测定值平均而得到。

4　优缺点分析

该冷却系统解决了新疆地区夏季高温、高负荷运行难题。在夏季环境温度为38.42 ℃下，排汽压力仅为31.64 kPa，机组仍能实现100%负荷率。而同时期新疆地区其他空冷机组，由于环境温度太高，机组仅能运行在50%～75%负荷率。

冷却单元散热面积减小，有利于冬季防冻问题的解决。冬季低温运行时，停运自然通风塔，停运机械通风塔冷却风机，将所有循环水送至机械通风塔进行自然冷却，由于机械通风塔冷却面积小，有效防止了冬季冻裂。冬季运行数据见表4。由表4可知：该空冷系统在冬季各种工况下仍能正常运行，将机组排汽压力维持在8～12 kPa。

表4　机组冬季不同工况下运行参数

该并列配置间接空冷系统的设计中也存在一些问题：

(1) 机械通风塔与自然通风塔中间距离略近，会产生抢风现象，当机械通风塔冷却风机转速提高后，机械通风塔温降增大，自然通风塔温降减小，而总循环水温差不变。

(2) 机械通风塔冷却风机的存在导致厂用电率有所增加，为0.5%左右。

5　结语

通过对并列配置间接冷却系统性能试验分析，自然通风塔和机械通风塔均达到了设计保证值。现机械通风塔冷却风机转速提高后，虽然机械通风塔冷却能力有所提高，但自然通风塔冷却能力下降，对整个间接空冷系统影响不大，反而增加了厂用电率0.16%。该新型间接空冷系统解决了新疆地区高温、高寒的气候条件下的运行难题，有效保障了机组安全高效运行。

[1] 宫现辉, 徐士倩, 王雪, 等. 300 MW机组直接空冷与三塔合一间接空冷经济分析[J]. 电站系统工程, 2011, 27(6): 55-57.

[2] 王新宇, 史建良, 李国宝, 等. 间接空冷和直接空冷系统技术经济分析[J]. 热力发电, 2010, 39(8): 1-3, 22.

[3] 刘轶斌. 间接空冷与直接空冷系统综合技术经济比较[J]. 山西电力, 2009(S1): 113-116, 125.

[4] 彭焕炳, 于天群. 表面式凝汽器间接空冷系统运行性能试验研究[J]. 中国电力, 1996,29(2): 25-28.

[5] 梁振明. 间接空冷机组经济运行分析[C]//全国火电600 MW e级机组能效对标及竞赛第十四届年会论文集. 昆明: 全国发电机组技术协作会, 2010: 60-65.

[6] 张春雨, 严俊杰, 李秀云, 等. 哈蒙式间接空冷系统变工况特性的理论研究[J]. 动力工程, 2000, 20(1): 566-570.

[7] 张春雨, 严俊杰, 李秀云, 等. 海勒式间接空冷系统变工况特性的理论研究[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2000, 28(9): 104-109.

[8] 陈海平, 姜聪, 石维柱, 等. 海勒式空冷系统变工况热经济性分析计算模型[J]. 汽轮机技术, 2007, 49(5): 332-334.

[9] 雷平和, 冯璟, 陈保华. 新型并列配置间接空冷系统在热电厂的应用[J]. 电力建设, 2011, 32(12): 51-56.

Research on Performance of an Indirect Air-cooling System with Parallel Configuration

Liu Li, Zhu Pengda, Tan Rui

(Guodian Science and Technology Research Institute, Nanjing 210046, China)

Performance tests were conducted on a new type air-cooling system with parallel configuration, during which the cooling effectiveness was proved to satisfy the design requirements under verification conditions. At high-temperature atmosphere in summer, the system can work stably at full load; whereas in winter, the freeze-proofing of indirect air-cooling system can be achieved by adjusting the operation mode, with the help of small cooling area of mechanical ventilation tower. The system overcomes the deficiencies of traditional air-cooling systems under high-temperature and high-cold conditions in Xinjiang.

indirect air-cooling system; parallel configuration; ventilation tower

2016-01-13

刘利(1985—)，男，工程师，主要从事汽轮机组热力系统及节能研究。

E-mail: liuil85@163.com

TM621.6

A

1671-086X(2016)05-0304-04