電廠冷卻技術

發(fā)電廠空冷技術李華2/5/20231電廠凝汽器冷卻方式汽輪機做功后的乏汽，需經汽輪機凝汽設備冷卻為凝結水；凝結水泵將凝水送入回熱系統(tǒng)，對水進行回熱利用并循環(huán)加熱；按冷卻方式，冷卻系統(tǒng)可以分為濕式冷卻系統(tǒng)(水冷系統(tǒng))和干式冷卻系統(tǒng)(空氣冷卻系統(tǒng))兩大類。濕式冷卻系統(tǒng)即水冷系統(tǒng)，有開式冷卻系統(tǒng)和閉式冷卻系統(tǒng)兩種。開式冷卻系統(tǒng)：以江、河、湖、海和水庫的水作為冷卻水的供水系統(tǒng)。水資源充沛的地區(qū)，采用開式冷卻居多。圖1-1即為一濕式開式冷卻水系統(tǒng)，河水經循環(huán)水泵抽入凝汽器中作為冷卻水對汽輪機排汽進行凝結，冷卻水吸收熱量后直接排放入河水中。缺點：夏季高溫期，排水溫度較高，對環(huán)境產生熱污染，生態(tài)平衡易受到破壞。2/5/20232電廠凝汽器冷卻方式濕式閉式冷卻系統(tǒng)：冷卻水在凝汽器與冷卻塔之間進行循環(huán)的冷卻方式是。適用于：水資源不太充沛的地區(qū)，閉式冷卻系統(tǒng)應用較多。缺點：閉式冷卻系統(tǒng)冷卻水的表面蒸發(fā)和排污約占全廠耗水量的65%以上，耗水量大，易形成和其他國民經濟部門爭水的現象；過度的耗水，導致區(qū)域性水資源供需矛盾突出；甚至使生態(tài)環(huán)境遭到永久性破壞。2/5/20233發(fā)電廠空冷技術應用的必然性濕冷：耗水量大，易造成用水矛盾；空冷：節(jié)水，可有效緩解用水矛盾；空冷：起源于20世紀30年代，采用翅片管式的空冷散熱器，直接或間接用環(huán)境空氣來冷凝汽輪機的排汽；采用空冷技術的冷卻系統(tǒng)稱為空冷系統(tǒng)；采用空冷系統(tǒng)的汽輪發(fā)電機組稱為空冷機組；采用空冷系統(tǒng)的發(fā)電廠稱為空冷電廠；發(fā)電廠汽輪機排汽空冷技術的應用和發(fā)展為在嚴重缺水的煤礦和電力負荷中心區(qū)域建設大型火力發(fā)電廠開辟了一條經濟、安全、可靠的途徑，也為水資源豐富區(qū)域保持生態(tài)平衡提供了有利條件。2/5/20234發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的方式

——直接空冷系統(tǒng)2/5/20235發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的方式

——直接空冷系統(tǒng)直接空冷汽輪機的排汽直接由空氣來冷凝，熱源為汽輪機排汽，冷源為空氣，熱交換存在于蒸汽和空氣之間，沒有循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。與其他方式的空冷系統(tǒng)相比較具有如下優(yōu)缺點。其優(yōu)點是：①不需要冷卻水等中間冷卻介質，初始溫差大；②設備少，系統(tǒng)簡單，基建投資較少，占地少；③空氣量的調節(jié)靈活，冬季防凍措施比較可靠。其缺點是：①空冷凝汽器體積比水冷凝汽器體積大得多，龐大的真空系統(tǒng)容易漏氣；

②大直徑的排汽管道加工比較困難；③直接空冷大多采用強制通風，因而增加了廠用電量，同時也增加了噪聲源。2/5/20236發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的方式

——間接空冷系統(tǒng)根據凝汽器型式的不同及所采用冷卻介質的不同，間接空冷系統(tǒng)可分為：具有混合式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)；具有表面式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)。2/5/20237發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的方式

——海勒式間接空冷系統(tǒng)2/5/20238發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的方式

——海勒式間接空冷系統(tǒng)調壓水輪機的功能調整水輪機導葉開度來調整混合式凝汽器噴嘴前的水壓，使水和蒸汽充分接觸。回收能量，減少冷卻水循環(huán)的功率消耗。優(yōu)點以微正壓的低壓水系統(tǒng)運行，較易掌握。缺點設備多、系統(tǒng)復雜、需要凝結水精處理裝置、自動控制系統(tǒng)復雜、全鋁制散熱器的防凍性能差。特點1，凝汽器為混合式；2，增設了調壓水輪機。2/5/20239發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的方式

——哈蒙式間接空冷系統(tǒng)2/5/202310發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的方式

——哈蒙式間接空冷系統(tǒng)1.特點⑴表面式凝汽器；⑵散熱器在塔內呈傾斜布置；⑶增設了疏水膨脹箱，布置于空冷系統(tǒng)回路中，對冷卻水膨脹起補償作用。⑷無蒸發(fā)損失。2.優(yōu)點節(jié)約廠用電，設備少，冷卻水系統(tǒng)與汽水系統(tǒng)分開，兩者水質可按各自要求控制。3.缺點空冷塔占地大，基建投資多，系統(tǒng)中需進行兩次換熱，且都屬表面式換熱，使全廠熱效率有所降低。2/5/202311發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的應用場合（1）帶基本負荷的電廠直接空冷系統(tǒng)、海勒式間接空冷系統(tǒng)和哈蒙式間接空冷系統(tǒng)均得到廣泛的應用。直接空冷系統(tǒng)目前采用的單機最大容量為890MW(巴林)，海勒式間接空冷系統(tǒng)目前采用的單機最大容量為325MW(伊朗)，哈蒙式間接空冷系統(tǒng)目前采用的單機最大容量為686MW(南非)。只要能建造濕冷機組的地方，無論緯度同低、氣候干旱與濕潤等都可建造空冷。2/5/202312發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的應用場合（2）調峰電廠空冷系統(tǒng)應用較少，特點：機組起停頻繁，設計空冷系統(tǒng)時易采用效率較高的鋁管鋁翅片散熱器。

鋁管鋁翅片散熱器內表面在制造廠已進行過防腐處理，可適應機組頻繁啟停時工況的干濕變化。（3）老電廠擴建老電廠擴建增容時，水資源往往難于解決，可考慮采用空冷系統(tǒng)。若老電廠場地狹窄，可采用直接空冷系統(tǒng)，將空冷凝汽器布置在汽輪機廠房的屋頂上，減少占地面積：若老電廠有濕冷塔群，可將部分濕冷塔改造為輔助通風的空冷塔，采用哈蒙式間接空冷系統(tǒng)；（4）核電站效率較高的直接氦循環(huán)高溫氣體冷卻堆核電站可以使用空冷技術。目前國外已投運的核電站空冷系統(tǒng)，多采用具有表面式的哈蒙式間接空冷系統(tǒng)。2/5/202313發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的特點

——總體特點（1）廠址選擇條件不受耗水量限制空冷電廠全廠耗水量按設計裝機容量計算約為0.3~0.5m3/(GW.s)。因而廠址的選擇基本不受水源地的限制。使在缺水地方建造大型電站成為可能；（2）空冷設備地位重要。成為鍋爐、汽機和發(fā)電機之后，電廠的主要設備。（3）節(jié)水。濕冷電廠全廠耗水量約為1m3/(GW.s)?？绽潆姀S可節(jié)約濕冷電廠耗水量的65%以上。（4）環(huán)境污染小?？绽潆姀S沒有逸出水霧汽團，不發(fā)生淋水噪聲，更沒有冷卻水對天然水體的排放，因此減輕對環(huán)境的羽流污染、噪聲污染和熱污染。2/5/202314發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的特點

——總體特點（5）減少占地面積采用直接空冷系統(tǒng)時，不僅可以取消濕冷系統(tǒng)的大型濕冷塔、水泵房、深埋地下管線等占地面積，還可以在空冷凝汽器裝置平臺下面布置電氣變壓器，充分利用主廠房A列外側空間。采用海勒式間接空冷系統(tǒng)時，有可能將主廠房或濕法煙氣脫琉系統(tǒng)、煙囪布置在空冷塔內。（6）施工組裝場地較大、調試措施較為復雜。（7）空冷電廠的帶負荷能力受環(huán)境風向、風速、風溫的影響大。（8）空冷發(fā)電廠的全廠熱效率較低，發(fā)電標準煤耗宰大。2/5/202315發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的特點

——共同特點(1)空冷系統(tǒng)的傳熱學特點是低溫位、小溫差、特大散熱量的空氣冷卻熱交換。(2)空冷系統(tǒng)屬密閉式循環(huán)冷卻系統(tǒng)，對水質的要求嚴格。(3)空冷系統(tǒng)需配置高、中背壓空冷汽輪機。(4)空冷系統(tǒng)的冷卻性能受環(huán)境氣象條件(環(huán)境干球溫度、風向、風速)的影響很大，導致空冷機組汽輪機背壓變化增大，汽輪機設計背壓比濕冷機組提高很多，運行背壓范圍也比濕冷機組大一些。(5)空冷系統(tǒng)的散熱器在寒冷的冬季，必須有完備的防凍措施。(6)空冷系統(tǒng)的自動化程度比濕冷系統(tǒng)有大幅度的提高。(7)空冷系統(tǒng)的基建投資和年運行費用(水價低的情況)都高于濕冷系統(tǒng)。2/5/202316空冷機組的技術經濟特性

——與濕冷機組的比較（1）空冷機組比濕冷機組的背壓高，其循環(huán)熱效率比濕冷機組低約5％；（2）空冷機組的廠用電率高，其熱耗一般比濕冷機組高6％一9％；（3）空冷機組的耗水量低，普遍認為比濕冷帆組節(jié)約全廠用水量的65％以上；（4）空冷電廠的造價比濕冷電廠高，且空冷系統(tǒng)部分的投資約占全廠投資的6％一9％，就冷卻系統(tǒng)投資而言，濕冷、直接空冷、間接空冷投資比約為2：3：5。2/5/202317發(fā)電廠空冷與環(huán)境

——選址環(huán)境對空冷的影響1）海拔高度海拔高度越高，壓強越低，空氣密度越小，單位體積空氣對應空氣質量越小，單位體積空氣所吸收的熱量越小，因此達到相同的換熱效果，必然需要更大的空氣體積流量。對于自然通風冷卻塔，就需要通過增加冷卻塔高度來增加冷卻塔的抽吸力，進而增加空氣流量。對于強制通風空冷島而言，則需增加風機功耗，以增大送風量。2/5/202318發(fā)電廠空冷與環(huán)境

——選址環(huán)境對空冷的影響2）環(huán)境氣象條件環(huán)境平均干球溫度、年平均風速等均對空冷設備的運行效率存在一定的影響。冷卻要求相同時，環(huán)境干球溫度越低，越有利于排汽壓力的降低。因此，對于年平均環(huán)境干球溫度較低的地區(qū)，投資相對小一些；對于年平均環(huán)境干球溫度較高的地區(qū)，投資相對大一些。2/5/202319環(huán)境氣象條件

-環(huán)境自然風對間接空冷的影響間接空冷系統(tǒng)多采用風筒式自然通風冷卻塔；一般海勒式間接空冷系統(tǒng)將散熱器豎直布置在塔的外圍；哈蒙式間接空冷系統(tǒng)將散熱器水平布置、階梯布置或略呈內傾圓錐形布置在塔的內部。風對自然通風冷卻塔冷卻性能的影響主要表現在風向與風速上。風速<2.5m/s時，對散熱器的冷卻效果無影響；風速>4m/s時，對散熱器的冷卻效果產生影響明顯。試驗表明，風速為5m/s時對冷卻效果的影響相當于環(huán)境溫度升高2℃；風速為15m/s時，對冷卻效果的影響相當于環(huán)境溫度升高14℃。2/5/202320環(huán)境氣象條件

-環(huán)境自然風對直接空冷的影響直接空冷系統(tǒng)多采用機械強制通風；空冷散熱器呈A型的布置在緊靠汽機廠房A列柱外側的高架獨立平臺上；與廠房的主要聯(lián)系是配汽管道、凝結水管道及抽真空管道系統(tǒng)，故有人將其稱為“空冷島”?？绽鋶u的布置與風向、風速、主廠房朝向及周圍建筑物都有密切關系。風影響直接空冷凝汽器性能的主要因素有：空冷凝汽器平臺通風形狀；空冷凝汽器熱排氣出口離地面高度；風速大小及主風向；強風在空冷凝汽器等周圍均勻分布程度等。2/5/202321環(huán)境氣象條件

-環(huán)境自然風對直接空冷的影響直接空冷凝汽器性能對不同風速和不同風向的變化比較敏感。當風速達到3m/s時，由于發(fā)生熱風再循環(huán)現象(經上風向熱源加熱的空氣被風機吸人并加壓后再次冷卻空冷凝汽器的現象)，導致散熱器冷卻效果下降，機組運行背壓升高。有先例表明，在不利風向及高風速的作用下會導致機組停運事故。2/5/202322發(fā)電廠空冷與環(huán)境

——空冷對環(huán)境的影響空冷對環(huán)境的影響甚微。無霧羽流影響。大型空冷塔通風筒出口或空冷島頂部排出的干空氣是不可見的，這股氣流擴散至大氣中對周圍環(huán)境幾乎沒有影響，因此無出塔霧羽流的影響?？绽湎到y(tǒng)沒有排污，故對環(huán)境水體也無影響。無淋水噪聲影響，有利于環(huán)境保護。為在嚴重缺水的煤礦和電力負荷中心區(qū)域建設大型火力發(fā)電廠開辟了經濟、安全、可靠的途徑。2/5/202323發(fā)電廠空冷與環(huán)境

——空冷的綜合利用間接空冷循環(huán)水熱能的利用間接空冷系統(tǒng)從凝汽器出來的循環(huán)水水溫較高，可作為熱源，以獲得經濟效益，具有發(fā)展循環(huán)經濟的意義?？绽渌瓤臻g的利用海勒式空冷系統(tǒng)的空冷塔塔內中空，可以用作其它設備的空間。2/5/202324發(fā)電廠空冷技術應用概況

——國外空冷技術應用概況發(fā)電廠空冷技術，早在20世紀30年代就已出現。1939年，德國首先在魯爾煤礦的1.5MW汽輪機組應用了直接空冷系統(tǒng)，稱之為“GEA”系統(tǒng)。20世紀50年代，盧森堡的杜德蘭格鋼廠自備電站13MW機組和意大利的羅馬電廠36MW機組分別投運了直接空冷系統(tǒng)。1950年，匈牙利的海勒(Heller)教授在第四屆世界動力會議上提出了間接空冷系統(tǒng)，亦稱海勒式空冷系統(tǒng)，并于1954年在匈牙利第一次實現了間接空冷電站。英國格拉萊電廠于1962年在一臺120MW機組上投運了間接空冷系統(tǒng)。2/5/202325發(fā)電廠空冷技術應用概況

——國外空冷技術應用概況1968年，西班牙的烏特里拉斯坑口電廠一臺150MW機組上投運了尖屋頂式布置的機械通風型直接空冷系統(tǒng)。自此，形成了直接與間接兩種空冷系統(tǒng)并存的局面。20世紀70年代初的1971年，在蘇聯(lián)拉茲丹電廠的200MW級機組、匈牙利加加林電廠的200MW級機組、南非格魯特夫萊電廠的5號200MW級機組上，都應用了海勒式間接空冷系統(tǒng)。1977年，美國沃伊達克礦區(qū)電廠的330MW機組應用了機械通風型直接空冷系統(tǒng)。同年，聯(lián)邦德國施梅豪森核電站的300MW機組應用了表面式凝汽器自然通風空冷塔的間接空冷系統(tǒng)。2/5/202326發(fā)電廠空冷技術應用概況

——國外空冷技術應用概況20世紀80年代后，空冷技術得到了進一步的發(fā)展和應用，具有代表性的電廠有采用機械通風型直接空冷系統(tǒng)的6×665MW級機組的南非馬廷巴電廠；采用表面式凝汽器的自然通風空冷塔間接空冷系統(tǒng)的6X686MW級機組的南非肯達爾電廠。據報道，目前世界上采用海勒式間接空冷系統(tǒng)的單機最大容量為325MW；采用哈蒙式間接空冷系統(tǒng)的單機最大容量為686MW(南非)；采用直接空冷系統(tǒng)的單機最大容量為890MW(巴林)。2/5/202327發(fā)電廠空冷技術應用概況

——國內空冷技術應用概況1987年和1988年，山西大同第二發(fā)電廠的兩臺200MW機組首次引進了匈牙利的間接空冷系統(tǒng)。1993—1995年我國自行設計、制造的四臺200MW國產海勒式間接空冷機組相繼在內蒙古豐鎮(zhèn)電廠投產發(fā)電。2001年山西文城義旺鐵合金自備電廠6MW直接