火電廠干濕混合式冷卻塔節(jié)能節(jié)水技術(shù).doc

火電廠干濕混合式冷卻塔節(jié)能、節(jié)水技術(shù)洛陽萬山高新技術(shù)應(yīng)用工程有限公司地址：洛陽市凱旋西路29號(hào)建設(shè)大廈東座16層 聯(lián)系人：曲萬山 郵編：471000電話： 037963940258 63901966傳真： 037963913080網(wǎng)站： E-mail: 火電廠干濕混合式冷卻塔節(jié)能、節(jié)水技術(shù)節(jié)水在火電廠有著越來越重要的地位。熱力發(fā)電廠的排汽采用干濕混合是符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的有前途的發(fā)電技術(shù)，在我國(guó)這項(xiàng)技術(shù)尚未得到人們的關(guān)注。對(duì)電廠排汽采用干、濕混合進(jìn)行了深入的研究，以便使干、濕混合其顯著的節(jié)水性、科學(xué)的節(jié)能性及環(huán)保性能夠在我國(guó)干旱缺水的北方地區(qū)得到應(yīng)用。使排汽冷卻系統(tǒng)的配置更趨完善化、合理化。水是人類社會(huì)生存和發(fā)展不可替代的資源，是經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。當(dāng)代人類生活水準(zhǔn)同能量和淡水的消耗是息息相關(guān)的。全球人口的劇增使能源和淡水消耗量難以估算。我國(guó)將進(jìn)入嚴(yán)重缺水期，水資源的嚴(yán)重短缺，將嚴(yán)重制約著經(jīng)濟(jì)發(fā)展。為保證國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，合理使用淡水資源和有效節(jié)約淡水、保護(hù)現(xiàn)存珍貴的淡水資源，就是保護(hù)我們?nèi)祟惿娴谋匾獥l件。為推動(dòng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)，火力發(fā)電廠高耗能、高耗水、粗放型經(jīng)營(yíng)越來越不適合經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，做為用水大戶之一的火力發(fā)電廠,其節(jié)水工作更應(yīng)在科技力量的推進(jìn)下走在社會(huì)的前列?；鹆Πl(fā)電廠汽輪機(jī)組排汽冷卻系統(tǒng)采用干濕混合冷卻系統(tǒng)可推動(dòng)節(jié)能降耗、節(jié)水工作的開展。一、目前我國(guó)火電廠冷卻系統(tǒng)工作現(xiàn)狀分析節(jié)能、節(jié)水與環(huán)保將是我國(guó)火電發(fā)展的主題，源于水資源的緊迫性，缺水地區(qū)火電廠空冷技術(shù)已得到應(yīng)用。空冷以其顯著的節(jié)水效果被人們所關(guān)注，空冷機(jī)組冷卻系統(tǒng)本身可節(jié)水97以上，全廠性節(jié)水約65。一般13的水可建設(shè)100萬千瓦濕冷機(jī)組，而建設(shè)100萬千瓦空冷機(jī)組只需0.353的水。因此相同數(shù)量的水可建設(shè)的空冷機(jī)組規(guī)模比濕冷機(jī)組可建設(shè)的規(guī)模大三倍，這充分顯示了空冷技術(shù)節(jié)水的優(yōu)越性。目前我國(guó)用于發(fā)電廠的冷卻系統(tǒng)有二種：一種為空冷系統(tǒng)；另一種為濕冷系統(tǒng)。空冷系統(tǒng)有三種形式：直接空冷系統(tǒng)、帶表面式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)（海勒式）和帶噴射式（混合式）凝汽器的間接空冷系統(tǒng)（哈蒙式）。直接空冷、（海勒式與哈蒙式間接空冷系統(tǒng)）雖然節(jié)水效果較好，但由于其高背壓和現(xiàn)有冷卻水塔冷卻面積所限，夏季會(huì)造成出力的限制。配有空冷系統(tǒng)的空冷機(jī)組，一次性投資較高，發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗較高，夏季也要限制機(jī)組出力。故空冷機(jī)組節(jié)水能力強(qiáng)但全年都在不經(jīng)濟(jì)的背壓下運(yùn)行，造成很大能源浪費(fèi)，故經(jīng)濟(jì)性不高。濕冷系統(tǒng)就是傳統(tǒng)的濕冷機(jī)組，雖然它的冷卻效果好，經(jīng)濟(jì)性高，上述問題較小，但卻需要消耗大量的循環(huán)水（火力發(fā)電廠70%消耗在這里）。在北方缺水地區(qū)新建電廠已受限制。二、一種新的冷卻系統(tǒng)的提出-干濕混合冷卻系統(tǒng)那么有沒有一種冷卻系統(tǒng)兼容二種冷卻系統(tǒng)之長(zhǎng)呢？答案是肯定的。電廠采用空冷（干冷）、水冷（濕冷）的干濕混合冷卻系統(tǒng)是一種解決上述兩方面不中足的可行性方案，是火力發(fā)電廠機(jī)組冷卻系統(tǒng)的又一種形式。它的節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保優(yōu)于上述兩種系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行。干濕混合冷卻系統(tǒng)既能發(fā)揮空冷機(jī)組節(jié)水的優(yōu)越性，又能保持濕冷機(jī)組節(jié)約投資，經(jīng)濟(jì)性高，夏季出力不限制，適應(yīng)機(jī)組變工況運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)。干濕混合冷卻系統(tǒng)彌補(bǔ)了空冷系統(tǒng)、濕冷系統(tǒng)的缺陷，是一種有待發(fā)展的新技術(shù)。三、 電廠汽輪發(fā)電機(jī)組干濕混合冷卻塔工程簡(jiǎn)介 （一）、發(fā)電廠排汽凝結(jié)系統(tǒng)介紹（冷卻系統(tǒng)）發(fā)電廠汽輪機(jī)排汽的余熱主要通過蒸發(fā)散熱和對(duì)流換熱兩種方法散發(fā)到大氣中的。1、電廠汽輪機(jī)排汽凝結(jié)是用循環(huán)水的對(duì)流換熱交換余熱的，而循環(huán)水的熱量再經(jīng)過散熱設(shè)備（冷卻塔或其它冷卻方式）的蒸發(fā)散熱和對(duì)流換熱把余熱帶入大氣中，冷卻后的水溫取決于冷卻塔性能及大氣濕球溫度，冷卻塔出水溫度一般在1533C之間，汽輪機(jī)背壓在511kPa之間。2、干冷（空冷）發(fā)電廠汽輪機(jī)排汽凝結(jié)（不論有無中間介質(zhì)）是用空氣對(duì)流換熱交換余熱的，排汽的余熱是經(jīng)過散熱設(shè)備（空冷塔或空冷凝汽器）與空氣對(duì)流換熱的方式將余熱帶入大氣中的，干冷系統(tǒng)冷卻后溫度是趨近大氣干球溫度的，由于整個(gè)換熱過程是在密閉的環(huán)境下完成的，所以工質(zhì)流失少，節(jié)水效果好，但傳熱效果受環(huán)境溫度影響較大?？绽淦啓C(jī)的設(shè)計(jì)背壓高于濕冷系統(tǒng)汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)背壓，而且背壓在運(yùn)行中隨環(huán)境溫度的變化而變化。間接空冷系統(tǒng)的水溫與大氣干球溫度密切相關(guān)。當(dāng)大氣干球溫度變化40C，冷卻水溫也變化約40C。當(dāng)工作背壓在518kPa時(shí)，汽輪機(jī)能達(dá)到額定功率；汽輪機(jī)在最高背壓25.5kPa時(shí)，要減負(fù)荷。直接隨著高背壓及背壓大的變化，對(duì)空冷汽輪機(jī)的安全運(yùn)行影響很大。（二）二種冷卻系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析1、濕冷系統(tǒng)發(fā)電廠循環(huán)水的冷卻是靠噴水霧化放熱帶入大氣中的，濕冷系統(tǒng)冷卻后溫度是趨近大氣濕球溫度，傳熱效果好，效率較高。但濕冷塔的蒸發(fā)損失、水霧損失、排污損失、風(fēng)吹損失和軟化水更新需補(bǔ)充大量的新鮮水（濕冷機(jī)組主要耗水地方）消耗掉大量的水資源，這也是缺水地區(qū)新建電廠受限的原因。目前我們可行的節(jié)水方式為濕式冷卻塔循環(huán)水弱酸處理，提高冷卻塔濃縮倍率，優(yōu)化循環(huán)排污水凈化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)污水零排放，為節(jié)水起到一定效果。2、干冷系統(tǒng)發(fā)電廠循環(huán)水是靠空氣的對(duì)流換熱把余熱帶入大氣中的，干冷系統(tǒng)冷卻后溫度是趨近大氣干球溫度的。汽輪機(jī)背壓在運(yùn)行中隨環(huán)境溫度的變化而變化，空冷系統(tǒng)的汽輪機(jī)背壓較高，變化范圍大，多在1050kPa之間。特別夏季，由于室外溫度高，循環(huán)熱水在空冷塔散熱器中不能得到有效的冷卻，進(jìn)出口水溫差較小，末級(jí)熱量不能得到及時(shí)有效的轉(zhuǎn)移，致使系統(tǒng)真空偏低，背壓也升高。背壓的升高將引起：機(jī)組出力降低、相對(duì)蒸汽流量減少、葉根脫流區(qū)擴(kuò)大、末級(jí)蒸汽出現(xiàn)滯流、轉(zhuǎn)向倒流、葉根部出現(xiàn)負(fù)反動(dòng)度、增大葉片的動(dòng)應(yīng)力，甚至導(dǎo)致葉片的斷裂損壞威及到機(jī)組的安全運(yùn)行。（三）干濕混合冷卻塔傳熱分析與節(jié)能途徑干濕混合冷卻系統(tǒng)是靠水的蒸發(fā)散熱和對(duì)流換熱把余熱帶入大氣，對(duì)流換熱系數(shù)的大小與換熱過程中的許多因素有關(guān)，它不僅取決于流體的物理性質(zhì)（，Cp等），換熱表面的形狀與布置，而且還同流速有密切的關(guān)系?；鹆Πl(fā)電廠冷卻系統(tǒng)的主要冷卻介質(zhì)是水或空氣。濕冷時(shí)，管外為冷卻水，管內(nèi)為工質(zhì)水；空冷時(shí)，管外為空氣，管內(nèi)為工質(zhì)水，冷卻過程是系統(tǒng)排放的廢熱與環(huán)境的能量交換過程。由于水的利用受到各種因素限制，而水作冷卻介質(zhì)的傳熱系數(shù)為1762W/(m2.K)，空氣作冷卻介質(zhì)的傳熱系數(shù)為62W/(m2.K)。傳熱系數(shù)表證了傳熱過程的強(qiáng)烈程度，傳熱系統(tǒng)數(shù)越大，傳熱過程越強(qiáng)，熱阻越小。由于空冷系統(tǒng)傳熱系數(shù)小，傳熱效果差，其機(jī)組經(jīng)濟(jì)性較差。濕冷系統(tǒng)傳熱系數(shù)大，傳熱效果好，其機(jī)組經(jīng)濟(jì)性較高，但需消耗大量新鮮水。干濕混合冷卻系統(tǒng)增大了傳熱系數(shù)，靠水的蒸發(fā)散熱和對(duì)流換熱把余熱帶入大氣，從而實(shí)現(xiàn)了空冷節(jié)水，濕冷高經(jīng)濟(jì)性的完美組合。（四）干濕混合冷卻塔原理干濕混合冷卻系統(tǒng)是集濕式冷卻塔和空冷塔的優(yōu)點(diǎn)，充分利用水經(jīng)濕冷水塔冷卻時(shí)與空氣的熱交換來增加空氣濕度，提高吸熱能力使空氣干球溫度降低的特點(diǎn)，對(duì)空氣冷卻器進(jìn)行冷卻。它是這樣實(shí)現(xiàn)的：循環(huán)水出口水首先進(jìn)入銅鋁復(fù)合散熱器與高濕度、低干球溫度的空氣逆流換熱，冷卻了散熱器中的水；同時(shí)，銅鋁復(fù)合散熱器加熱了高濕度的空氣，使其密度減小，降低了冷水塔風(fēng)筒內(nèi)的壓力，提高了空氣升騰的速度、增加了冷卻塔的冷卻進(jìn)風(fēng)量。經(jīng)過散熱器預(yù)冷的水溫度降低，再經(jīng)過噴淋裝置分布到冷卻水塔的冷卻熱交換填料上，冷卻散熱，減少了水的蒸發(fā)，降低了空氣的干球溫度，又使得空氣冷卻器有好的冷卻換熱效果。由于噴淋裝置分布在冷卻水塔冷卻熱交換填料上的水溫度低，因此，可減少水的蒸發(fā)量，從而減少了水的散失損失和排污損失，形成了充分利用空氣干、濕球溫度，互補(bǔ)散熱的干濕混合式冷卻塔。干濕混合冷卻系統(tǒng)在夏季氣溫最高時(shí)，干濕混合運(yùn)行達(dá)到機(jī)組滿發(fā)；冬季氣溫降低（或夜間低負(fù)荷時(shí)）空冷運(yùn)行。復(fù)合散熱器的合理布置，使冷卻塔結(jié)構(gòu)緊湊，無需防凍。為保證冷卻塔噴嘴高效運(yùn)行，一臺(tái)循環(huán)泵采用變頻調(diào)節(jié)，隨著排汽溫度的降低，噴嘴從外層到內(nèi)層逐步關(guān)閉，以滿足噴嘴壓力的要求，同時(shí)循環(huán)泵變頻技術(shù)的采用降低耗能。（五）安全性分析由于大機(jī)組在調(diào)峰時(shí)具有時(shí)間短、負(fù)荷響應(yīng)快的特點(diǎn)，這就加劇了凝汽器銅管的熱應(yīng)力，運(yùn)行中易出現(xiàn)銅管脹口、銅管腐蝕或由于振動(dòng)造成銅管損壞，銅管破損導(dǎo)致了凝結(jié)水被污染。干濕混合冷卻系統(tǒng)采用混合凝汽器，其循環(huán)水與凝結(jié)水標(biāo)準(zhǔn)相同，將端差由凝汽器內(nèi)轉(zhuǎn)移到凝汽器外就可避免以上問題的發(fā)生，為機(jī)組的安全提供了可靠的保證，不會(huì)造成凝結(jié)水污染現(xiàn)象。避免了空冷機(jī)組由環(huán)境溫度變化而引起的排汽溫度的變化，相同條件下，具有較高的排汽溫度和較高的背壓?？绽淦啓C(jī)排汽背壓直接受的影響，而環(huán)境溫度變化頻繁，變化幅度大。如：一年氣溫從27.5上升到32，對(duì)應(yīng)的排汽溫度為28.665.4，相應(yīng)的排汽背壓為3.92Kpa25.50Kpa。這樣大的排汽背壓和排汽溫度的變化范圍，汽輪機(jī)低壓缸的熱變形會(huì)受到影響，造成與低壓缸聯(lián)接在一起的軸承座標(biāo)高發(fā)生變化，其結(jié)果會(huì)改變各軸承原有的負(fù)荷分配比例，使有的軸承受力增大，有的荷重減輕，荷重大的軸承會(huì)增大油膜剛度和阻尼系數(shù)，使軸瓦運(yùn)行穩(wěn)定性增強(qiáng)。但過大的軸承載荷會(huì)使油溫和瓦溫升高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞軸瓦；載荷過輕，比壓太小的軸承穩(wěn)定性變差，嚴(yán)重時(shí)會(huì)失去穩(wěn)定，甚至發(fā)生油膜自激振動(dòng)，造成嚴(yán)重的振動(dòng)事故；支承標(biāo)高變化還會(huì)改變轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速、振型曲線及原有的平衡狀態(tài)，破壞已經(jīng)調(diào)整好的動(dòng)靜間隙，可能引起動(dòng)靜摩擦振動(dòng)。因此，空冷汽輪機(jī)高背壓高排汽溫度對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行是不利的。我國(guó)水資源的短缺，在北方地區(qū)發(fā)展火電事業(yè)，開發(fā)干濕混合冷卻系統(tǒng)展示了廣闊的前景。三、實(shí)施干濕混合冷卻系統(tǒng)工程的技術(shù)比較和意義（一）汽輪機(jī)排汽三種冷卻系統(tǒng)的比較。A、汽輪機(jī)排汽濕冷系統(tǒng)：1. 機(jī)組經(jīng)濟(jì)性高（冷卻水出口溫度向大氣濕球溫度逼近）；2. 保持真空能力強(qiáng)；3. 廠用電率低（與空冷比較）；4. 大容量機(jī)組可采用汽動(dòng)給水泵降低廠用電消耗；5. 消耗水資源大（需補(bǔ)充大量新鮮水）；6. 凝結(jié)水易被污染；7. 凝汽器銅管（或鋼管）易結(jié)垢，造成端差增大；8. 有大氣霧氣團(tuán)；9. 冬季有30冷卻水系統(tǒng)短路進(jìn)行防凍；10.投入的膠球清洗裝置存在收球率低。B、汽輪機(jī)排汽空冷系統(tǒng)：1. 具有顯著的節(jié)水性；2. 無大氣霧氣團(tuán)；3. 凝結(jié)水不易被污染；4. 經(jīng)濟(jì)性差（冷卻水出口溫度向大氣干球溫度逼近）；5. 保持真空能力差；6. 夏季炎熱時(shí)需限制機(jī)組出力；7. 冬季防凍，采用部分冷卻系統(tǒng)停運(yùn)或關(guān)小百葉窗等措施；8. 大容量機(jī)組無法采用汽動(dòng)給水泵；9. 廠用電消耗大；10.設(shè)計(jì)背壓比濕冷高很多，冬季運(yùn)行也不經(jīng)濟(jì)；11.冷卻性能受環(huán)境影響很大，機(jī)組排汽壓力變化大，安全性較差，易發(fā)生機(jī)組振動(dòng)；12.末級(jí)葉片需特殊設(shè)計(jì)，機(jī)組運(yùn)行中調(diào)節(jié)不當(dāng)易造成脫流和阻塞背壓。C、汽輪機(jī)排汽干濕混合冷卻系統(tǒng)：1. 機(jī)組經(jīng)濟(jì)性高（同濕冷）；2. 保持真空能力強(qiáng)；3. 基本無大氣霧氣團(tuán)；4. 夏季炎熱時(shí)不需限制機(jī)組出力，冬季不需減少冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行防凍；5. 節(jié)水效果顯著；6. 機(jī)組端差小（與濕冷比較）；7. 凝結(jié)水不易污染；8. 機(jī)組安全性、可靠性高；9. 調(diào)節(jié)靈活、方便； 10.對(duì)于大容量機(jī)組同樣可以采用汽動(dòng)給水泵；11.廠用電消耗較高（同濕冷比較）；12.現(xiàn)有濕冷系統(tǒng)易改造。（二）實(shí)施實(shí)施干濕混合冷卻系統(tǒng)工程的意義社會(huì)對(duì)能源的需求越來越大，能源問題已成為國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。我國(guó)能源有效利用率僅為33，與世界先進(jìn)水平差10個(gè)百分點(diǎn)，是世界上產(chǎn)值能耗最高的國(guó)家之一，也就是說我國(guó)的節(jié)能降耗潛力很大?；痣姀S實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目前最好的思路是從提高能源使用效率入手。干濕混合冷卻系統(tǒng)混合塔的優(yōu)點(diǎn)就是：最有效地、合理優(yōu)化系統(tǒng)配置，集節(jié)約用水、節(jié)約能源、冬季沒有霧氣團(tuán)、沒有噪聲、易在現(xiàn)有濕冷機(jī)組改造于一身的火電廠冷卻系統(tǒng)。目前建設(shè)一座百萬級(jí)電站約58億左右，投資回收需18年左右