電廠冷卻技術(shù)

1、2021-6-301 發(fā)電廠空冷技術(shù)發(fā)電廠空冷技術(shù) 李華 2021-6-302 電廠凝汽器冷卻方式電廠凝汽器冷卻方式 l汽輪機做功后的乏汽，需經(jīng)汽輪機凝汽設(shè)備冷卻為凝結(jié)水 ； l凝結(jié)水泵將凝水送入回?zé)嵯到y(tǒng)，對水進行回?zé)崂貌⒀h(huán)加熱； l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。 l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。 l開式冷卻系統(tǒng)：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(jīng) 循環(huán)水泵抽入凝汽器中作為冷卻水對汽輪機排 汽

2、進行凝結(jié)，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(chǎn)生熱污染，生態(tài)平衡易受到破壞。 2021-6-303 電廠凝汽器冷卻方式電廠凝汽器冷卻方式 l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。 l適用于：水資源不太充沛的地 區(qū)，閉式冷卻系統(tǒng)應(yīng)用較多。 l缺點： 閉式冷卻系統(tǒng)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(jīng)濟部門爭水的現(xiàn) 象； 過度的耗水，導(dǎo)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。 2021-6-304 發(fā)電廠空冷技術(shù)應(yīng)用的必然性發(fā)電廠空冷技術(shù)應(yīng)用的

3、必然性 l濕冷：耗水量大，易造成用水矛盾； l空冷：節(jié)水，可有效緩解用水矛盾； l空冷：起源于20世紀(jì)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； l采用空冷技術(shù)的冷卻系統(tǒng)稱為空冷系統(tǒng)； l采用空冷系統(tǒng)的汽輪發(fā)電機組稱為空冷機組； l采用空冷系統(tǒng)的發(fā)電廠稱為空冷電廠； l發(fā)電廠汽輪機排汽空冷技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展為在嚴(yán)重缺水的煤礦和 電力負荷中心區(qū)域建設(shè)大型火力發(fā)電廠開辟了一條經(jīng)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。 2021-6-305 發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的方式發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的方式 直接空冷系統(tǒng)直接空冷系統(tǒng) 2021-6-306 發(fā)電廠

4、空冷系統(tǒng)的方式發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的方式 直接空冷系統(tǒng)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： 不需要冷卻水等中間冷卻介質(zhì)，初始溫差大； 設(shè)備少，系統(tǒng)簡單，基建投資較少，占地少； 空氣量的調(diào)節(jié)靈活，冬季防凍措施比較可靠。 其缺點是： 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； 大直徑的排汽管道加工比較困難； 直接空冷大多采用強制通風(fēng)，因而增加了廠用電量，同時 也增加了噪聲源。 2021-6-307 發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的方式發(fā)電廠空冷系

5、統(tǒng)的方式 間接空冷系統(tǒng)間接空冷系統(tǒng) 根據(jù)凝汽器型式的不同及所采用冷卻介質(zhì) 的不同，間接空冷系統(tǒng)可分為： l具有混合式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)；具有混合式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)； l具有表面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)。 2021-6-308 發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的方式發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的方式 海勒式間接空冷系統(tǒng)海勒式間接空冷系統(tǒng) 2021-6-309 發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的方式發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的方式 海勒式間接空冷系統(tǒng)海勒式間接空冷系統(tǒng) 調(diào)壓水輪機的功能 l調(diào)整水輪機導(dǎo)葉開度來調(diào)整混合式凝汽器噴嘴前的水壓， 使水和蒸汽充分接觸。 l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

6、系統(tǒng)運行，較易掌握。 缺點 設(shè)備多、系統(tǒng)復(fù)雜、需要凝結(jié)水精處理裝置、 自動控制系統(tǒng)復(fù)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(shè)了調(diào)壓水輪機。 2021-6-3010 發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的方式發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的方式 哈蒙式間接空冷系統(tǒng)哈蒙式間接空冷系統(tǒng) 2021-6-3011 發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的方式發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的方式 哈蒙式間接空冷系統(tǒng)哈蒙式間接空冷系統(tǒng) 1.特點 表面式凝汽器； 散熱器在塔內(nèi)呈傾斜布置； 增設(shè)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。 無蒸發(fā)損失。 2.優(yōu)點 節(jié)約廠用電，設(shè)備少，冷卻水系統(tǒng)與汽水系統(tǒng)分開，兩者 水質(zhì)可按各自要求控制。 3

7、.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。 2021-6-3012 發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的應(yīng)用場合發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的應(yīng)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(yīng)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。 2021-6-3013 發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的應(yīng)用場合發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的

8、應(yīng)用場合 （2）調(diào)峰電廠 空冷系統(tǒng)應(yīng)用較少， 特點：機組起停頻繁，設(shè)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(nèi)表面在制造廠已進行過防腐處理，可適應(yīng)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(fēng)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(shù)。 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

9、 冷系統(tǒng)。 2021-6-3014 發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的特點發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的特點 總體特點總體特點 （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(shè)計裝機容量計算約為0.30.5 m3/(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(shè)備地位重要。成為鍋爐、汽機和發(fā)電機之后，電廠的主要 設(shè)備。 （3）節(jié)水。濕冷電廠全廠耗水量約為1 m3/(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。 20

10、21-6-3015 發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的特點發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的特點 總體特點總體特點 （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(cè)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(nèi)。 （6）施工組裝場地較大、調(diào)試措施較為復(fù)雜。 （7）空冷電廠的帶負荷能力受環(huán)境風(fēng)向、風(fēng)速、風(fēng)溫的影響大。 （8）空冷發(fā)電廠的全廠熱效率較低，發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗宰大。 2021-6-3016 發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的特點發(fā)電廠空冷系統(tǒng)的特點 共同特點共同特點 (1)

11、空冷系統(tǒng)的傳熱學(xué)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(zhì)的要求嚴(yán)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(fēng)向、風(fēng)速) 的影響很大，導(dǎo)致空冷機組汽輪機背壓變化增大，汽輪機設(shè)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)。 2021-6-3017 空冷機組的技術(shù)經(jīng)濟特性空冷機

12、組的技術(shù)經(jīng)濟特性 與濕冷機組的比較與濕冷機組的比較 （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。 2021-6-3018 發(fā)電廠空冷與環(huán)境發(fā)電廠空冷與環(huán)境 選址環(huán)境對空冷的影響選址環(huán)境對空冷的影響 l1）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(yīng)空氣質(zhì)量越小，單位體積空

13、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(fēng)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(fēng)空冷島而言，則需增加風(fēng)機功耗，以增 大送風(fēng)量。 2021-6-3019 發(fā)電廠空冷與環(huán)境發(fā)電廠空冷與環(huán)境 選址環(huán)境對空冷的影響選址環(huán)境對空冷的影響 l2）環(huán)境氣象條件 環(huán)境平均干球溫度、年平均風(fēng)速等均對空冷設(shè) 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。 202

14、1-6-3020 環(huán)境氣象條件環(huán)境氣象條件 -環(huán)境自然風(fēng)對間接空冷的影響環(huán)境自然風(fēng)對間接空冷的影響 l間接空冷系統(tǒng)多采用風(fēng)筒式自然通風(fēng)冷卻塔； l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； l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(nèi)傾圓錐形布置在塔的內(nèi)部。 l風(fēng)對自然通風(fēng)冷卻塔冷卻性能的影響主要表現(xiàn)在風(fēng)向與風(fēng) 速上。 l風(fēng)速4 m/s時，對散熱器的冷卻效果產(chǎn)生影響明顯。 l試驗表明，風(fēng)速為5 m/s時對冷卻效果的影響相當(dāng)于環(huán)境 溫度升高2 ；風(fēng)速為15 m/s時，對冷卻效果的影響相當(dāng) 于環(huán)境溫度升高14。 2021-6-3021 環(huán)境氣象條件環(huán)境氣象條件 -環(huán)境自然風(fēng)對直

15、接空冷的影響環(huán)境自然風(fēng)對直接空冷的影響 l直接空冷系統(tǒng)多采用機械強制通風(fēng)； l空冷散熱器呈A型的布置在緊靠汽機廠房A列柱外側(cè)的高 架獨立平臺上； l與廠房的主要聯(lián)系是配汽管道、凝結(jié)水管道及抽真空管道 系統(tǒng)，故有人將其稱為“空冷島”。空冷島的布置與風(fēng)向、 風(fēng)速、主廠房朝向及周圍建筑物都有密切關(guān)系。 l風(fēng)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(fēng)形狀； 空冷凝汽器熱排氣出口離地面高度； 風(fēng)速大小及主風(fēng)向； 強風(fēng)在空冷凝汽器等周圍均勻分布程度等。 2021-6-3022 環(huán)境氣象條件環(huán)境氣象條件 -環(huán)境自然風(fēng)對直接空冷的影響環(huán)境自然風(fēng)對直接空冷的影響 l直接空冷凝汽器性能對不同風(fēng)速和不

16、同風(fēng)向的變化比較敏 感。 l當(dāng)風(fēng)速達到3 m/s時，由于發(fā)生熱風(fēng)再循環(huán)現(xiàn)象熱風(fēng)再循環(huán)現(xiàn)象(經(jīng)上風(fēng)向 熱源加熱的空氣被風(fēng)機吸人并加壓后再次冷卻空冷凝汽器 的現(xiàn)象)，導(dǎo)致散熱器冷卻效果下降，機組運行背壓升高。 l有先例表明，在不利風(fēng)向及高風(fēng)速的作用下會導(dǎo)致機組停 運事故。 2021-6-3023 發(fā)電廠空冷與環(huán)境發(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 l空冷對環(huán)境的影響甚微。 l無霧羽流影響。大型空冷塔通風(fēng)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。 l空冷系統(tǒng)沒有排污，故對環(huán)境水體也無影響。 l無淋水噪聲影響，有利

17、于環(huán)境保護。 l為在嚴(yán)重缺水的煤礦和電力負荷中心區(qū)域建設(shè)大型火 力發(fā)電廠開辟了經(jīng)濟、安全、可靠的途徑。 2021-6-3024 發(fā)電廠空冷與環(huán)境發(fā)電廠空冷與環(huán)境 空冷的綜合利用空冷的綜合利用 l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(jīng)濟效益，具有發(fā)展循環(huán) 經(jīng)濟的意義。 l空冷塔內(nèi)空間的利用 海勒式空冷系統(tǒng)的空冷塔塔內(nèi)中空，可以用作 其它設(shè)備的空間。 2021-6-3025 發(fā)電廠空冷技術(shù)應(yīng)用概況發(fā)電廠空冷技術(shù)應(yīng)用概況 國外空冷技術(shù)應(yīng)用概況國外空冷技術(shù)應(yīng)用概況 l 發(fā)電廠空冷技術(shù)，早在20世紀(jì)30年代就已出現(xiàn)。 l1939年，德國首先在魯爾煤礦的

18、1.5 MW汽輪機組應(yīng)用了 直接空冷系統(tǒng)，稱之為“GEA”系統(tǒng)。 l20世紀(jì)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)。 l1950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(xiàn)了間接空冷電站。 l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)。 2021-6-3026 發(fā)電廠空冷技術(shù)應(yīng)用概況發(fā)電廠空冷技術(shù)應(yīng)用概況 國外空冷技術(shù)應(yīng)用概況國外空冷技術(shù)應(yīng)用概況 l1968年，西班牙的烏特里拉斯坑口電廠一臺150MW機組 上投運

19、了尖屋頂式布置的機械通風(fēng)型直接空冷系統(tǒng)。自此，自此， 形成了直接與間接兩種空冷系統(tǒng)并存的局面形成了直接與間接兩種空冷系統(tǒng)并存的局面。 l20世紀(jì)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(yīng)用了海勒式間接海勒式間接 空冷系統(tǒng)空冷系統(tǒng)。 l1977年，美國沃伊達克礦區(qū)電廠的330MW機組應(yīng)用了機 械通風(fēng)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(yīng)用了表面式凝汽器自然通風(fēng)空冷塔的間 接空冷系統(tǒng)。 2021-6-3027 發(fā)電廠空冷技術(shù)應(yīng)用概況發(fā)電廠空冷技術(shù)應(yīng)用概況 國外空冷技術(shù)

20、應(yīng)用概況國外空冷技術(shù)應(yīng)用概況 l20世紀(jì)80年代后，空冷技術(shù)得到了進一步的發(fā)展和應(yīng)用，具 有代表性的電廠有 采用機械通風(fēng)型直接空冷系統(tǒng)的6665MW級機組的南非馬 廷巴電廠； 采用表面式凝汽器的自然通風(fēng)空冷塔間接空冷系統(tǒng)的6X 686MW級機組的南非肯達爾電廠。 據(jù)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)。 2021-6-3028 發(fā)電廠空冷技術(shù)應(yīng)用概況發(fā)電廠空冷技術(shù)應(yīng)用概況 國內(nèi)空冷技術(shù)應(yīng)用概況國內(nèi)空冷技術(shù)應(yīng)用概況 l1987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)。 l19931995年我國自行設(shè)計、制造的四臺200MW國產(chǎn)海 勒式間接空冷機組相繼在內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)電廠投產(chǎn)發(fā)電。 l2001年山西文城義旺鐵合金自備電廠6MW直接空冷機組 投運，是我國首臺直接空