1、空冷技術在火力發電廠的應用趙耀(內蒙古電力勘測設計院,內蒙古呼和浩特010020摘要:本文從火力發電廠空冷技術概念為起點,介紹發電廠采用空冷技術的必要性及其基礎知識,闡述空冷技術在國內外的發展概況。目的是讓讀者對火電廠空冷技術有基本的認識。關鍵詞:空冷系統;節水;直接空冷;間接空冷1空冷技術的概念興建大容量火力發電廠需要充足的水源,而在缺水地區興建大容量火力發電廠就需要采用新的冷卻方式來排除廢熱。發電廠空冷技術是一種節水型的火力發電技術。發電廠空冷系統也稱干冷系統。它是相對于常規發電廠是冷系統而言的。常規發電廠的濕式冷卻塔是把塔內的循環水以“淋雨”方式與空氣直接接觸進行熱交換的,其整個過程處于

2、“濕”的狀態,其冷卻系統稱為濕冷系統。濕冷系統在冷卻過程中水隨著熱空氣大量蒸發損失,對水資源消耗非常大。空冷系統中,需冷卻的循環水在空冷塔中與空氣是通過散熱器間接進行熱交換,整個冷卻過程處于“干”的過程,所以空冷塔又稱為干式冷卻塔或干冷塔。2采用空冷技術的必要性2.1節水勢在必行水是人類賴以生存、國民經濟建設中不可缺少的自然資源。有關統計數據表明,我國人均占有水量只是世界上人均占有量的1 5,被聯合國列為13個貧水國家之一,而且全國水資源的時空分布極不均勻。隨著工農業生產的發展,許多城市及地區相繼出現生產與生活用水日益緊張的局面,水已成為制約國民經濟發展的主要因素之一。特別是我國的“三北”(華

3、北、東北、西北地區,煤炭資源豐富,但水資源極其貧乏,所以在規劃工業發展時,必須把節水目標放在首要位置。在火力發電廠建設方面,國家電力公司印發的國電辦1998178號關于火力發電廠節約用水的若干意見一文,明確指示“計劃部門在煤炭豐富且缺水地區規劃火電廠時,要把節水作為一個首要的考慮因素,積極推廣應用空冷技術”。要求“電廠建設應考慮采用節水型設備,厲行節約用水,同時采取切實措施防治水污染”。鑒于國家要求在規劃火電廠的同時必須把節水做為首要條件,節水勢在必行。采用空冷技術,建設節水型電廠是現實可行、非常有效的節水途徑。2.2采用空冷技術的效益根據計算機統計數據,采用空冷系統,可使電廠的全廠總耗水量降

4、低70%以上,由0.8m3 s.G W 降低到0.2m3 s.G W以下,即用同樣的水量可以建設3倍容量采用濕冷系統的電廠。建設空冷火電廠,電廠的總投資大約要增加6% 10%左右,電廠建成后的運行費用與采用濕冷(按目前水價大體持平,但其最大的效益就是大量節約了電廠用水。正藍電廠一期2×600MW機組,空冷與濕冷相比,日耗水量可以由5萬m3 d降低為0.84萬m3 d節水率達84%。節約的水資源是無法簡單用金錢計算的,因為目前水資源的價格與價值嚴重相背離。采用空冷技術,由于電廠耗水量大大減少,所以水源供水系統也會相應簡單、工程量減少,不僅可以降低供水工程的投資,還可以使電廠的供水保證率

5、提高,安全可靠性增加。電廠是用水大戶,電廠大量節約用水后對緩解水資源短缺,合理利用水資源,充分發揮僅有水資源更大的社會效應是不言而喻的。同時,電廠采用空冷后,廢水可以達到零排放,對保護當地的水體環境是很有好處的。總之,電廠采用空冷技術后可大量節水,其經濟效益、社會效益和環境效益綜合考慮是顯著的。3空冷系統簡介空冷系統也稱為干式冷卻系統,它與常規濕式冷卻方式(簡稱濕冷系統的主要區別是,汽輪機排汽(直冷方式或受熱后的冷卻水(間冷方式通過散熱器與空氣進行熱交換,避免了循環冷卻水在濕塔中直接與空氣接觸所帶來的蒸發、風吹損失以及開式循環的排污損失,消除了蒸發熱、水霧及排污水等對環境造成的污染。空冷系統又

6、可分為:直接空冷系統、帶混合式凝汽器的間接空冷系統和帶表面式凝汽器的間接空冷系統。3.1直接空冷系統直接空冷系統是指汽輪機的排汽直接用空氣來冷凝,空氣與蒸汽間進行熱交換。所需冷卻空氣,通常由機械通風方式供應。直接空冷系統所用的空冷凝汽器是由外表面鍍鋅的橢圓形鋼管外套矩形翅片61內蒙古石油化工2006年第6期收稿日期:2006-03-08作者簡介:趙耀(1976-,男,內蒙古豐鎮人,工學學士,助理工程師,畢業于內蒙古工業大學,主要從事火力發電廠供水及給排水和空冷系統方面的設計工作。的若干個管束組成的。直接空冷系統的流程如圖1所示。汽輪機排汽通過粗大的排汽管道送到室外的空冷凝汽器內,軸流冷卻風機使

7、空氣流過散熱器外表面,將排汽冷凝成水,凝結水再經泵送回汽輪機的回熱系統。大型機組的空冷凝汽器通常在緊靠汽機房A 列柱外側,與主廠房平行的縱向平臺上布置若干單元組,其總長度與主廠房長度基本一致。每個單元組由按一定比例的主凝器或輔凝器組成“人”字形排列結構,并在其下部設置多臺大直徑軸流風機。直接空冷系統的特點是設備少,系統簡單,防凍性能好,占地少,通過對風機轉速調節或投切風機可靈活調節空氣量,基建投資相對較低。不足之處是風機群噪聲較大,廠用電略高 。1鍋爐;2過熱器;3汽輪機;4空冷凝汽器;5凝結水泵;6凝結水精處理裝置 ;7凝結水升壓泵;8低壓加熱器;9除氧器;0給水泵;11高壓加熱器;12汽輪

8、機排汽管道;13軸流冷卻風機;14立式電動機;15凝結水箱;16除鐵器;17發電機圖1直接空冷機組原則性汽水系統3.2帶混合式凝汽器的間接空冷系統帶混合式凝汽器的間接空冷系統如圖1所示,主要由噴射式凝汽器和空冷塔構成。系統中的冷卻水是高純度的中性水(PH =6.87.2,中性冷卻水進入凝汽器直接與汽輪機排汽混合并將其冷凝,受熱后的冷卻水絕大部分由冷卻水循環泵送至空冷塔散熱器,經與空氣對流換熱冷卻后通過調壓水輪機將冷卻水再送至噴射式凝汽器進入下一個循環。受熱的循環冷卻水的極少部分經凝結水精處理裝置處理后送至汽輪機回熱系統。1鍋爐;2過熱器;3汽輪機;4噴射式凝汽器;5凝結水泵;6凝結水精處理裝置

9、;7凝結水升壓泵;8低壓加熱器;9除氧器;10給水泵;11高壓加熱器;12冷卻水循環泵;13調壓水輪機;14全鋁制散熱器;15 空冷塔;16旁路節流閥;17發電機圖2帶混合式凝汽器的間接空冷機組原則性汽水系統帶混合式凝汽器的間接空汽系統的優點是以微正壓的低壓水系統運行,較易掌握。缺點是設備多、系統復雜、需要凝結水精處理裝置、自動控制系統復雜、全鋁制散熱器的防凍性能差。3.3帶表面式凝汽器的間接空冷系統帶表面式凝汽器的間接空冷系統如圖2所示。該系統由表面式凝汽器與空冷塔構成。與常規的濕冷系統基本相仿,不同之處是用表面式對流換熱的空冷塔代替混合式蒸發冷卻換熱的濕冷塔,通常用不銹鋼管凝汽器代替銅管凝

10、汽器,用堿性除鹽水代替循環水,用密閉式循環冷卻水系統代替開敞式循環冷卻水系統。該系統采用自然通風方式冷卻,將散熱器裝在自然通風冷卻塔中。帶表面式凝汽器的間接空冷系統類似于濕冷系統,其優點是節約廠用電,設備少,冷卻水系統與汽水系統分開,兩者水質可按各自要求控制。缺點是空冷塔占地大,基建投資多,系統中需進行兩次換熱,且都屬表面式換熱,使全廠熱效率有所降低。1鍋爐;2過熱器;3汽輪機;4表面式凝汽器;5凝結水泵;6凝結水精處理裝置;7凝結水升壓泵;8低壓加熱器;9除氧器;10給水泵;11高壓加熱器;12循環水泵;13膨脹水箱;14全鋼制散熱器;15空冷塔;16除鐵器;17發電機圖3帶表面式凝汽器的間

11、接空冷機組原則性汽水系統4空冷技術發展概況4.1國外空冷技術發展概況早在上世紀30年代末,德國首先在魯爾礦區的1.5MW 汽輪機組應用了直接空冷系統。50年代,盧森堡的杜德蘭格制鋼工廠自備電站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。進入60年代后,英國拉格萊電廠于1962年在一臺120MW 機組上投運了間接空冷系統,采用噴射式凝汽器及自然通風型空冷塔。這個系統是由匈牙利的海勒教授在1950年世界動力會議上首先提出的,亦稱為海勒式空冷系統。1968年西班牙的烏特利拉斯坑口電廠投運了尖屋頂式布置的機械通風型直接空冷系統。至此,形成了直接與間接空冷系統并存的局面。197

12、1年,在前蘇聯拉茲丹電廠拉茲丹電廠的200MW 級機組、匈牙利加加林電廠200MW 級機組,南非格魯特弗萊電廠的5號機200MW 機組上,都應用了海勒式間接空冷系統。1977年,美國沃伊達克礦區300MW 機組應用了機械通風型直接空冷系統。同年,聯邦德國施梅豪森核712006年第6期趙耀空冷技術在火力發電廠的應用用廢氣中的硫化氫開發有機硫化工產品戴素杰(遼寧石化職業技術學院,遼寧錦州121001摘要:介紹了硫化氫的提純方法及下游產品的開發與應用。討論了利用硫化氫開發有機硫化工產品中應注意的問題的發展趨勢。關鍵詞:硫化氫;有機硫;廢氣;提純;開發硫化氫(H2S是一種無色有臭雞蛋味的有毒氣體,對環

13、境污染極為嚴重。在天然氣脫硫、甲醇裝置再生氣脫硫、以渣油為原料生產合成氨、碳酸鋇為原料碳化法生產碳酸鋇、石油鉆井和煉油廠的催化干氣脫硫、液態烴脫硫、含硫污水汽提等過程中產生的酸性氣中均含有硫化氫。工業上普遍采用催化氧化法通過克勞斯裝置把硫化氫轉化為硫磺。在機械工業中,硫化氫用于硬質合金刀片的處理和柴油機缸套離子滲硫工藝;在電子工業中,高純硫化氫用于大規模集成電路的制造以及彩色顯像管熒光粉的生產。隨著我國精細化學工業的發展,硫化氫可用于加工生產農用化學品、飼料添加劑、醫藥制品、日用化工品、聚合物助劑以及有機合成中間體等。1提純硫化氫的方法回收提純法是從化肥、化工、農藥、橡膠、石油等工作產生和含硫

14、化氫較高的尾氣中回收硫化氫。由于提純法生產硫化氫利用了化工尾氣 ,因此提高了裝置的整體效率,帶動了下游產品的開發。根據工業尾氣中硫化氫含量和其他組分的特性,通過選擇吸附、減壓蒸餾、加壓液化等方式得到純度較高的硫化氫。近年來,煉油廠和天然氣處理廠使用N-甲基二乙醇按(M D EA 選擇性脫除尾氣中的硫化氫已取得良好的效果。M D EA吸收硫化氫、二氧化碳的反應式為:(HO C2H42N CH3+H2S(HO C2H42N+ HCH3+H S-(瞬間反應 (HO C2H42N CH3+CO2+H2O(HO C2H42N+HCH3+HCO3-(慢反應由于M D EA與H2S和CO2反應速度上存在巨大

15、差異,借助于吸收過程的反應動力學可以實現這兩咱酸性組分的選擇性分離。對于低濃度、高CO2 H2S比值的配性氣采用常壓硫化氫提濃工藝;對于硫化氫濃度高,但CO2 H2S比值低的酸性氣,可采用壓力選擇吸收工藝。電站的300MW機組上應用了表面是凝汽器配自然通風冷塔的間接空冷系統。80年代以來,空冷技術進一步發展起來,投運機組容量最大的電廠有南非馬廷巴電廠(665MW機組,采用機械通風型直接空冷系統和肯達爾電廠(686MW機組,采用表面式凝汽器及自然通風冷卻塔的間接空冷系統。4.2我國空冷技術發展概況我國電廠空冷技術起步并不晚。1966年在哈爾濱工業大學試驗電站的50k W機組上首次進行了直接空冷系

16、統的試驗。1967年在山西侯馬電廠的1. 5MW機組上又進行了工業性直接空冷系統的試驗。進入80年代后,慶陽石化總廠自備電站3MW機組上投運了直接空冷系統。1987年和1988年,山西大同第二發電廠的兩臺200MW機組首次引進匈牙利的海勒式間接空冷系統。1989年和1992年內蒙古豐鎮發電廠先后建成4臺200MW級的海勒式間接空冷機組,4臺機組空冷系統全部采用國產化設備,使我國火電廠空冷技術的發展進入一個新的階段。根據環境情況的變化,豐鎮電廠在2003年成功的對其中兩臺機組進行了加裝尖峰冷卻器的空冷改造,經濟效益顯著。直接空冷方面,山西大同第二發電廠已投入運行2臺200MW采用直接空冷系統的機組,空冷系統設備由德國GEA公司設計并提供技術支持,部分設備實現國產化;內蒙古正藍旗上都發電廠在建2臺600MW機組,采用有德國巴克杜爾公