1、神華國能寧夏煤電有限公司 #2 機組直接空冷系統(tǒng)增設(shè)尖峰冷卻裝置工程可 行 性 研 究 報 生 告2014 年 9 月 101、 目的和意義神華國能寧夏煤電有限公司鴛鴦湖電廠一期工程建成投產(chǎn)2 X600MW直接空冷機組。為提高汽輪機排汽冷卻效果，在 #1 機組直接空冷系統(tǒng)增加了尖峰冷卻裝置，并已投入運營，效果良好。根據(jù)鴛鴦湖電廠技改規(guī)劃，擬在#2 機組直接空冷系統(tǒng)增設(shè)尖峰冷卻裝置，滿足系統(tǒng)運行需要。尖峰冷卻裝置在機組原有排汽管道引接汽輪機乏汽到蒸發(fā)式凝汽器， 冷卻水經(jīng)過供水系統(tǒng)均勻噴淋在蒸發(fā)式凝汽器的冷卻管束表面， 利用冷卻水的蒸發(fā)潛熱吸收汽輪機乏汽攜帶的熱量使汽輪機乏汽進行冷凝， 凝結(jié)水沿管

2、道回收到汽輪機排汽裝置， 蒸發(fā)式凝汽器中不凝結(jié)氣體由抽真空系統(tǒng)排出以維持凝汽器內(nèi)部一定的負(fù)壓。系統(tǒng)設(shè)備控制納入機組DCS 系統(tǒng)進行遠(yuǎn)方啟停控制，設(shè)置配電間給凝汽器的冷卻風(fēng)機、 冷卻水泵以及其它設(shè)備進行供電。 蒸發(fā)式凝汽器運行方式為夏季尖峰時段運行。目前我國火電廠汽輪機排汽冷卻主要采用水冷系統(tǒng)和空冷卻系統(tǒng)。 采用直接空冷系統(tǒng)存在機組夏季不能滿發(fā)， 冬季翅片換熱管凍結(jié)， 運行背壓高， 耗電量大等問題。 采用水冷系統(tǒng)存在水資源浪費嚴(yán)重， 冬季防凍困難， 循環(huán)水泵功率大等問題。作為電力系統(tǒng)耗水耗能大戶的冷卻系統(tǒng)， 研發(fā)節(jié)能節(jié)水安全可靠提高機組發(fā)電效率的冷卻系統(tǒng)對實現(xiàn)國家“節(jié)能減排”目標(biāo)是十分緊迫和非常

3、必要的。復(fù)合型空冷乏汽凝結(jié)技術(shù)是一種“風(fēng)”冷和“蒸發(fā)”冷相結(jié)合的凝結(jié)技術(shù)。直接空冷技術(shù)在電站乏汽冷凝上的應(yīng)用在國內(nèi)外均取得較好的節(jié)水效果，但其夏季“滿發(fā)”，冬季防凍，運行背壓高，耗電量大燈問題無法有效解決。蒸發(fā)式乏汽凝結(jié)技術(shù)換熱機理先進、換熱效果好、效率高，具有節(jié)電、節(jié)水和運行費用低等特點。蒸發(fā)式乏汽凝結(jié)技術(shù)節(jié)水效果良好，適合在水資源短缺、氣候干燥地區(qū)使用。國外成功的應(yīng)用實例說明 , 蒸發(fā)式乏汽凝結(jié)技術(shù)用在火電廠冷卻系統(tǒng)中是可行的。復(fù)合型空冷乏汽凝結(jié)裝置具有先進的顯熱+ 潛熱換熱機理、通過合理配置直接空冷與蒸發(fā)式冷卻單元， 充分發(fā)揮了直接空冷不耗水、 蒸發(fā)冷節(jié)水、 背壓低等各自優(yōu)點，可有效提高

4、機組出力、降低能耗；利用復(fù)合型空冷乏汽凝結(jié)技術(shù)可綜合直接空冷和蒸發(fā)式冷凝的優(yōu)點， 有效地解決直接空冷和水冷在乏汽凝結(jié)中的各自不足。復(fù)合型空冷乏汽凝結(jié)技術(shù)可以對現(xiàn)有直接空冷機組運行中的夏季機組運行背壓高， 機組出力下降等問題有效解決， 該成果可以對現(xiàn)有直接空冷機組進行改造提高機組夏季出力， 降低機組運行背壓。 也可以在新建項目中直接采用復(fù)合型空冷乏汽凝結(jié)裝置，達(dá)到提高機組出力，降低運行背壓，提高系統(tǒng)防凍能力，減少用電量之目的。采用復(fù)合型空冷乏汽凝結(jié)裝置， 夏季溫度超過30， 排汽背壓降低510kPa，煤耗降低2%；上，機組出力提高15%與直接空冷相比，投資成本下降1015%, 節(jié)能潛力巨大。2、

5、 國內(nèi)外研究水平綜述電力乏汽凝結(jié)最先采用的冷卻介質(zhì)主要是工業(yè)直流冷卻水及工業(yè)循環(huán)冷卻水。但由于冷卻水不達(dá)標(biāo)造成系統(tǒng)換熱設(shè)備及管道結(jié)垢、腐蝕嚴(yán)重等問題嚴(yán)重，且燃料資源豐富水資源缺少地區(qū)， 工業(yè)直流冷卻水及工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)并不適用，逐漸被節(jié)約用水、更新的冷卻系統(tǒng)空冷系統(tǒng)所代替。1939 年德國 GEA 公司首先提出電廠直接空冷的設(shè)想。上世紀(jì) 50 年代匈牙利發(fā)展了混合式凝氣器的間接空冷系統(tǒng)（海勒系統(tǒng)）。而后在70 年代，表面式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)和直接空冷系統(tǒng)也得到了較大的發(fā)展。近幾年來， 空冷技術(shù)在國外得到了迅速發(fā)展并日趨成熟。當(dāng)今世界上空冷機組最大的單機容量為665MW（馬丁巴電站，直接空冷

6、），686MW（肯達(dá)爾電站，間接空冷），657MW（馬尤巴電站，直接空冷）。我國對空冷技術(shù)的研究始于上世紀(jì)60 年代中期，但是發(fā)展一直比較緩慢。直到 1988 年，山西大同第二發(fā)電廠引進了匈牙利海勒式間接發(fā)電冷卻系統(tǒng)，才使我國的空冷發(fā)電技術(shù)進入一個新的階段。近幾年， 國內(nèi)在電站直接空冷系統(tǒng)有一定的研究， 主要是以哈空調(diào)和雙良為主的五、六個廠家，哈空調(diào)在2000 以后開始涉足電站直接空冷系統(tǒng)，江蘇雙良于 2006 年開始涉足該領(lǐng)域，技術(shù)較國內(nèi)同類廠家先進，均處在引進、消化、吸收階段，核心技術(shù)仍由國外掌握，市場份額的70%以上由國外公司占有。用空冷代替水冷理論上可以解決用水量過大問題。 但直接空冷

7、也有一些嚴(yán)重缺陷， 其中之一是冷源的溫度變化問題。 直接空冷冷源為空氣， 冬夏溫差特別大，可達(dá)50C-70C,大大地限制了直接空冷的使用范圍。在高寒下會結(jié)冰凍裂換熱管，此外，在我國華中和華南地區(qū)，夏季的日最高溫度可達(dá)40 以上，這對于冷卻溫差小的冷卻系統(tǒng)來說，直接空冷系統(tǒng)很難滿足要求。蒸發(fā)式冷凝主要利用水蒸發(fā)吸收潛熱進行換熱， 是一種高效節(jié)能環(huán)保的換熱設(shè)備， 由于其傳熱效率高、 節(jié)能、 環(huán)保、 結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點， 20 世紀(jì) 80 年代中期，我國開始從國外引進蒸發(fā)式冷凝器技術(shù)， 經(jīng)十?dāng)?shù)年發(fā)展應(yīng)用， 現(xiàn)今在制冷裝置和石油化工等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用。進入 21 世紀(jì)，國外蒸發(fā)式冷凝器在電廠冷卻系統(tǒng)得以應(yīng)

8、用，并具備一定的規(guī)模，而國內(nèi)在2008 年前蒸發(fā)式冷凝在國內(nèi)電廠冷卻系統(tǒng)使用幾乎是空白。蒸發(fā)式凝汽方式與傳統(tǒng)水冷卻系統(tǒng)和空氣冷卻系統(tǒng)相比， 在節(jié)電節(jié)水環(huán)保等方面都有較大的優(yōu)勢。加拿大“TransAlta ”能源公司的75 MW 聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng),采用美國巴爾的摩公司生產(chǎn)的 V 型蒸發(fā)式乏汽凝結(jié)器滿足全年運行條件1 。美國馬薩諸塞州 MassPower240MW 燃?xì)?- 蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組采用蒸發(fā)式凝汽系統(tǒng)，汽輪機排汽量300t/h ,夏季干球溫度36 C,排汽壓力9.48kPa,低于水冷系統(tǒng)排汽壓力 2。國內(nèi)方面， 由于蒸發(fā)式冷卻方式較國外發(fā)展慢，尤其在電力系統(tǒng)采用蒸發(fā)式冷卻， 2008 年后在自

9、備電廠開始應(yīng)用。河北文安縣6MW 自備電廠機組采用蒸發(fā)式凝汽方式，用水量較水冷降低40%以上，經(jīng)夏季高溫和冬季防凍考驗，機組運行良好，節(jié)水、節(jié)能效果顯著。山東濰坊 55MW 自備電廠機組采用蒸發(fā)式凝汽方式，經(jīng)調(diào)試運行，用水量較水冷降低40 50%，機組運行平穩(wěn)可靠。國外 1987 德國阿爾巴赫- 戴齊紹發(fā)電廠465MW 機組采用空冷系統(tǒng)與水冷系統(tǒng)并聯(lián)冷卻方式，與水冷相比，節(jié)水20%。 3洛陽隆華傳熱科技股份有限公司采用蒸發(fā)式凝汽系統(tǒng)做為尖峰冷卻裝置的空冷系統(tǒng)對直接空冷系統(tǒng)進行改造， 已在自備電廠成功運行， 并得到山西電科院的檢測， 效果極佳。 可使原直接空冷系統(tǒng)夏季機組運行背壓降低515kPa

10、 ， 機組出力提高1020%。【 1 】 Baltimore Aircoil Company. IPC steam condenser serves Canadian combined - cycle cogen facility R . PROJECT REPORT ( PRJ41 /98) , 1998.【2】 Basile, F, Johnson, G H. Wet surface air cooled steam condensers and auxiliary water cooler at mass power J . ASME Power,1995, 27: 43 - 46.【3

11、】王佩璋，火電機組的干濕聯(lián)合冷卻方式.J河北電力技術(shù)，1995,3:11-16.3、 項目的理論和實踐依據(jù)1 .技術(shù)原理采用直接空冷與蒸發(fā)式凝汽聯(lián)合運行方式，春、秋冬季節(jié)，僅直接空冷運行即可滿足機組運行要求，夏季高溫時，從直接空冷系統(tǒng)中分流一部分蒸汽，通過蒸發(fā)式凝汽器直接將汽輪機排汽冷凝為凝結(jié)水。2 . 研究理論蒸發(fā)式凝汽技術(shù)蒸發(fā)式凝汽器以潛熱換熱為主體換熱方式，通過換熱管束表面水膜蒸發(fā)冷凝管內(nèi)蒸汽， 1kg 水蒸發(fā)帶走的熱量是1kg 溫升 10帶走熱量的 60 倍，換熱效率高。蒸發(fā)式凝汽器可將蒸汽在較低溫度冷凝，夏高溫時采用尖峰冷卻裝置可降低空冷機組運行背壓515kPa,降低發(fā)電煤耗616

12、gce/kWh ,提高發(fā)電效率。蒸發(fā)式凝汽工作原理汽輪機排汽由蒸汽進口進入換熱模塊管內(nèi)冷凝放熱；管外噴淋水吸收管內(nèi)蒸汽冷凝放熱蒸發(fā)變成水蒸氣，在風(fēng)機的作用下排到大氣中；未蒸發(fā)的水份經(jīng)收水器作用下落到水箱中循環(huán)使用；凝結(jié)水經(jīng)管道匯集于凝結(jié)水箱；不凝性氣體由抽真空裝置排出。3 .項目研究的關(guān)鍵技術(shù)1. 電力復(fù)合型空冷乏汽凝結(jié)裝置設(shè)計計算軟件開發(fā)；2. 大直徑薄壁負(fù)壓排汽管道的優(yōu)化設(shè)計；3. 系統(tǒng)運行參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計；4. 系統(tǒng)低溫防凍技術(shù)；5. 系統(tǒng)防腐除結(jié)垢技術(shù)；6. 蒸發(fā)式凝汽器高效水分配及熱交換系統(tǒng)；7. 蒸發(fā)式凝汽器風(fēng)機、泵循環(huán)單元的控制和優(yōu)化；8. 60 萬機組采用復(fù)合型乏汽凝結(jié)裝置應(yīng)用推

13、廣及實驗研究四、 項目研究內(nèi)容和實施方案項目研究包括：復(fù)合型空冷乏汽凝結(jié)裝置優(yōu)化配置研究，直接空冷排汽管道 和蒸發(fā)式凝汽排汽管道優(yōu)化設(shè)計； 復(fù)合型空冷乏汽凝結(jié)裝置核心設(shè)備研究與開發(fā)等。主要研究內(nèi)容：1. 電力復(fù)合型空冷乏汽凝結(jié)裝置設(shè)計計算軟件開發(fā)；2. 翅片管組模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計；3. 大直徑薄壁負(fù)壓排汽管道的優(yōu)化設(shè)計；4. 系統(tǒng)運行參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計；5. 系統(tǒng)低溫防凍技術(shù)；6. 減小風(fēng)力影響，降低系統(tǒng)對環(huán)境波動對系統(tǒng)運行的影響；7. 系統(tǒng)防腐除結(jié)垢技術(shù)；8. 蒸發(fā)式凝汽器換熱模塊結(jié)構(gòu)研究；9. 蒸發(fā)式凝汽器高效水分配及熱交換系統(tǒng)；10. 蒸發(fā)式凝汽器風(fēng)機、泵循環(huán)單元的控制和優(yōu)化；11. 十兆瓦級大型熱態(tài)空冷試驗系統(tǒng)；12. 系統(tǒng)實驗驗證和可靠性技術(shù)。13. 60 萬機組采用復(fù)合型乏汽凝結(jié)裝置應(yīng)用推廣及實驗研究理論研究步驟如下：1根據(jù)現(xiàn)運行蒸發(fā)式凝汽裝置，測試研究蒸發(fā)式凝汽器運行工況及節(jié)水、節(jié)能效果，優(yōu)化配置蒸發(fā)式凝汽器水分配系統(tǒng)，風(fēng)系統(tǒng)。 （實驗地點：用戶，國能與制造廠共同完成）2. 建立工廠實驗裝置，優(yōu)化蒸發(fā)式凝汽器結(jié)構(gòu)和運行參數(shù)。 （實驗地點：制造廠，制造廠商完成）3. 對 60 萬機組改造項目采用復(fù)合型空冷乏汽凝