發(fā)電廠空冷技術(shù)的現(xiàn)狀與進(jìn)展

　　摘 要： 本文介紹了三種空氣冷卻系統(tǒng)：直接空冷系統(tǒng)(GEA)、表面式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)、混合式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)(海勒系統(tǒng))的發(fā)展現(xiàn)狀。文章概括性地介紹了空冷系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，如冷卻元件、翅片管束結(jié)構(gòu)、風(fēng)機(jī)、設(shè)計(jì)技術(shù)的最新發(fā)展情況，以及干式—濕式聯(lián)合冷卻塔的設(shè)計(jì)原理。
　　關(guān)鍵詞： 發(fā)電廠空冷技術(shù) 直接冷卻 間接冷卻
　　
　　汽輪機(jī)排汽使用空氣冷卻方式作為火力發(fā)電廠的一種冷卻方式，早在20世紀(jì)30年代就有一些國家引起重視，并在其后的十幾年中相繼成功地建造了一批空氣冷卻電廠，使發(fā)電廠空冷技術(shù)方式日趨成熟與完善，并逐漸形成了研究空冷新裝置及使用的一系列技術(shù)，即發(fā)電廠空冷技術(shù)。我國的發(fā)電廠空冷技術(shù)自20世紀(jì)50年代起步，經(jīng)歷了容量由小到大，技術(shù)由不成熟到成熟，應(yīng)用地區(qū)由炎熱的南方到寒冷的北方，由不受重視到大力提倡的過程，其發(fā)展前景越來越廣闊。
　　一、三種空氣冷卻系統(tǒng)的發(fā)展情況
　　目前在發(fā)電廠得到應(yīng)用的空氣冷卻系統(tǒng)有：①直接空冷系統(tǒng)(GEA)；②采用表面式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)；③采用混合式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)(即海勒系統(tǒng))。
　　三種空氣冷卻方式都已得到成功的應(yīng)用，技術(shù)上是成功的，運(yùn)行上是可靠的。直接空冷系統(tǒng)無論在單機(jī)容量還是在應(yīng)用上都發(fā)展較快，間接空冷系統(tǒng)的發(fā)展較為緩慢。
　　當(dāng)今世界上最大的空冷機(jī)組單機(jī)容量：直接空冷機(jī)組為南非馬丁巴發(fā)電廠(665MW)；具有表面式凝汽器的間接空冷機(jī)組為南非肯達(dá)爾發(fā)電廠(686MW)；具有混合式凝汽器的間接空冷機(jī)組為伊朗(325MW)。
　　當(dāng)前，國內(nèi)直接空冷發(fā)電廠發(fā)展空前迅速。在國外，海勒式間接空冷系統(tǒng)得到一定的應(yīng)用與發(fā)展，如伊朗眾多的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電廠就采用海勒式間接空冷系統(tǒng)。
　　二、我國發(fā)電廠空冷事業(yè)蓬勃發(fā)展
　　1987—1988年，大同第二發(fā)電廠各投入1臺200MW海勒式間接空冷機(jī)組，1992年后豐鎮(zhèn)電廠相繼投入4臺海勒式間接空冷機(jī)組，1993—1994年太原第二熱電廠投入2臺具有表面式凝汽器的間接空冷機(jī)組，為我國電廠空冷事業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
　　2001年，我國第1臺小型直接空冷機(jī)組——山西義望鐵合金廠6000kW直接空冷機(jī)組成功投入運(yùn)行，人們對直接空冷系統(tǒng)有了良好的直觀印象。
　　2003年11—12月，山西大唐國際云崗熱電有限責(zé)任公司2×200MW直接空冷機(jī)組投運(yùn)。2004年秋，山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司2×300MW直接空冷機(jī)組投運(yùn)。2005年4月和5月，大同二電廠2臺600MW直接空冷機(jī)組投運(yùn)。說明我國直接空冷系統(tǒng)近幾年發(fā)展很快。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前已建和在建的單機(jī)容量135MW及以上的直接空冷發(fā)電廠共31座，總裝機(jī)容量約28810MW。其中已投產(chǎn)26臺，裝機(jī)容量為9070MW。
　　三、冷卻元件
　　（一）發(fā)電廠空冷冷卻元件的發(fā)展歷程
　　1.圓鋼管繞鋁翅片4排管。
　　2.熱浸鋅橢圓鋼管套矩形翅片或橢圓鋼管繞橢圓片。
　　3.單排管。
　　單排管以其管內(nèi)流通截面大、防凍性能優(yōu)越而受到人們普遍關(guān)注。單排管示意圖如圖1所示。［１］
　　（二）目前得到成功應(yīng)用的冷卻元件
　　1.鋁管套鋁翅片(海勒系統(tǒng))。
　　2.小口徑熱浸鋅橢圓鋼管(36mm×14mm)套矩形鋼翅片2排管(具有表面式凝汽器的間接空冷)。
　　3.大口徑熱浸鋅橢圓鋼管(100mm×20mm)套矩形鋼翅片2排管(直接空冷)。
　　4.橢圓鋼管繞橢圓翅片3排管(直接空冷)。
　　5.單排管(直接空冷)。這些冷卻元件，國內(nèi)均有廠家制造。
　　四、翅片管束結(jié)構(gòu)
　　隨著直接空冷單機(jī)容量的增加，為減少占地面積，管束長度可達(dá)9—10m。
　　管束迎風(fēng)面第一排管采用較低的翅化比，第二排管采用較高的翅化比，這樣可使管束各管排的換熱比較均勻。
　　經(jīng)驗(yàn)表明，管束的順、逆流結(jié)構(gòu)(K/D結(jié)構(gòu))，對防止凝結(jié)水的過冷乃至凍結(jié)，減少抽氣器的負(fù)荷是有利的。順、逆流管束面積比須根據(jù)環(huán)境氣溫而定。
　　管束普遍采用A型結(jié)構(gòu)，這對減少占地面積是有利的。
　　五、風(fēng)機(jī)
　　風(fēng)機(jī)在空冷散熱器的強(qiáng)化傳熱中起著關(guān)鍵作用，近期300MW以上機(jī)組風(fēng)機(jī)葉片直徑廣泛采用9.144m或者9.754m的軸流風(fēng)機(jī)。目前空冷凝汽器采用的風(fēng)機(jī)最大直徑可達(dá)到10.363m。隨著環(huán)境保護(hù)要求的提高，對風(fēng)機(jī)的噪聲提出了更高和更明確的要求。為了控制噪聲，風(fēng)機(jī)葉片葉尖速度不大于60m/s。由于空冷機(jī)組的經(jīng)常處于變工況條件下，因此風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中要變速。可采用雙速電機(jī)或調(diào)頻電機(jī)驅(qū)動。目前國內(nèi)外直接空冷發(fā)電廠都采用調(diào)頻電機(jī)的首選驅(qū)動方式。
　　六、空冷設(shè)計(jì)技術(shù)
　　30年前，大口徑排汽管道限制了直接空冷單機(jī)容量的發(fā)展，現(xiàn)在排汽管道直徑可以達(dá)到10m，這樣就順利地解決了管道的熱補(bǔ)償和支撐等設(shè)計(jì)問題。經(jīng)過引進(jìn)技術(shù)，國內(nèi)已可解決大直徑排汽管道的設(shè)計(jì)問題。
　　20世紀(jì)90年代，我國已掌握海勒式和具有表面式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)行技術(shù)。經(jīng)過近幾年直接空冷電廠的建設(shè)，我國已初步掌握了其設(shè)計(jì)要領(lǐng)。
　　應(yīng)當(dāng)注意的是，為降低電廠廠區(qū)噪聲，某些直接空冷發(fā)電廠將管束迎面風(fēng)速降低至2m/s以下，造成傳熱面積劇烈增加，投資增加，這樣做是否有利值得探討。另外，迎面風(fēng)速過低，對預(yù)防熱風(fēng)再循環(huán)和橫向大風(fēng)影響的能力也會有所降低。
　　七、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)
　　國內(nèi)外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，對于海勒式間接空冷系統(tǒng)，在空冷塔外裝設(shè)W型尖峰冷卻器是解決渡夏問題的一種可以采用的方案。
　　最近，在國內(nèi)新建的直接空冷系統(tǒng)中，在汽機(jī)排汽出口管處加裝凝結(jié)水箱，可稱之為具有凝結(jié)水箱的排汽裝置。此種措施正在接受工程的考驗(yàn)。
　　直接空冷的渡夏機(jī)組滿發(fā)的經(jīng)驗(yàn)正在總結(jié)和探討之中。增濕型與向翅片表面噴霧狀水比較，似乎增濕型不適合于我國的氣候條件。
　　八、干式—濕式聯(lián)合冷卻塔
　　干式—濕式聯(lián)合冷卻的出現(xiàn)，不僅是為了節(jié)水，而且是出于對環(huán)境保護(hù)的考慮，可避免濕式冷卻塔排汽所造成的污染。干式—濕式聯(lián)合冷卻系統(tǒng)的型式多種多樣，但歸納起來大致可分為分建式聯(lián)合冷卻系統(tǒng)、合建式聯(lián)合冷卻系統(tǒng)。合建式的干—濕聯(lián)合冷卻塔如圖2所示，這種系統(tǒng)是由表面式凝汽器、干濕冷卻部件合建在一個塔體里的機(jī)械通風(fēng)式聯(lián)合塔組成。合建式機(jī)械通風(fēng)聯(lián)合塔上段布置干冷散熱器，下段布置濕冷部件，頂部布置軸流冷卻風(fēng)機(jī)。冷卻水被循環(huán)水泵由塔底水池送至表面時(shí)凝汽器冷凝，汽輪機(jī)排汽，升溫后先進(jìn)入塔上段布置的干冷散熱器，與空氣換熱降溫后再由噴管噴灑到塔下段布置的填料中，通過淋水進(jìn)一步降溫后回到塔底水池中。［２］干式冷卻部分散熱量占干濕聯(lián)合塔總散熱量的1/4—1/3。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，干濕聯(lián)合塔有很好的發(fā)展趨勢。
　　對原來采用濕式冷卻塔發(fā)電廠，若夏季冷卻能力不足，或秋冬季為了節(jié)水，則可在原濕式冷卻塔的基礎(chǔ)上另裝1臺干式冷卻塔，組成干濕并列聯(lián)合冷卻系統(tǒng)。這是一種可行的方案，夏季濕式運(yùn)行，秋冬季干式運(yùn)行。干—濕分建式聯(lián)合冷卻系統(tǒng)如圖3所示［３］。
　　九、結(jié)語
　　空冷系統(tǒng)不只應(yīng)用于缺水地區(qū)，就是在水源充沛的地區(qū)，由于環(huán)保的需要或比較經(jīng)濟(jì)合理，也可采用空冷。空冷系統(tǒng)的應(yīng)用范圍在日益擴(kuò)大，可用于：垃圾發(fā)電站蒸汽輪機(jī)的空冷凝汽器，燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)的空氣冷卻系統(tǒng)，工礦企業(yè)自備電站蒸汽輪機(jī)或拖動汽輪機(jī)的空冷凝汽器，干—濕并列聯(lián)合冷卻系統(tǒng)的空冷凝汽器等。我國由于缺水較為嚴(yán)重，因而空冷系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展顯得更為迫切，空冷系統(tǒng)的應(yīng)用在我國將大有發(fā)展。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
　　［1］丁爾謀.發(fā)電廠空冷技術(shù).北京：水利水電出版社，1992.
　　［2］溫高.發(fā)電廠空冷技術(shù).北京：中國電力出版社，2008.
　　［3］馬義偉，劉紀(jì)福，錢輝廣編著.空氣冷卻器.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1982.
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