機械通風間冷塔在電廠中的應用

摘 要：本文以山西新建某2×330MW煤矸石電廠為例，就機械通風間冷塔系統設計特點、運行可靠性進行簡單的分析介紹。結果表明在主機采用直接空冷火力發電廠，給水泵汽輪機采用機械通風間冷塔在技術上是可行的，為我國以后主機采用直接空冷發電廠，給水泵汽輪機冷卻方式的選擇上提供了一條新的選擇路徑。

關鍵詞：火力發電 機械通風 間接空冷 節水

中圖分類號：TU97 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（a）-0124-02

我國富煤地區（如晉北、內蒙地區）由于水資源相當匱乏嚴重影響了當地電力工業的發展。隨著發電廠空冷技術的提高和成熟，在富煤缺水地區建設大型火電廠成為可能。近年來，我國通過吸收引進國外先進的空冷技術，已具備獨立設計、生產大型空冷系統的能力并已有成功的應用業績。電廠主機空冷系統基本上可分為直接空冷和間接空冷兩種，很多電廠在主機采用直接空冷后，由于給水泵特殊的運行方式和直接空冷系統背壓的不穩定，給水泵基本采用電動給水泵或采用獨立冷卻方式的汽動給水泵。在主機采用直接空冷方式的電廠，給水泵汽輪機獨立冷卻方式的選擇上目前一般采用機械通風濕冷塔、自然通風間冷塔等方式。山西新建某2×330MW煤矸石電廠綜合比較節水、投資等因素后，率先在國內采用機械通風間冷塔作為給水泵汽輪機冷卻水冷卻方式，現就機械通風間冷塔系統設計特點、運行可靠性進行簡單的分析介紹。

1 項目及系統介紹

山西某2×330MW煤矸石電廠，項目所在地地處晉北地區，干旱少雨，水資源極度缺乏。項目設計階段充分考慮本地區自然環境特點，綜合考慮廠用電率和水耗等因素后，汽機主機采用直接空冷技術，單臺機組給水泵采用2×50%汽動給水泵+1×30%電動給水泵方案，給水泵汽輪機排汽采用表面式機械通風間接空冷系統，表面式凝結器換熱管采用TP304，循環水系統采用單元制，1臺機組配置2×50%循環水泵。兩臺機組一共配置4臺循環水泵，兩臺機組循環水泵出口母管之間設聯絡門。

兩臺機組四臺采用表面式凝汽器的小汽機共用一座機械通風間接空冷塔，間冷塔共分8個扇段，1臺機組2臺小汽輪機共用4個扇段，每個扇段有4個冷卻三角，每兩個扇段共用一個膨脹水箱，8個扇段共用兩個彼此連通的地下水箱。每個扇段安裝有電動進口/出口/放水閥。扇區采用水-空氣式單一金屬（全鋼）的管翅式換熱器，通過散熱器將熱量帶到環境中。冷卻單元冷卻需要的空氣由變頻式驅動的軸流風機引入，因此通過冷卻單元的空氣量即冷卻塔性能通過調節風機轉速和/或調解進氣百葉來控制。系統流程如圖1所示，冷卻水進入表面式凝汽器的水側通過表面換熱，冷卻給水泵汽輪機凝汽器汽側的排汽，受熱后的冷卻水由小機冷卻水泵送至間接空冷塔，通過空冷散熱器與空氣進行表面換熱，冷卻水被空氣冷卻后再返回給水泵汽輪機凝汽器去冷卻汽動給水泵排汽，構成了密閉循環。

1.1 通風系統

每個扇段設1套風機組，整個間冷塔共八套，風機調節方式采用變頻調速，設計迎面風速為2.5m/s。在環境溫度過低時，還可以通過電動執行機構調節百葉窗的開度來調節通過散熱器的空氣量，避免散熱器發生冰凍。散熱器充水、排水、分段運行時，都可通過調節百葉窗的開度來控制循環水的溫度。

1.2 管束布置

空冷散熱器是由翅形管束與框架構成的三角形結構，空冷散熱器在空冷塔內垂直布置，每個扇段布置四個冷卻三角，不同扇段之間設隔墻，以免相鄰冷卻單元相互影響和相鄰風機的停運而降低通風效率。

1.3 充、排水系統

充、排水系統主要由充、排水管道、充水泵、相關閥門、地下儲水箱、連接管路等組成。每臺機組設置2臺充水泵，布置在地下儲水箱內，可向冷卻塔中的空冷散熱器充水，系統正常運行工況下，2臺泵并聯運行。2臺機組共用兩臺50%的輸水泵，空冷塔內每個冷卻段能獨立充水和排水。2臺機組共用2臺彼此連通的地下排水箱，地下水箱容量足以存儲冷卻塔內所有散熱器、高位水箱、以及地上管道中的水。

1.4 穩壓補水系統

為了保持循環冷卻水系統內水壓穩定，維持正常的水循環，間冷塔設置穩壓補水系統。該系統由穩壓補水泵、高位膨脹水箱以及連接管道組成。每臺機組設置2個膨脹水箱。頂部和充氮系統連接，使膨脹水箱水面上充滿一定壓力的氮氣，既可對冷卻水容積膨脹起到補償作用，又可避免冷卻水和空氣接觸，保持冷卻水品質不變，該穩壓補水泵系統能供實現自動控制，當水箱為低水位時補水泵開啟向系統補水，當水箱補至高水位時補水泵停運。

1.5 散熱器清洗系統

為了防止落在空冷散熱器表面的灰塵影響散熱效果和腐蝕，設置水力清洗系統，定期對空冷散熱器進行清洗，保持良好的換熱性能。該系統由高壓沖洗水泵、水槍及連接管道等組成。

2 機械通風間冷塔優缺點分析

與機械通風濕冷塔相比，機械通風間冷塔循環水采用除鹽水閉式循環，水和空氣進行不接觸對流換熱，在實際運行中無汽水損失（除系統漏點外），節水性能優越，而且表面式凝結器不易污染，無需設置凝結器膠球清洗系統，換熱性能好。另外風機工作環境較機械通風濕冷塔好，無汽水腐蝕，風機故障率低。但是機械通風間冷塔施工、設備制造成本高。系統設計復雜，運行難度大，運行維護成本高。風機數量大，噪聲污染控制難度大，風機耗電量大。

與自然通風間冷塔相比，無需建設龐大的自然通風塔，初投資少。迎面風速選擇靈活，提高風速成本比采用自然通風塔低。占地面積小，布置位置選擇靈活。防凍調節手段靈活，可調節風機轉速、百葉窗開度進行水溫調節。自然風對換熱性能影響小。但是與自然通風間冷塔相比，機械通風間冷塔風機耗電量大，運行成本高，設備運行噪聲污染也大。

3 熱力性能分析

該電廠機械通風間冷塔系統背壓和循環水出塔溫度隨環境變化關系曲線如圖2和圖3所示。從圖中可以看出，系統背壓和循環水出塔溫度都隨溫度上升而增大，其中循環水出塔溫度與環境溫度幾乎成線性關系。當熱負荷為16485kW時，環境溫度為13℃時循環水出塔溫度為28℃；當熱負荷為22250kW時，環境溫度為30℃時循環水出塔溫度為50.8℃，完全能滿足系統要求，即風機100%轉速運行時，在空氣干球溫度為13℃，大氣壓力865.8hPa，外界10m高處平均風速4m/s，熱負荷為16485kW時循環水出塔溫度不高于29℃；風機100%轉速運行時，在空氣干球溫度為30℃，大氣壓力865.8hPa，外界10m高處平均風速4m/s，熱負荷為22250kW時循環水出塔溫度不高于51.37℃。

4 可靠性分析

機械通風間冷系統循環泵、表面式凝結器及管道系統設置與常規濕冷系統相同，相對常規自然通風濕冷塔增加了系統水壓控制內容，機械通風間冷系統要求循環水系統定壓運行，循環水定壓主要采用循環水泵變頻運行、定壓補水系統實現自動調節，機械通風間冷系統水溫調節方式主要通過分段運行、調節百葉窗、風機轉速（或停運風機）等手段。

4.1 系統防凍

散熱器防凍設計是空冷系統設計重要的性能要求，直接關系到機組穩定運行和設備安全。機械通風間冷塔根據監測投運扇段出水溫度，控制百葉窗開度、風機轉速，防止已投運扇段發生散熱器凍結，如出水溫度仍低于預設最低出水溫度，可停運部分扇段進行出水溫度調節。已停運扇段必須及時放水，以防散熱器凍結。

投運扇段出水溫度測點損壞造成水溫顯示不準，易發生散熱凍結事故。防范措施增加扇段出水溫度測點數量，可采用三取二的方式確定出水溫度。冬季運行時，增加運行人員現場巡檢次數并進行現場測溫，以監測溫度傳感器工作是否正常。

百葉窗卡澀或集控畫面顯示角度與實際不符，易造成運行操作失誤，造成投運扇段部分冷卻三角凍結。防范措施：百葉窗需做定期活動試驗，發現缺陷及時檢修，如不能及時恢復正常工作，可先人工進行關閉，待具備停運該扇段或環境問題提高后進行檢修處理。

4.2 機械通風間冷系統防腐

系統表面式凝結器換熱管采用TP304，散熱器采用鋼管鋼翅片，系統防腐主要考慮散熱器氧腐蝕。系統設計采用充氮保護，將機械通風間冷系統膨脹水箱、地下水箱水面以上充滿略高于大氣壓力的氮氣，使系統水系統完全與空氣系統隔絕，降低系統水溶氧量。

氮氣系統泄露，循環水溶氧量增大，易造成系統腐蝕。防范措施：系統初次投運或停機檢修投運前需進行嚴密性試驗；運行中加強系統氮氣壓力監測，及時進行補充。

5 結論

機械通風間冷塔具有節水、占地面積小、環境適應性強等特點，在主機采用直接空冷火力發電廠，給水泵汽輪機采用機械通風間冷塔在技術上是可行的，為我國以后主機采用直接空冷發電廠，給水泵汽輪機冷卻方式的選擇上提供了一條新的選擇路徑。

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