1000MW火電機組主機直接空冷和間接空冷方案技術經濟比較分析

摘 要：本文結合華能段寨電廠（2X1000MW火電機組）主機冷卻采用機械通風直接空冷系統ACC或表凝式間接空冷系統ISC（垂直布置）方式，并且對兩種主機冷卻方案進行技術經濟比較分析。

關鍵詞：1000MW火電機組；主機；ACC； ISC（垂直布置）；技術經濟；分析

華能段寨電廠位于陜西省府谷縣城東北，離縣城直線距離約33km，黃河西岸的“凸”形臺地上，北、東、南三面臨黃河，西為其配套段寨、堯卯井田。電廠一期工程擬建設2×1000MW國產燃煤超超臨界發電機組，同步建設煙氣脫硫、脫硝設施。府谷縣屬半干旱大陸性季風氣候，水資源相對匱乏，所以新建火電項目不宜采用濕冷機組，工程擬采用空冷機組。本文就本工程主機的機械通風直接空冷（ACC）和表凝式間接空冷（ISC-垂直布置）兩種冷卻方案從技術經濟方面進行分析研究。

1 工程設計基礎數據

方案一：主機采用直接空冷系統。

方案二：主機采用表凝式間接空冷系統，每臺1000MW主機配一座自然通風間冷塔。

根據氣象資料的統計，主要數據如下： 年平均設計氣溫：14.0℃；夏季設計氣溫：31.1℃。

2 直接空冷和間接空冷系統配置方案

2.1 機械通風直接空冷系統配置

（1）本工程1×1000MW機組機械通風直接空冷系統配置如下：

冷卻單元數量：每臺機組配10列冷卻單元組，每列由8個冷卻單元組成，每臺機組共計10×8=80個冷卻單元；空冷凝汽器總散熱面積：240萬m2；迎風面風速：2.1～2.2m/s；

空冷平臺高度：50m；每列空冷凝汽器頂部配汽管直徑：DN1600～DN3000m；每臺機組平面面積：11300～12100m2。

（2）風機

風機型式：每個冷卻段配一臺軸流風機，變頻調速；風機直徑：9.75m；空氣流量：520.7m3/s；風機靜壓：102.6Pa；風機功率：110kw；臺數：80臺；風機電動機電壓：380V。

（3）通過計算，空冷系統主要參數擬定如下：

設計氣溫：15℃；設計背壓（汽輪機排汽裝置出口處）：～13kPa；夏季滿發氣溫：31.5℃；主機TRL工況設計背壓（汽輪機排汽裝置出口處）：33kPa。

（4）ACC空冷凝汽器

空冷凝汽器翅片管是空冷系統的關鍵元件，有單排管和多排管。本工程按單排管配置。每臺汽輪機需配置80個空冷凝汽器冷卻單元，共分10組，每組8個單元，其中6個為順流空冷凝汽器，2個逆流空冷凝汽器。逆流凝汽器布置在順流凝汽器的中間。

2.2 表凝式間接空冷系統ISC（垂直布置）配置

（1）本工程1×1000MW機組表凝式間接空冷系統系統配置如下表2：

（2）循環水泵和循環水管

表面式凝汽器間接空冷系統的冷卻水量一般較濕冷系統低。循環水泵：ISC為閉式系統，單臺機組循環水量約為24.8～27.6m3/s。每臺機配4臺泵，相應單臺泵流量為6.2～6.9m3/s。循環水泵采用立式泵方案。循環水管與同容量濕冷機組相似，循環水進出水母管各一根，埋地敷設，管材采用焊接鋼管。

（3）凝汽器

ISC系統采用表面式凝汽器，因此該系統凝汽器布置也可參考濕冷機組。由于空冷塔的冷卻效果不如濕冷塔，因而前者冷卻塔出水溫度較高，同時因空冷塔投資費用大，不宜采用增加空冷散熱器面積以降低冷卻塔出水溫度方法，選用相對較大的凝汽器面積，降低凝汽器端差是可以作為空冷塔出水溫度高的一種補償。

3 直接空冷系統與間接空冷系統技術經濟比較

3.1 技術比較

3.1.1 設備制造、供貨情況

直接空冷系統與間接空冷系統可以是國外技術國內制造，也可以完全國產，它們在國內應用、制造、供貨已相當成熟。

3.1.2 工程應用業績

直接空冷系統與間接空冷系統從200MW～1000MW機組在國內許多工程的應用業績。

3.1.3 總平面布置

（1）采用直接空冷系統方案時，直接空冷器布置在汽機房A排外，且變壓器及其它設備間可布置在空冷凝汽器下面，廠區占地較少。

（2）采用間接空冷系統方案時，需要每臺機組配置大型自然通風冷卻塔，由于冷卻塔的直徑較大，且2塔之間距需要留夠半個塔間距，故將增加廠區占地面積約12hm2。

（3）由于間冷方案間冷塔占地較大，相對于直接空冷方案，土方挖方量將增加38×104m3。

（4）間接空冷系統除每座冷卻塔占地外，每座塔之間須留有空間、主廠房A排外還要留出循環水管走廊。間冷方案中，垂直布置的表凝式間冷系統間冷塔內可以布置煙塔合一，甚至脫硫系統的吸收塔、循環泵和氧化風機等裝置也可布置在冷卻塔內。

3.1.4 建筑結構

（1）直接空冷系統

直接空冷系統平臺高度為50m，除結構工程量和投資增加外，沒有很大技術難度。

（2）間接空冷系統冷卻塔結構

①每臺主機配一座間冷塔。根據工藝熱力優化的結果，主機表凝式間接空冷塔主要結構尺寸如下：

塔高（地面以上）：195m；進風口高度：27m；零米底徑：185m；出口直徑：108m。

②目前國內主要幾個電力設計院在超大型冷卻塔設計方面已取得了許多技術研究成果，并已經多個工程超大型冷卻塔實際應用。

③冷卻塔區域初步地基處理。根據廠址巖土地質條件及總圖布置，廠區上部地層為第四系黃土，屬非重濕陷性黃土場地，濕陷等級為Ⅱ（中等）級。濕陷性黃土厚度變化較大，建筑物地基采用人工地基或樁基，按塔的重要性初擬地基處理方式。

按水工建（構）筑物重要性，間冷塔高度大于100米，根據《濕陷性黃土地區建筑規范》，屬甲類建筑物，應消除地基的全部濕陷性。

3.1.5 水質控制和防腐

對于表凝式間接空冷系統，凝結水系統與濕冷機組的方案基本相同。由于熱力系統與冷卻水系統各自獨立，易于控制，且循環水的水質好、熱力系統的水汽品質易于保證。另外，表凝式間冷機組的循環冷卻水是二級除鹽水，冷卻水中含鹽量極低，且循環產生的雜質主要是少量的金屬產物，如凝汽器發生泄漏，漏入凝結水的雜質很容易通過凝結水精處理系統除掉。

對于直接空冷系統，由于有龐大的空冷器，產生大量的腐蝕物質，造成凝結水含鐵量高，使得凝結水精處理系統的除鐵負擔大，而且凝結水溫度高，導致對離子交換樹脂的熱穩定性要求高，特別是陰樹脂，對其使用壽命影響較大。

故從水化學工況控制和凝結水精處理設置方面考慮，采用表凝式間接空冷系統較好。

3.1.6 環境氣象條件影響

環境風和對流氣象條件對直接空冷系統ACC的影響已在投運電廠中得到驗證，這主要是由于環境風和突變對流氣象條件對風機出力有影響并產生熱風回流；環境風對間接空冷系統影響稍小，主要是對冷卻塔進、出風阻力有影響，間冷系統基本不存在熱風回流問題。

環境風和對流氣象條件相同的情況下，間接空冷系統的穩定性要好于直接空冷系統。

3.1.7 防凍性能及控制

根據氣象資料，廠址歷年最冷月平均氣溫為-8.1℃，多年平均氣溫為9.2℃，極端最低氣溫為-24.3℃，屬于寒冷地區，因此空冷系統的防凍問題比較重要。

（1）機械通風直接空冷系統由于其結構的特點，百萬空冷風機臺數多，可以通過調節運行風機臺數、關斷部分配汽管等多種方式靈活調節解決防凍問題，國內對此系統已積累豐富的設計運行經驗。

（2）間接空冷系統：需要通過切斷部分冷卻單元、依靠控制百葉窗的開啟度來調節進風量進行防凍控制，控制較為繁瑣。

3.1.8 噪音

間接空冷系統噪音較低，一般能滿足環保要求；而直接空冷系統由于采用了大量的風機，風機群運行產生的噪音，可能在電廠廠界部分區域存在噪音超過環保標準的問題，但這可通過一系列防噪措施來解決，如采用普通低噪音低轉速風機、設虛擬廠界等。

3.1.9 散熱器臟污影響和清洗性能

（1）直接空冷ACC系統布置在50m高的平臺上，沉積在散熱器表面的臟污主要來自空氣中的粉塵和少量飛揚絮狀物，根據空氣質量和季節情況一般3～6月沖洗一次。

（2）垂直布置的間冷散熱器，在塔外從距地面1.0～2.0m高度垂直布置，因此臟污來源除了空氣中的粉塵和少量飛揚絮狀物、還會截留地面因風吹起的塵土和雜物，臟污影響程度較大，需根據空氣質量和環境條件決定沖洗次數。

3.2 經濟比較

3.2.1 投資費用比較

3.2.2 運行費用比較

3.2.2.1 冷卻系統設備耗電量比較

x

3.2.2.2 年煤耗比較

3.2.3 綜合費用比較

4 結論

通過對該工程機械通風直接空冷和表凝式間接空冷系統的技術經濟分析、比較，表凝式間冷系統的投資比直接空冷系統增加～12488萬元，年運行費用減少1139.1萬元。按現行年貸款利率5.94%計算，若本工程采用間接空冷系統，需要約18年可收回成本，回收周期長。故通過以上對空冷系統型式的綜合技術分析比較，建議本工程采用機械通風直接空冷系統。

參考文獻

[1]丁爾謀，王佩璋.發電廠空冷技術[M] .水利電力出版社，1992-03.

[2]王佩璋等.發電廠表面式凝汽器間接空冷技術[M].山西電力局基建計經委，太原第二熱電廠出版，1997-02.

[3]王佩璋，我國火力發電廠直接空冷技術發展[J]，電力設備，8卷11期，2007，11.

[4]武俊.600MW機組直接空冷技術在國內的應用[J].華北電力技術，2005，No.3：17-20.

[5]王佩璋.我國火電間接空冷機組的實踐和直接空冷機組的開發[J].華北電力技術，1998， No.7：34-38.

作者簡介： 蔣大文（1970，10-），工程師，主要從事火電廠工程技術管理工作。身份證號：620423197010053514