海勒式空冷系統在國電寶二擴建工程的應用

和 杰

（西北電力建設工程監理有限責任公司，陜西 西安710032）

1 工程概況

國電寶雞第二發電廠2×660MW 擴建工程5# 機組是國內首臺660MW 超臨界海勒式間接空冷燃煤機組，首次采用“三塔合一”技術，該機組設計煤耗312.55g/kW·h，年需燃煤量約323.5 萬噸，全廠年平均時用水量約為505.20 m3/h，百萬千瓦耗水量約為0.106 m3/s·GW，由于采用海勒式間接空冷系統（Heller 系統），較常規火電廠節水75%。

2 海勒式空冷系統的工程應用

20 世紀30 年代空冷凝汽技術在歐洲產生。 目前已投運機組采用的空冷系統主要有3 種：直接空冷系統,帶表面式凝汽器的間接空冷系統,亦稱哈蒙式空冷系統，帶噴射式凝汽器的間接空冷系統,亦稱海勒式空冷系統。 此3 種空冷系統在世界上被廣泛地應用著,且都取得了不錯的業績。[1]

2.1 系統簡介

國電寶雞第二發電廠擴建工程海勒式間接空冷系統主要由噴射式凝汽器、水力機械組和間冷冷卻塔三部分組成。 主廠房每個低壓缸下布置有一臺噴射式凝汽器，低壓缸排汽與噴射的冷卻水混合,將汽輪機排汽冷卻(循環水水質與凝結水水質相同)。 噴射式凝汽器中有約2%的凝結水進入回熱系統, 其余約98%的水被循環水泵打入間冷冷卻塔冷卻三角(扇形段)被空氣冷卻后經與循環水泵電機同軸布置的水輪機調壓后再進入噴射式凝汽器噴射。 其特點是:空氣通過冷卻塔冷卻三角的散熱管束翅片將循環水冷卻,靠循環水做中間冷卻介質將排汽冷卻。 系統簡圖見圖1。

2.2 主要設備

2.2.1 噴射式凝汽器

空冷機組與常規濕冷機組在輔機方面最大的不同在于凝汽器，作為間接空冷系統的關鍵設備，凝汽器的性能與整個空冷機組的性能直接相關。 相對于表面式凝汽器，噴射式凝汽器能夠讓水溫基本達到排汽的飽和溫度，冷卻系統可以獲得更好的真空度，此外其結構更簡單，可靠性更高，維修費用更低。

圖1 海勒式間接空冷系統示意圖

國電寶雞第二發電廠擴建工程每臺機組采用2 臺GEA-EGI 公司供貨的噴射式凝汽器。 每臺凝汽器分左右兩半。 凝汽器縱向方向的5個內側聯箱和分割板把凝汽器分為10 個蒸汽通道， 在內側聯箱的側面板有4 層噴嘴，每臺凝汽器有4760 個噴嘴，噴嘴通過特殊的螺栓固定，噴嘴材料為鑄鐵，噴嘴直徑為13mm，冷卻水通過噴嘴噴射至沖擊板形成水膜。 汽輪機排汽與水膜直接接觸完成換熱并冷卻成水，同時水膜被加熱到排汽壓力下的飽和溫度。 在聯箱的內側底部安裝有多孔、波紋淋盤式集水器用于冷卻汽-氣混合物。凝汽器的底端部分是一個熱井。 該噴射式凝汽器設計環境溫度33℃時， 機組冷卻水量為50000m3/h，機組噴射式凝汽器額定蒸汽流量為1300.5t/h，進入凝汽器的額定蒸汽壓力為25kPa。

2.2.2 水力機械組

汽機房毗屋內布置有3 套相同且并聯連接的水力機械組。該機械組由驅動電機、冷卻水循環泵和能量回收水輪機組成。 循環水泵與水輪機、驅動電機同軸連接。 低壓缸排汽與噴射的冷卻水混合后的熱水經循環水泵升壓后至冷卻塔內冷卻三角冷卻，冷卻后的冷水經與循環泵電機同軸布置的水輪機調壓后進入凝汽器噴射。主廠房內凝結水泵入口取水自循環水泵出口熱水管與水輪機入口冷水管。

冷卻水循環泵為DVSe1100 型臥式單級雙吸泵， 流量4.78 m3/s，揚程39.11m，工作效率89.5%，功率2048kW。 該循環水泵專為海勒式間接空冷系統而設計，能使噴射式凝汽器真空室的冷凝水保持飽和狀態。冷卻水在噴射式凝汽器中被加熱，由冷卻水循環水泵送入冷卻塔，循環冷卻水被冷卻塔內的空氣冷卻系統再次冷卻后，再重新被送回噴射式冷凝器的噴嘴，開始新的循環。 閉合循環回路中的冷卻水具有與鍋爐給水等同的品質。

能量回收水輪機用在冷卻水回路上，水輪的作用是回收從冷卻塔返回到凝汽器的冷卻水的殘余能量， 通過撓性聯軸器與循環水泵相連，富余壓頭被利用，可以使每臺循環泵電機電流下降約20A 左右。同時冷卻水通過水輪機后的壓力值降到了噴射式凝汽器的壓力值。水輪機由蝸殼、可調節導葉和混流式轉子組成。 導葉通過電動執行器控制水輪機的正常關閉和調節水量。 該水輪機為GANZ FS6/1000-425型，流量4.63 m3/s，揚程18.79m，轉速425rpm，功率787kW。

HT-SCR 驅動電機為循環水泵提供大部分的驅動力， 該電機額定功率1800kW, 額定電壓6000V， 額 定 功 率50Hz， 轉 速426rpm。

2.2.3 間冷冷卻塔

間冷冷卻塔采用“三塔合一”設計， 冷卻塔的塔外圈垂直布置有冷卻三角， 塔內布置有煙囪和脫硫吸收塔。 冷卻塔采用鋼筋混凝土雙曲線自然通風冷卻塔，由通風筒、X 支柱、展寬平臺、支墩和環型基礎等部分組成。 冷卻塔高170m，塔頂直徑為84.466m，喉部標高145m，喉部直徑82m。 脫吸收塔布置于冷卻塔中心， 煙氣從引風機出口煙道穿過冷卻塔X柱接入脫硫吸收塔，通過置于脫硫吸收塔頂部的煙囪排放，脫硫吸收塔總高57.23m，其中煙囪段15m。“三塔合一”布置如圖2 所示。

圖2 間冷冷卻塔布置示意圖

間冷冷卻塔塔共布置179 個冷卻三角， 其中177 個24m 長，2 個18m 長。 179 個冷卻三角被分為10 個功能相同的冷卻扇段，其中1#-9# 扇段各有18 個冷卻三角，相鄰兩個冷卻三角百葉窗共用一個電動執行機構；10# 扇段有17 個冷卻三角也配有9 個電動執行機構傳動。塔內布置6 個串聯的地下儲水箱（6×220t）及地下冷卻水管道。 其中冷卻三角扇段1,2,3,4,5 管道配有兩個電動旁通閥； 冷卻三角扇段6,7,8,9,10 管道配有兩個電動旁通閥；冷、熱循環水母管上各配有一個液動事故疏水閥，排水進入地下儲水箱；同時循環水冷水母管上配有一個電動凝汽器溢水閥，排水也進入地下儲水箱。

冷卻三角采用FORGO （福哥）TA-60 多孔槽板翅片鋁制熱交換器，這是一種全鋁制的管翅式熱交換器，多根換熱管與翅片整體連接。空氣側的換熱通過在平板表面上沖壓形成矩形槽而得以增強，沖壓而形成的槽與空氣流交叉，當氣體穿過換熱束時沿著氣流方向就能形成一種重復出現的波狀的氣體流動。同時空氣側的壓降相對于換熱增強可以忽略，且具有良好的表面清洗性。該熱交換器翅片間距3.1mm，翅片厚度0.3mm，管道外徑18.6mm，壁厚0.75mm。 每個冷卻元件的長度×寬度×深度為6m×2.4m×0.15m。 4 個或者3 個冷卻元件組裝到一起，兩端有聯箱，采用O 形環密封，形成24m 和18m 兩種規格的冷卻柱。 兩通道的冷卻柱采用交叉式逆流連接。 空冷系統的冷卻三角通過剛性框架直立與冷卻塔環基上，橫斷面為三角形。 其中的兩個邊由冷卻柱組成夾角為49.08°，第三邊用于空氣進入。 空氣進入側安裝有控制氣流的百葉窗。

地下儲水箱側配有2 臺輸送泵。 凝汽器水位低時啟動輸送泵，開回水閥門向凝汽器補水，補水至循環水冷水母管；地下儲水箱水位高時啟動輸送泵，開放水閥向排水溝排水。

設計中管道系統的恒壓由水輪機導葉控制。系統中恒定水量由儲水箱和凝汽器水位控制。 液力平衡通過旁通閥的正確控制來保證。 兩個旁通閥分別控制5 個冷卻扇段的液力平衡。冷卻水溫度通過控制冷卻塔周圍百葉窗的開度來控制。

2.3 調試情況

國電寶雞第二發電廠擴建工程#5 機組在整套試運過程中分別于2011 年1 月2 日、1 月5 日發生跳閘。 前者是在停止循環水泵A 后，循環水泵C 出口液控蝶閥突然關閉，引起循環水泵C 跳閘，導致凝汽器真空快速降低，汽機真空低跳機，聯鎖鍋爐MFT。后者是在開啟2#、3# 事故疏水時，凝汽器背壓快速升高，運行人員手動打閘停機。

通過認真分析討論，制訂如下防范措施：一是高加水位維持低位運行，要求運行人員經常對照就地和遠傳水位；二是修改了高加水位邏輯，在“高加水位高二時，本級高加危急疏水閥快開，上級正常疏水聯關”之后，增加“同時聯關本級抽汽逆止門”；三是運行中開啟A/B 疏水擴容器減溫水；四是運行中開啟A/B 低旁減溫水；五是規定A/B 凝汽器壓力相差不得大于5kPa。 超過時運行人員要及時調整，調整無效且已經大于10kPa 時，應視真空、水位情況手動打閘；六是要求運行人員加強空冷系統監盤，平穩調整。

采取以上措施后5# 機組順利通過168 小時滿負荷試運， 期間扇段投入少，機組背壓低，節煤效果明顯。 以2011 年1 月10 日為例，當日環境溫度3℃，機組負荷660MW，2 臺循環水泵運行，間冷冷卻塔投入1#、2#、3#、6#、7#、8# 共計6 個扇段， 間冷冷卻塔進水水溫47℃，出水水溫27℃。 此時機組背壓10.3kPa，給煤量260t/h，經濟性良好。

3 結論

隨著國內水資源保護意識的深入,間接空冷機組因節水效果明顯,在我國北方“富煤少水”地區具有一定的應用前景。通過在國電寶雞第二發電廠擴建工程的應用,不斷積累更多的運行經驗，從而促進海勒式間接空冷技術在我國的應用。

［1］戎毅仁.錫林郭勒盟正鑲藍旗電廠空冷系統的比較與選擇[J].內蒙古科技與經濟,2010(2):82.