350MW超臨界機組直接空冷與間接空冷經(jīng)濟技術比較

【摘 要】對汽輪機的排汽冷卻采用間接空冷和直接空冷兩種方式的系統(tǒng)配置進行對比分析，為電廠選型提供技術經(jīng)濟數(shù)據(jù)。內(nèi)蒙地區(qū)350MW超臨界機組采用間接空冷和直接空冷選型要根據(jù)項目的實際情況，從機組形式、氣象條件、廠址占地限制、總平面規(guī)劃制約、初投資控制、對年凈供電量和煤耗的要求等多方面考慮，以確定最適合的方案，提高項目整體經(jīng)濟效益。

【關鍵詞】直接空冷 間接空冷 經(jīng)濟技術 比較

1引言

300MW等級燃煤發(fā)電機組汽輪機排汽系統(tǒng)為節(jié)約水資源，大部分都采用了空氣冷卻方式（簡稱空冷）。目前空冷系統(tǒng)分為三種形式，直接空冷系統(tǒng)，表面式凝汽器間接空冷系統(tǒng)（簡稱“表凝式間冷”）和混合式凝汽器間接空冷系統(tǒng)（簡稱“混凝式間冷”）。

混凝式間接空冷系統(tǒng)因其系統(tǒng)復雜，設備較多，循環(huán)水品質(zhì)要求與凝結水的相同。目前，300MW級機組配套的循環(huán)水泵、水輪機和節(jié)流閥等設備國內(nèi)尚無制造和運行經(jīng)驗。本文僅就直接空冷系統(tǒng)和表凝式間接空冷系統(tǒng)做一下經(jīng)濟技術比較。

2 350MW超臨界機組典型配置方案

（1）直接空冷系統(tǒng)：主機為直接空冷方式，給水泵為汽動方式，“小機”排汽直排“大機”排汽裝置。每臺機組配置1套直接空冷系統(tǒng)，空冷凝汽器布置在緊靠汽機房A列柱外的空冷平臺上；空冷凝汽器分為若干組，每組由相同冷卻單元組成，每個冷卻單元下面配設1臺軸流風機。

（2）間接空冷系統(tǒng)：兩臺機組共用1座自然通風空冷塔，“小機”排汽直排“大機”凝汽器，兩臺機組配置1座空冷塔，每臺機組配置1臺表面式凝汽器。間接空冷散熱器沿空冷塔2×350MW機組間冷與直冷方式年運行總費用比較外圍立式布置，設計中空冷散熱器管束材質(zhì)采用鋁管鋁翅片。

3間接空冷方式與直接空冷方式經(jīng)濟比較

表1是某電廠2×350MW機組間接空冷與直接空冷方案年運行總費用比較表，表中空冷設備及建筑物總投資包括地基處理費用。由結果看，表凝式間接空冷方案年總費用大于直接空冷方案。

4間接空冷方式與直接空冷方式技術比較

（1）技術可靠性。表面式直接空冷方式和間接空冷方式在國內(nèi)都有相同容量機組、并已投入運行的工程，技術上均成熟可靠。

（2）系統(tǒng)配置。表面式間接空冷方式為兩次換熱，第一次在表面式凝汽器里進行蒸汽的冷凝，屬表面式換熱，第二次在空冷塔進行循環(huán)水的冷卻，同屬表面式換熱。直接空冷屬一次換熱。

（3）真空容積。表面式間接空冷方式真空容積較小，直接空冷方式真空系統(tǒng)容積大。直接空冷凝汽器布置在主廠房外空冷平臺上，設備較多。兩種系統(tǒng)都存在真空泄露的可能，但目前從設備制造工藝到施工措施上都有可靠的技術手段來保證系統(tǒng)滿足設計真空要求。

（4）環(huán)境氣象條件影響。間接空冷系統(tǒng)因有較大水容積對環(huán)境氣象條件的敏感性和受環(huán)境氣象條件影響變化較小，運行相對平穩(wěn)。直接空冷系統(tǒng)對于環(huán)境氣溫，風速、風向較為敏感，特別是在高溫、大風時，機組背壓會迅速升高，嚴重影響機組安全運行，目前國內(nèi)直接空冷機組在夏季運行時多以降低出力方式來保持相對較低的背壓，以保證機組安全運行。考慮到空冷器平臺的實際高度，主要關注的應該是50m左右高度的風向。

（5）系統(tǒng)總體布置。在總平面布置要求方面，間接空冷系統(tǒng)對環(huán)境氣象條件的敏感性和受環(huán)境氣象條件影響變化較小，便于運行控制，對廠區(qū)總平面布置上要求相對較少。直接空冷系統(tǒng)對于環(huán)境氣溫，風速、風向較為敏感，合理確定空冷平臺的朝向，是決定廠區(qū)總平面布置的重要因素之一。

（6）防凍性能。間接空冷系統(tǒng)循環(huán)水溫度較低，采用自然通風冷卻，風量可采用布置在空冷塔進風口的百葉窗來調(diào)節(jié)，百葉窗通過啟閉執(zhí)行機構運行。在北方寒冷地區(qū)采用間接空冷系統(tǒng)，百葉窗運行的可靠性非常重要。通常將散熱器分為獨立的幾個扇段，根據(jù)環(huán)境溫度和負荷調(diào)節(jié)投運段數(shù)。直接空冷系統(tǒng)在國內(nèi)寒冷地區(qū)已得到廣泛的運用，未出現(xiàn)嚴重的凍損問題。直接空冷方式是將汽機排汽直接冷卻，凝汽器內(nèi)溫度相對高，凝汽器采用大口徑（管徑219×19mm）蛇形翅片纏繞的單排管，芯管通流面積較大。凝汽器采用順流和逆流布置，采用機械通風、風機采用變頻控制，可靈活調(diào)節(jié)風量，可以有效的防止凝結水過冷而結冰的危險。直接空冷和表面式間接空冷方式都有可靠的防凍措施。

（7）運行和檢修。表面式間冷系統(tǒng)是兩次冷卻，水系統(tǒng)容積較大，系統(tǒng)內(nèi)大型轉(zhuǎn)動機械只有循環(huán)水泵，且水泵為常規(guī)泵，機械檢修量較少，系統(tǒng)平穩(wěn)運行控制比較簡單。直接空冷方式相對簡單，因此，運行調(diào)整比較簡便，但直接空冷方式冷卻面積大、抽真空系統(tǒng)龐大、還有數(shù)量多的大型軸流風機，所以檢修維護工作量相對較大。

（8）設備制造、供貨情況。表面式間冷系統(tǒng)散熱器可以完全國產(chǎn)供貨，可以是國外技術國內(nèi)制造；其它設備均可國產(chǎn)。直接空冷系統(tǒng)的空冷凝汽器可以是國外技術國內(nèi)制造，也可以完全國產(chǎn)，它們價格基本持平；風機可以國產(chǎn)，也可以進口品牌國內(nèi)生產(chǎn)；齒輪箱需采用著名進口品牌產(chǎn)品；其它設備如電動機、變頻器、真空隔斷閥等可以國產(chǎn)或進口品牌，但有一定性價差距。

（9）噪聲影響。表面式間接空冷系統(tǒng)采用自然通風空冷塔冷卻，基本無噪聲影響，可以滿足環(huán)保要求。直接空冷系統(tǒng)采用大型軸流風機，噪音相對較大，但可以采用低轉(zhuǎn)速風機和低噪聲的風機葉片，以及設虛擬廠界等來滿足環(huán)保要求。采用低轉(zhuǎn)速風機和低噪聲的風機葉片降噪效果非常明顯。

5 350MW超臨界機組空冷方式選擇原則

空冷方式的選擇應根據(jù)項目實際的關鍵影響因素如：機組形式、氣象條件、廠址占地限制、總平面規(guī)劃制約、初投資控制、對年凈供電量和煤耗的要求等情況，經(jīng)技術經(jīng)濟比較后確定。主要從以下兩個方面考慮：

5.1從工藝布置、環(huán)境因素、機組形式、運行維護上考慮

直接空冷系統(tǒng)設備布置占地面積較小，由于空冷平臺距地面有一定的高度，平臺下方場地可以充分利用。直接空冷系統(tǒng)對環(huán)境氣象條件較敏感，受環(huán)境氣象條件影響變化大，特別是高溫時自鍋爐房吹向空冷平臺的大風，達到一定速度時會形成熱回流，影響機組背壓。因此空冷島的布置方向選擇上應避開夏季高溫時段爐后來的大風，以避免高溫大風形成熱回流。

間接空冷系統(tǒng)因有較大水容積對環(huán)境氣象條件的敏感性和受環(huán)境氣象條件影響變化較小，運行相對平穩(wěn)，電廠的布置不受風向的影響，每個散熱段頂部的排空氣系統(tǒng)是每個散熱段防凍的關鍵。

如果地區(qū)冬季極端最低氣溫較低，同時又為供熱機組，對空冷系統(tǒng)的的防凍要求較高，而直接空冷系統(tǒng)的防凍特性較突出，從防凍角度，宜優(yōu)先采用直接空冷系統(tǒng)。

5.2從總投資及年運行費用考慮

從表1和已投運電廠實際看，直接空冷系統(tǒng)固定投資較小，年總費用較低。但是從長遠考慮煤價可能逐步上漲，按照表1計算，當煤價漲至586.21元/噸時，直接空冷系統(tǒng)及間接空冷系統(tǒng)年總費用持平。相比之下，間接空冷系統(tǒng)由于運行背壓低，有控制運行成本的優(yōu)勢，對煤價上漲有比較好抗風險能力，隨著煤價的升高，直接空冷的優(yōu)勢將逐步降低，采用間接空冷系統(tǒng)較有優(yōu)勢。

6結語

350MW超臨界機組采用間接空冷和直接空冷都是可行的，但是要根據(jù)項目的實際情況，從機組形式、氣象條件、廠址占地限制、總平面規(guī)劃制約、初投資控制、對年凈供電量和煤耗的要求等多方面考慮，以確定最適合的方案，提高項目整體經(jīng)濟效益。

作者簡介：武平德（1959—），男，內(nèi)蒙古人，碩士，高級工程師，從事電力建設管理工作。