國產600MW直接空冷機組尖峰噴淋裝置對空冷島運行經濟性的分析與應用

郝越

【摘 要】本文通過分析尖噴淋峰裝置對于空冷環境溫度的調節，提高夏季帶滿負荷小時數，穩定機組在最佳狀態。從尖峰噴淋裝置的性能控制出發，確定了超臨界空冷機組實際運行需對空冷凝汽器管束增加噴淋降溫系統，以求達到最熱季管束降溫、散熱的目的，增加發電效率。

【關鍵詞】超臨界；直接空冷系統；尖峰噴淋裝置

【Abstract】This article through the analysis pointed spray device for air cooling temperature peak regulation， improve the summer hours at full capacity， stable unit in the best state. Starting from rush spray device performance control， determine the supercritical air cooling unit operation need to air condensing steam condenser tube bundle increase spray cooling system， in order to achieve the purpose of hottest season bundle cooling， heat dissipation， increase the efficiency.

【Key words】Supercritical； Direct air cooling system； Rush spray device

0 前言

在我國這樣一個人均水資源低于世界平均水平的缺水國家發展坑口電站，采用空冷技術是解決水源短缺矛盾的較好方法。國內目前投運的600 MW空冷機組為數不多，對空冷機組空冷島處于最佳運行方式進行的研究，提高空冷機組經濟運行水平，達到節能降耗的目標是目前十分迫切的問題。

通過實際運行需對空冷凝汽器管束增加噴淋降溫系統，以求達到最熱季管束降溫、散熱的目的，增加發電效率。本系統能夠彌補空氣環境溫度升高對管束散散熱的影響，避免了風向、風速變化后，在散熱器入口處形成的熱風回流現象，有效控制了機組背壓的升高，徹底解決了炎熱夏季對直接空冷機組空冷島入口處空氣溫度的影響。該系統具有結構簡單，維護、使用方便，降溫性能穩定的優點，在有效保證機組正常穩定運行的情況下，降低了能耗、提高了經濟效益。

1 超臨界直接空冷機組運行發現的問題

我單位為直接空冷機組，空冷裝機容量為2×600MW，主機凝汽裝置設計為直接空冷凝汽器，設備為GEA公司產品，可在空氣干球溫度30.4℃，環境風速為4m/s，背壓不大于30kPa.a工況下保證汽輪發電機組功率為630MW長期運行，空冷凝汽器系統共8排7列配有56臺風機，其中每排2、6列為逆流管束，散熱面積1492718m2。背壓受環境溫度影響較大，尤其是夏季環境溫度較高時機組背壓較高，機組最大出力受限，同時煤耗上升；空冷風機出力加至最大，背壓下降不明顯，同時帶來空冷系統耗電量上升。

在夏季炎熱時段，采用尖峰噴淋夏季環境溫度比較高的情況下采用空冷尖峰冷卻裝置，向散熱器翅片表面噴霧狀水。尖峰冷卻系統是通過把水用噴嘴霧化，水霧噴到散熱器翅片，迅速汽化蒸發，而吸收汽化熱，從而降低散熱器翅片溫度。達到降低背壓，提高真空，增大發電負荷。

2 超臨界直接空冷機組尖峰噴淋裝置的介紹

尖峰噴淋裝置系統是通過把水用噴嘴霧化，水霧噴到散熱器翅片，迅速汽化蒸發，而吸收汽化熱，從而降低散熱器翅片溫度。達到降低背壓，提高真空，增大發電負荷。它形成的水珠直徑僅為微米級，因此它可以很快地蒸發，高溫時節快速蒸發的水珠司以使周圍環境下降10℃左右。

2.1 尖峰噴淋裝置的系統構成

尖峰噴淋系統由噴嘴霧化裝置，控制裝置、自動檢測及故障自動排除裝置組成。

2.1.1 噴淋裝置主要是特型不銹鋼噴嘴及其安裝基座，綜合各種性能對比，彬長國產600MW超臨界空冷機組采用美國噴霧公司（Spraying Systems Co.）生產的霧化噴嘴，具有如下優點：1）流道設計合理，霧化效果好；2）結構簡單，便于清洗和更換；3）內流道斷面大且通暢，不易堵塞；4）材料耐磨損、腐蝕，使用壽命長。該噴霧類型實質是一個圓形液體環，是通過進氣口與旋轉腔相切或通過一個緊靠嘴口上游的內部開槽葉片形成的，旋轉的液體在離開噴嘴口時形成一個空心錐形形狀。

標準角度小流量空心錐形噴嘴噴霧角度40°～90°，不同壓力下的用水量不同。

霧化噴嘴，常用不銹鋼或銅作為主材料，銅本身耐磨性能指數不高，其噴口又處于長期高壓高速水流的磨擦作用，久而久之，造成噴口變大變形，從而進一步影響到霧化效果，只能不定期的全部更換，我們選用不銹鋼噴嘴，并且噴嘴口鑲嵌硬質合金，這樣會大大提高噴嘴壽命和噴霧質量。

2.1.2 尖峰噴淋裝置的控制裝置，采用PLC系統，內設時間和程序控制。可根據用戶的要求，對某個單元不噴霧，或根據氣溫調整噴霧冷卻單元，程序可預先設定，減少了人工操作和維護，實現無人值守。

2.1.3 自動檢測及故障自動排除裝置該裝置對投入運行的設備進行狀態監視，故障顯示。可設定環境溫度高于某數值時，自動啟動系統。也可人工手動控制系統。同時裝置顯示運轉散熱器單元，及耗水量。風機停轉單元，自動停止該單元噴霧，節約用水。對流程啟、停運及設備故障信號可進行報警。

2.2 尖峰噴淋裝置操作核心

2.2.1 噴淋就地控制柜是整個控制系統的核心。兩臺機組共配一臺PLC程控箱，PLC程控箱由西門子PLC、擴展模塊、接觸器、驅動模塊、通訊模塊、信號采集模塊組成，結合先進的人機界面控制，能實現空冷島噴淋降溫系統的靈活控制，實現按最優設置進行程序控制工作，滿足各種環境氣候的噴淋方案。

2.2.2 散熱器排列組合，散熱器排列選擇用于選擇需要噴淋的散熱器排列數。

手動模式下，需要手動指定每一排散熱器是否進行噴淋工作。設置時，兩個機組的散熱器可以同時進行設置，最多可以允許16列散熱器（全部散熱器）同時進行噴淋。舉例說明：如果需要同時噴淋1#機的10排、20排和40排、2#機的20排，那么在面板上需要將這幾排的按鈕全部都按一下。

全自動模式下，系統根據水流量、水壓力兩個參數自動控制噴淋工作。啟動噴淋工作后，根據當前水流量和水壓力來自動配置，同時噴淋采取分時噴淋工作方式，在工作過程中實時監測環境水流及壓力，如果有富余再逐個增加同時噴淋的A型塔數量，如此循環。

3 超臨界直接空冷機組尖峰噴淋系統技術特色

尖峰噴淋系統能夠彌補空氣環境溫度升高對管束散散熱的影響，避免了風向、風速變化后，在散熱器入口處形成的熱風回流現象，有效控制了機組背壓的升高，徹底解決了炎熱夏季對直接空冷機組空冷島入口處空氣溫度的影響。該系統具有結構簡單，維護、使用方便，降溫性能穩定的優點。

3.1 采用間接噴霧冷卻降溫方式，極大地降低了除鹽水的浪費率，噴射出去霧化后的除鹽水高達98%都能到達空冷管束表面參與熱交換，在系統工作時，空冷島下方能保持相對干燥，對空冷島下方主要設備沒有任何影響，無需對相關設備作防淋處理。

3.2 降低了除鹽水使用量，使得同樣多的除鹽水同時噴淋的A型塔列數成倍增加，顯著提高冷卻降溫效率。

3.3 配置多種傳感器：在噴淋水泵出口處設置流量傳感器和壓力傳感器，實現對系統工作全方位監控和保護，達到全自動智能化控制要求。

3.4 向空氣中噴射完全霧化的水汽，通過風機送至空冷管束，快速吸收空冷管束表面的熱量并向空氣中散發，達到快速間接噴淋降溫效果。

3.5 系統采用現場可編程（可設置）循環噴淋方式與系統全自動控制噴淋降溫方案相結合，降低了電廠除鹽水的處理要求，提高了系統工作的靈活性。

3.6 系統正常運行后，可使背壓降低5～10Kpa。

4 超臨界直接空冷機組尖峰噴淋裝置噴淋應用效果

4.1 超臨界直接空冷機組尖峰噴淋裝置運行前準備

自動噴淋系統采用除鹽水作為工作介質。使用除鹽水時，必須保證儲水罐的儲水容量足夠，才能進行噴淋工作。如果除鹽水水量不夠的情況下進行噴淋，不僅噴淋的霧化效果不好，導致散熱器的降溫收到限制，而且嚴重時有可能會導致整個發電機組停機。因此，運行前必須檢查除鹽水的儲水量。

工作時，除鹽水通過入口管道連接到高壓泵，然后高壓泵啟動運行之后，會將除鹽水輸送到空冷島平臺，通過電動閥門進入各個噴嘴，從噴嘴噴出霧化后的除鹽水，實現噴淋降溫。

4.2 超臨界空冷機組尖峰噴淋裝置投運

4.2.1 尖峰冷卻系統當背壓大于24Kpa，投運空冷噴淋系統，當背壓小于20Kpa時停運噴淋系統。

4.2.2 單機負荷500MW以上，環境溫度28℃以上時投運空冷噴淋系統。

4.3 采用尖峰噴淋裝置帶來的經濟性分析結果：

表1 尖峰噴淋前后背壓對比

1）1、2對比，相同負荷、環境溫度、風機頻率下利用尖峰噴淋系統對散熱面進行噴淋可以使背壓下降3.52Kpa，3、4對比，背壓下降2.73Kpa。噴淋前后背壓對比見表1。

2）根據西安熱工院及相關電廠提供資料，600MW 機組額定運行工況，背壓每降低1 KPa，供電煤耗降低0.8%，供電煤耗321.8g/Kwh，每年5-10月份進行噴淋，每天運行8小時，以600MW時為例可多發電量計算如下：

？駐W=Pt（1）

？駐W=60×3.52×0.8%×8×30×6=2433萬Kwh（2）

除去每月化學制水消耗電量（以8萬Kwh每月計算）48萬Kwh，每年利用尖峰噴淋系統可節省電量2385萬Kwh。

據統計我廠彬長發電空冷島耗電量年累計量高達0.56%，最高時占我廠廠用電約17%的比例。由于我國電網缺乏調峰容量，夏季電負荷緊張，電網要求空冷機組夏季需帶滿負荷且年不滿發小時數越少越好。

5 結論

5.1 尖峰裝置運行停止后，如果是處于夏天，那么不需要進行特別的操作處理。但是如果在夏季過后，噴淋降溫系統不再使用，為保證系統在冬季不被凍壞，應做好冬季防凍隔離措施。

5.2 夏季，對空冷器的清潔必須重視，每次停機時，要對散熱器單元內部徹底的清洗，外部的清洗連續不間斷進行。

5.3 噴嘴故障包括

（1）不噴水

可能原因：噴嘴堵塞；離心水泵無進水；電動球閥或手動球閥未開。

解決方法：清理噴嘴或更換；檢查離心水泵進水；檢查電動球閥或手動球閥，進行正確調整。

（2）霧化效果差

可能原因：噴嘴損壞；離心水泵出水壓力??；電動球閥或手動球閥未全開。

解決方法：更換噴嘴；檢查離心水泵，并調整離心水泵；檢查電動球閥或手動球閥，進行正確調整。

5.4 當尖峰噴淋系統正常運行后，會不斷判斷各個電氣零部件的工作狀態。如果發生異常狀態，系統會發出報警信號。當發生報警信號后，不會停止系統的工作，需要操作人員及時停止系統工作。

【參考文獻】

[1]楊立軍，杜小澤，楊永平，等.火電站直接空冷凝汽器性能考核評價方法[J].中國電機工程學報，2007，27（2）：49-55.

[2]丁尓謀.發電廠空冷技術[M].北京：水利水電出版社，1992.

[責任編輯：楊玉潔]