电站空冷系统节能集成技术探讨

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1、第七届全国火电空冷机组技术交流研讨会论文集电站空冷系统节能集成技术探讨陈腾达　张　军　唐正伟（中国电力工程顾问集团科技开发有限公司　北京　100011）【摘要】电站空冷系统实施的各个技术环节对机组节能运行均有影响，空冷机组节能是集成技术的体现。系统方案设计、散热器结构参数设计与工艺、工程设计、工程实施安装与检验技术、附属设备配置与运行、控制与运行调节技术需综合考虑。【关键词】电站空冷　排汽参数　换热系数　散热器结构参数　真空泵0　前言电站空冷技术在汽轮发电机组的应用，主要分为直接空冷系统和间接空冷系统两种方式。到目前为止，我国已经成为拥有空冷机组最多的国家，且仍有一大批规划及在建

2、空冷机组。随着发展，发电机组的辅机冷却水、燃机冷却水等较大的换热源也在逐步采用空气冷却方式。电站空冷技术环保、节约水资源，一定程度上突破了火力发电开发受水源条件的限制。但电站空冷技术在我国快速发展的过程中，也出现了一定运行不经济的现象。早期主要关注散热器的研发与制造；然后是工程设计与实施技术；出现机组运行不经济现象后，关注系统集成，即系统配置、实施技术与运行控制策略统一思考。国内多数空冷机组运行时间不长，一些机理层面或实施技术层面的细节问题并未解决。事实上，空冷系统是机组节能潜力最大的部分。1　系统参数选择1.1　机组终参数发展方向理论上讲，当主蒸汽压力从16.5MPa提高到24

3、.1MPa，机组热耗约下降1.8％～2％；当主蒸汽压力不变主蒸汽和再热蒸汽温度从538℃提高到566℃汽轮机热耗约下降0.6％～0.7％[1]。主蒸汽参数发展至今，已经受到材料和相关设备技术的限制，即从热力学角度，提高初参数达到提高机组循环效率的方法，在相对长的一段时间内无大的提高空间。机组终参数即机组背压，在设计值以下，每降低1kPa机组发电煤耗降低1.2～2.0g/（kW·h）；设计值以上，每降低1kPa机组发电煤耗降低2.0～2.6g/（kW·h）。相对进一步提高主蒸汽参数的高成本、技术难题等，降低终参数机组是机组发展的方向。1.2　空冷系统排汽参数设计空冷机组主汽参数较湿

4、冷机组不能提高，节能从源头上能仍要关注排汽参数的确定，现有工程24第七届全国火电空冷机组技术交流研讨会论文集一般直冷系统汽机的排汽压力设计值13～16kPa，个别达到19kPa；间冷系统9～13kPa，个别达到15kPa。一般是工程前期根据可行性研究报告确定的，选定几个配置方案，侧重工程技术经济比较的选择结果。计算过程对机组热经济性的估算、粗略处理、受固有经验思维的限制等特点，决定了假设的机组运行条件与实际运行差别较大。如空冷机组运行工况随季节、昼夜的环境温度变化频繁的特点在工程技术经济比较中是无法体现的；汽轮机经济运行条件未作详细计算，长期如此不利于空冷汽轮机装备技术的发展。鉴

5、于以上原因，空冷机组排汽压力的设计值应以机组循环效率提高、节能为主要原则，兼顾系统投资和冬季防冻实际需要的基础上，进行工程技术经济比较，确定合理的主机与空冷系统配置基础上，设计排汽参数值。某主蒸汽压力24.2MPa，主蒸汽温度566℃的600MW超临界直接空冷机组，主机与空冷系统匹配较合理，多数时间运行背压可控制在9kPa左右，发电煤耗290.5g/kWh。本文建议，直接空冷排汽压力设计值以10～12kPa，间接空冷系统排汽压力设计值以7～10kPa为宜。并结合空冷机组的特点，汽轮机选择较低的阻塞背压和较高的跳闸背压[2]。即较低的阻塞背压，可充分利用冬季的低温条件，降低运行背压

6、，提高机组经济性；较高的跳闸背压，一方面在夏季高温情况减少机组跳机的可能性，避免事故损失，另一方面可提高最高运行背压，使机组在较经济的负荷范围内运行。2　散热器换热系数选择选型配备散热器时，将电站空冷系统看作一个独立的大型换热器，仍然按经典传热学来理解换热理论。此时关键的参数为换热系数的选择，电站空冷散热器面积庞大，无论空气侧还是蒸汽（或水）侧，各处参数不均匀性决定了小件物理试验所设定的边界条件只能对应实际某个工况点运行条件下散热器的局部情况，直接使用实验室数据方法是不恰当的。有些电站配备散热器时，未作修正直接应用了实验室数据。两直接空冷系统电站，A为4×200MW机组，20个空

7、冷单元，三排椭圆钢基管椭圆钢翅片散热器；B为2×300MW机组，24个空冷单元，单排扁平钢基管蛇形铝翅片散热器。下面将随机选取的A、B两电站运行数据列于表1。表1　A、B电站随机运行数据电站机组环境温度（℃）机组负荷（MW）背压（kpa）凝结水量（t/h）风机开启台数（台）风机转速（%）A＃122.1180.4532.2467.120110%＃222.9185.1221.3489.220110%＃321.7199.1025.3583.220110%＃421.2196.0225.1