1、第七届全国火电空冷机组技术交流研讨会论文集241空冷机组夏季提高出力和冬季防冻的方法及改进建议燕鹏飞 赵 耀（内蒙古电力勘测设计院 内蒙古 呼和浩特 010020）【摘 要】通过对空冷机组（直接空冷、间接空冷方式）运行情况的调研，介绍直接空冷凝汽器目前多采用的加装水喷雾的方法，并提出改进建议；介绍一种用于提高间接空冷机组出力的尖峰冷却装置；总结运行防冻经验，并提出一些改进建议。【关键词】水喷雾冷却 尖峰冷却装置 防冻1 直接空冷凝汽器喷雾装置为了使直接空冷机组能够在夏季高温时实现低背压运行，加装凝汽器水喷雾装置。比较两种不同的喷头布置形式对机组背压的影响。1.1 装置简介在空冷凝汽器 A 形单
2、元内部装设若干喷嘴组成喷雾设施。第一种布置形式，喷头布置在空冷风机出口侧。喷雾系统 1 如图 1 所示。图 1 喷雾系统 1第七届全国火电空冷机组技术交流研讨会论文集242在风机出口布置水雾喷头，压力水通过喷头形成的水雾以一定的喷射角向其周围喷射，与风机出口的空气接触混合，通过传热，形成气、汽、水的混合物。如果接触时间充分，水雾使空气得到加湿温度降低，当空气湿度达到达到饱和时空气温度就不再降低。这种布置，目的是用水雾通过加湿空气将其降温，再由空冷去冷却空冷凝汽器。部分未蒸发的水雾借助风机提供的风力在通过凝汽器换热面时还会起到强化换热的效果现场布置形式如图 2 所示。图 2 水雾喷头布置形式 1
3、第二种布置形式，喷头沿空冷凝汽器散热面布置，与散热面平行。喷雾系统 2 如图 3 所示。图 3 空冷凝汽器水喷雾布置形式 2第七届全国火电空冷机组技术交流研讨会论文集243沿凝汽器散热面布置喷头，压力水通过喷头形成的水雾形成一定的面积覆盖在散热面上，空气通过是提高凝汽器管束表面的换热效果。现场布置形式如图 4 所示。图 4 水雾喷头布置形式 21.2 运行效果比较第一种布置形式，每个冷却单元布置喷头数量大约为 1016 个，每台机的喷水量约为100m3/h，喷头入口压力 1.0MPa。在实际运行中，当环境气温在 2030.34时，开启喷淋系统前后，凝汽器背压降低范围在53kPa。在运行时地面上
4、和风机桥架上有落水，这说明部分水滴为形成雾化状，或雾化效果不佳。根据现场对管束测温，空冷单元上部普遍温度低，下部局部温度高，出现换热死角，即出现整个冷却单元受热面冷却不均匀的情况，这也反映了冷却面过风量不同。根据华北电力大学所作的该种布置形式的数模计算结果，也反映了这种情况。散热器外表面温度分布云图数模结果见图 5。第七届全国火电空冷机组技术交流研讨会论文集244图 5 散热器外表面温度分布云图第二种布置形式，喷雾强化换热系统的效果与喷雾强度及均匀程度有关。每个冷却单元布置喷头数量为 1824 个，每台机组喷水量为 110m3/h，喷头入口压力 0.81.0MPa。在实际运行中，当环境气温在
5、27.9时，开启喷雾系统前后，凝汽器真空度由-62.1kPa 提高到-65.7kPa，背压降低3.6kPa；当环境温度为 21.8时，开启喷淋系统前后，凝汽器真空度由-60.7kPa 提高到-67.1kPa，背压最高降低 6.4kPa。因此建议，在耗水量基本相同的情况下，直接空冷凝汽器设置水喷雾系统时喷头沿 A 形面布置，可使来水充分利用，可以达到较好的冷却效果。 1.3 运行时段的控制喷雾用水一般采用经过化学处理合格的除盐水，用量比较大，成本高。因此考虑运行经济性应适时投运，根据现场运行经验，投运喷雾装置的一般规定如下：（1）当环境温度高于 20且机组因背压高的原因可能限负荷运行时，投入空冷
6、岛水喷雾装置，不限负荷时停运；（2）当环境温度高于 20时，环境风向、风速突变，可能导致空冷凝汽器真空低、快速减负荷控制开关（RB）动作时，投入空冷岛水喷雾装置，待风向、风速稳定后装置停运；（3）冬季期间，最低温度低于 2时，喷雾装置给水泵控制箱停电，水泵及系统管路排水放空。2 间接空冷系统尖峰冷却装置在运行的间接空冷机组中，空冷散热器采取水喷雾增强冷却的方式实际作用不大，夏季高温时的背压将不足 1kPa。根据某电厂实施的情况，在海勒式（混合式凝汽器）间接空冷系统采用加装并联运行的尖峰冷却装置来增强冷却系统散热能力，降低机组背压，提高夏季出力。2.1 尖峰冷却装置每组尖峰冷却器由 4 片冷却元
7、件组成，4 个单元组合一个呈“W”形的一组尖峰冷却器，上部采用轴流风机引风冷却，风机直径 4.5m，迎面风速 2.5m/s， 。每片元件长 4850mm，宽 2450mm，每个“W”形宽 5.00m，高 2.90m。冷却单元的管束水平放置。每个单元各 1 根进、出水管，管径DN150mm，管束内水流流速 0.45.05m/s。 “W”形下部的框架高约 2.5m。性能参数如表 1.表 1 尖峰冷却器性能参数名称 参数 名称 参数制造厂家 哈尔滨空调机厂 每组散热量/MW 2.273（每组第七届全国火电空冷机组技术交流研讨会论文集245由 4 个冷却单元组成）型号 福格 T60 过流水量 / -1
8、th6125安装形式 卧式 每组配套风机/台 1冷却单元数量/个 128 迎面风速/m.s -1 2.5冷却单元尺寸/mm 48252400150 风机功率/kW 30每组散热面积/m 2 960 风机转速/r.min -1 2402.2 配置计算尖峰冷却装置与原间接空冷系统并联运行。从主循环水系统中，按比例分出部分冷却水进入尖峰冷却器进行强制通风冷却。相当于增加系统的散热面积。系统示意如图 6。图 6 机械通风间冷系统示意（1）空冷塔的“分水”量循环冷却水量按不同比例进间接空冷塔散热器，系统热力计算、间接空冷塔的热力与动力计算、进塔内水的换热与空气换热对比计算设定在 32.5、 t=3.0
9、工况时，结果见表 2，表 3、表 4。表 2 间接空冷塔热力计算进塔循环水总量比例序号 项 目 单位100 70 75 80 85循环水总量 t/h 22000 15450 16500 17600 18700进塔水量带热负荷 MW 314.2 220.11 235.63 251.54 267.361空冷塔散热量 MW 297.47 255.15 263.26 270.72 277.85第七届全国火电空冷机组技术交流研讨会论文集246序号 项 目 单位进塔循环水总量比例100 70 75 80 85空冷塔水温降 13.47 13.47 13.47 13.47 13.47塔内空气温升 21.44
10、17.04 17.76 18.56 19.39空冷塔散热量裕量 % -5.33 15.94 11.65 7.64 3.997循环水总量 t/h 23500 16450 17625 18800 19975进塔水量带热负荷 MW 314.2 220.11 235.63 251.54 267.36空冷塔散热量 MW 301.37 259.24 267.65 275.09 282.22空冷塔水温降 12.64 12.64 12.64 12.64 12.642塔内空气温升 21.44 17.04 17.76 18.56 19.39空冷塔散热量裕量 % -4.13 17.81 13.55 9.38 5.6
11、5循环水总量 t/h 24500 17150 18375 19600 20825进塔水量带热负荷 MW 314.2 220.11 235.63 251.54 267.36空冷塔散热量 MW 304.10 262.25 270.33 277.664 284.830空冷塔水温降 12.13 12.13 12.13 12.13 12.13塔内空气温升 21.43 17.03 17.76 18.58 19.273空冷塔散热量裕量 % -3.24 19.18 14.64 10.43 6.62表 3 空冷塔的热力与动力计算结果第七届全国火电空冷机组技术交流研讨会论文集247表 4 冷却水与空气换热对比 t
12、=3.0项 目 单位总水量 24500 t/h进塔水量比例 % 70 75 80 85进塔水量 t/h 17150 18376 19600 20827进塔热负荷 MW 220.01 235.73 251.44 267.12塔散热能力 MW 262.26 270.28 277.69 284.85进塔水放热量 MW 241.75 259.07 276.29 293.55塔空气吸热量 MW 220.11 235.63 251.54 267.36塔散热裕量 % 19.18 14.67 10.45 6.64从上表可判断，为保证安全满发，选定按“分水” 20%计算。（2）尖峰冷却分水计算尖峰冷却器散热计算
13、结果见表 5。表 5 尖峰冷却器散热计算序号项 目 单位 分配比例循环水量 T/h 24500 17150 18375 19600 208251 占总水量比例% 100 70 75 80 852 冷却三角数 组 107 107 107 107 1073 管内水流速 t/s 1.136 0.796 0.853 0.910 0.9674 凝汽器端差 3 3 3 3 35 空冷塔热负荷 MW 314.2 220.11 235.63 251.54 267.366 ITD 33.58 33.58 33.58 33.58 33.587 总传热系数 W/. 27.87 25.45 25.87 26.36 2
14、6.778 空冷塔散热量 MW 304.09 262.26 270.28 277.69 284.859 冷却裕量 % -3.24 19.18 14.64 10.43 6.6210 空冷塔出口风速 m/s 5.778 5.03 5.157 5.287 5.41511 冷却三角迎面风速 m/s 1.935 1.72 1.746 1.787 1.83412 空冷塔总阻力 Pa 68.33 55.1 57.44 59.65 61.9213空冷塔总抽力与阻力百分比 % 0.0078 0.0087 0.0078 0.0088 0.007714 满足的比例 % 0.005 0.005 0.005 0.005
15、 0.005第七届全国火电空冷机组技术交流研讨会论文集248项 目 符号 单位 尖峰冷却器计算气温 32.5 32.5 32.5凝汽器端差 t 3 3 3汽机排汽压力 Pk kPa 30.0 30.0 30.3汽机排汽热负荷 Q MW 314.2 314.2 314.2分热负荷比例 Q0 % 15 20 25热负荷 Q MW 47.146 62.87 78.574尖峰冷却器每片水量 L t/h 45.708 45.708 45.708进口温度 t2 66.09 66.09 66.09出口温度 t1 55.1 55.1 55.1冷却水总量 L0 t/h 3674 4950 6125迎面风速 迎
16、m/s 2.5 2.5 2.5散热系数 K 迎 kcal/.h. 2554.537 2554.537 2554.538对数温差 lnt 17.158 17.157 17.164尖峰冷却器迎风面积 F 迎 924.766 1233.027 1541.229冷却器 “W“ 组 20.35 27.67 33.89从尖峰冷却器散热计算，考虑裕量确定为 32 组尖峰冷却单元。2.3 系统设置根据实施发电厂的情况，每台间接空冷机组配置 32 台尖峰冷却器。从主循环水系统中，按比例为 20%，分出部分冷却水进入尖峰冷却器进行强制通风冷却。相当于增加系统的散热面积。32 台尖峰冷却器分成 4 个冷却段，分为二
17、排布置，每排布置二个冷却段，每段包括 8 台尖峰冷却器，在二排中间设有高为检修步道和上下爬梯。增加地下放空管路、用于事故备用的 1000m3地下储水池和补水泵，管路与间接空冷塔内原有的储水箱相接。装置布置距间接空冷塔净距 50m 的位置，且处于从间接空冷塔来的主导风向下游，目的在于在主导风向时不出现热风对空冷塔产生影响。装置安装见图 7。第七届全国火电空冷机组技术交流研讨会论文集249图 7 机械通风冷却装置安装2.4 运行效果根据实际运行结果，在夏季高温时段同等条件下，加装尖峰冷却器后，机组增加带负荷能力增加了 80MW90MW。加装尖峰冷却器前后环境温度与带负荷能力关系见图 7。图 7 3#机组尖峰冷却器投运效果对比加装尖峰冷却器前后环境温度对机组负荷和背压影响的关系见图 8、图 9。第七届全国火电空冷机组技术交流研讨会论文集250图 8 环境温度对机组负荷影响曲线图 9 环境温度对机组背压影响曲线因此，间接空冷机组加装尖峰冷却装置是解决夏季高温时段出力受限的有效途径。3 空冷系统的防冻总结及改进建议3.2.1 冻结原因分析（1）直接空冷凝汽器冻结原因
