600MW机组亚临界直冷系统存在的问题及防治

摘要：在我国北方富煤缺水地区，适宜建设大型空冷燃煤发电机组。主要论述了直接空冷系统在生产过程中存在的主要问题及防治方法，希望对直接空冷机组的发展起到一定的借鉴和促进作用。

关键词：电厂直接空冷机组问题及防治

中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章编号：

随着工农业生产的发展，许多城市及地区相继出现生产与生活用水日益紧张的局面，水已成为制约国民经济发展的主要因素之一。内蒙古、山西等北方地区是我国的能源基地，蕴藏着丰富的煤炭资源，可为大型火力发电厂提供充足的燃料，同时又是水资源最为缺乏的地区。在这种状况下，直接空冷技术的应用在很大程度上解决了这些地区“富煤缺水”的难题。

一、直接空冷系统简介

直接空冷系统分为机械通风直接空冷和自然通风直接空冷。机械通风直接空冷系统简称ACC系统，它是指汽轮机的排汽直接用空气来冷凝，空气与蒸汔间进行热交换，其工艺流程为汽轮机排汽通过粗大的排气管道至室外的空冷凝汽器内，轴流冷却风机使空气流过冷却器外表面，将排汽冷凝成水，凝结水再经泵送回锅炉。

自然通风直接空冷系统是以自然塔代替直接空冷系统的风机，空冷散热器安装在冷却塔内进风口上部。该系统可解决ACC系统的噪声和热风回流问题，但目前尚无系统投运业绩。本文主要介绍机械通风直接空冷系统。

二、直接空冷系统的特点

1.直接空冷机组的优点

（1）耗水量小。在水冷凝汽器机组中，冷却塔的蒸发损失量很大，约占全厂耗水量的90%以上，直接空冷凝汽器采用空气冷却，减少中间的水冷过程。据统计，采用直接空冷凝汽器系统的机组比水冷凝汽器机组节水70%以上。由于直接空冷的节水特性，在富煤而干旱缺水地区电站建设开辟了一条新道路。

（2）占地面积小。直接空冷凝汽器系统没有水冷凝汽器系统中的循环冷却水塔和循环水泵房，建在厂房外，利用厂房与升压站空间，因此，占地面积减少。

（3）较高的经济性。在水资源日益紧张、水价不断提高、环保要求等问题的日益突出，直接空冷系统在经济性方面的优越性也就更加突出。从投资角度看，直接空冷系统机组造价高，而且运行期间的热耗率较高，但是从长远利益考虑在富煤贫水地区建造电厂及运行所需的费用远比水源充足地区的煤炭运输费用低，并且节约大量的用水。因此，直接空冷系统的整体经济性将高于水冷机组，同时在节约大量用水的同时创造了更高的社会价值。

（4）运行安全可靠、防冻效果好。直接空冷机组将整个系统划分为若干单元，在运行期间可以将出现故障的单元与整体隔离进行维修；在降负荷运行及冬天，在满足冷却条件时可以将部分单元停运；可以对每台风机进行变速调节，以进行凝结水过冷度和汽轮机背压的调整。

2.直接空冷系统存在的缺陷

（1）机组背压高、变化大。汽轮机背压在超出设计范围时，汽轮机将被迫降低出力，影响机组效率。由于空气热容量远远小于水，冷却能力低，即使空冷系统具有很大的换热面积，但是机组的背压普遍比湿冷机组高，一般设计背压为15～35 kPa。环境温度对机组背压影响也很大，一些地区机组由于环境温度影响，在冬季背压能降到设计背压的2/3以下，夏天却升到设计背压的200%以上，因此，汽轮机必须能适应较宽背压范围的需要。虽然直接空冷机组的汽轮机可以适应较大范围的背压变化，但在一年中的某段时间内，由于背压超出设计范围，汽轮机出力将被迫降低。

（2）热空气再循环的影响。在直接控冷系统中，由于采用了空冷强制通风，热气出口的空气可能被空气入口吸入进行再循环。在夏天机组运行中，热空气的再循环严重影响凝汽器的冷却效率。热空气的再循环与凝汽器的几何参数、外部风速及风向有关。在凝汽器周围设置挡热板能较好地解决这一问题。此外，风机群噪声对环境的影响、风机消耗动力、维护量大、系统的负压区域大等都是空冷机组存在的缺点。

三、直接空冷系统存在的问题及防治方案

直接空冷系统的主要优点有：冷却效率高，占地面积小，初期投资较小，系统调节较为灵活。但由于其自身特点，也存在一些问题，对机组安全稳定运行和周围环境造成了一定影响。

1.汽轮机夏季运行背压高

直接空冷与湿冷汽轮机主要区别在于其乏汽冷却方式不同。由于直接空冷凝汽器系统庞大，导致直接空冷机组背压比湿冷机组高，尤其夏季外界温度较高，加上西北地区风沙较大，导致空冷凝汽器外侧

积尘等，背压进一步提高，湿冷机组额定背压和夏季满发背压分别为4.9 kPa和11.8 kPa，空冷机组分别为13～18 kPa和30～35 kPa之间，对机组安全经济运行产生较大影响。针对此种现象，除提高风机出力、降负荷外，可采取以下方法来降低空冷凝汽器温度。

(1)在空冷凝汽器外侧安装自动喷淋装置，该装置可以在凝汽器外侧左右移动，同时可以上下移动，以全面冲洗凝汽器。需采用除盐水喷淋，压力在0.4 MPa左右，来降低凝汽器外表温度井冲洗掉积尘，增加散热效果；也可以在冷却风机周围安装除盐水向上喷淋系统，通过风机向上吹风，将除盐水喷淋到空冷凝汽器，并降低内部空气温度，但要根据空冷管束结构合理布置喷嘴数量和层高，合理设计喷嘴型式。在增加喷淋装置后，要提高轴流风机电动机、照明线路等设备的绝缘等级，并做好电动机接线盒的密封工作。

(2)在机组设计期间，有条件可多设计一组冷却单元，提高冷却效果。

2.背压受环境风影响大

外部环境风的自然条件无法改变，为减小背压受环境风的影响，在机组设计初期就要收集厂址处气象数据，主要包括一年内的风向、风量等数据，然后选择空冷平台具置，尽量减小环境风对背压

的影响。若在风沙较大的新疆地区，可在厂址周围投资设置防风带，也会起到一定的防治作用。徐矿新疆库车坑口电厂就在初步设计之前，在厂址处专门建立了气象观测塔，以利于空冷平台设计。

3.噪声较大

由于空冷机组有大量风机群，导致厂区噪声较大。通常采用低噪声风机，并在空冷平台四周设置降低噪声装置，平台下部铺设卵石。

4.平台振动较大

由于风机群较大，空冷平台振动较大，严重时会导致平台筋板、护栏等脱落，发生损坏风机叶片的事故。因此，必须在基建期间加强平台钢梁，筋板、护栏等设施的安装质量，必要时在运行期间重新进行加固，同时应减小风机振动。

5.真空系统庞大，凝结水水质影响大

空冷系统的冷却面积大，凝结水中的腐蚀产物多，易溶氧超标，水质不容易控制。尤其是超临界机组对水质要求较严格，因此必须保证凝结水精处理系统的安全可靠运行。另外，应尽量将凝结水的过冷

度和机组真空严密性控制在合格范围内。

6.冬季防冻措施

直接空冷系统的防冻是影响电厂安全运行的一个重要问题。通过总结经验，主要有以下几种方法：

(1)设计上采用合理的顺流与逆流面积比，即“K/D”结构。对严寒地区“K/D”取小值，对炎热地区取大值。

(2)采用变频风机，冬夏两季均可以控制冷凝器温度，大量节约厂用电。

(3)可停止部分风机运行，先停顺流单元风机，后停逆流单元风机。

(4)严格控制逆流管束出口温度，及时调节逆流风机的运行时数。

四、结语

我国是一个水资源缺乏的国家，淡水资源尤其匮乏，直接空冷技术在节约用水、降低耗水量、降低能耗等方面发挥着不可替代的优势，它将是我国经济持续发展的必行之路。

随着国民经济的快速发展，电力需求的逐年剧增，在富煤缺水地区电厂采用直接空冷技术，从现实及长远利益考虑都有十分重要的意义。采用直接空冷技术、建设节水型电厂将是华北、西北地区电力行业发展的重要途径之一。

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