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1、,2600MW级超临界空冷机组 直接、间接空冷及烟塔合一,1 空冷系统介绍,对直接空冷和间接空冷以及间接空冷烟塔合一进行技术经济比较，以确定本次工程的空冷形式。直接空冷系统和间接空冷系统在严寒、干旱地区均有运行案例，两种系统各有优缺，本报告从技术特性、技术经济性等各方面对其进行比较研究，为业主最终选型提供参考。,1 空冷系统介绍,目前国内外电厂采用的空冷形式主要为直接空冷和间接空冷。1.1 直接空冷系统 直接空冷系统是指汽轮机的排汽直接用空气来冷凝，空气与蒸汽间进行热交换。所需冷却空气，通常由机械通风方式供应。直接空冷所用的空冷凝汽器是由外表面镀锌的椭圆形钢管外套翅片的若干个管束组成的。直接空
2、冷系统的流程如图1所示。汽轮机排汽通过粗大的排汽管道送到室外的空冷凝汽器内，轴流冷却风机使空气流过散热器外表面，将排汽冷凝成水，凝结水再经泵送回汽轮机的回热系统。大型机组的空冷凝汽器通常在紧靠汽机房A列柱外侧，与主厂房平行的纵向平台上布置若干单元组，其总长度与主厂房长度基本一致。每个单元组由按一定比例的主凝器和分凝器组成“人”字形排列结构，并在其下部设置多台大直径轴流风机。直接空冷系统的特点是设备少，系统简单，防冻性能好，占地少，通过对风机转速调节或投切风机可灵活调节空气量，基建投资相对较低。不足之处是对环境风速及风向很敏感，风机群噪声较大，厂用电略高，启动时造成凝汽系统内真空建立的时间长，冬
3、季运行背压高于间冷。,1 空冷系统介绍,1.1 直接空冷系统,1 空冷系统介绍,1.2 间接空冷系统1.2.1 带喷射式（混合式）凝汽器的间接空冷系统（以下简称为海勒系统）海勒系统如图2所示，主要由喷射式凝汽器和空冷塔构成。系统中的中性冷却水进入凝汽器直接与汽轮机排汽混合并将其冷凝，受热后的冷却水绝大部分由冷却水循环泵送至空冷塔散热器，经与空气对流换热冷却后通过调压水轮机将冷却水再送至喷射式凝汽器进入下一个循环。受热的循环冷却水的极少部分经凝结水精处理装置处理后送至汽轮机回热系统。该系统采用自然通风方式冷却，散热器垂直安装在自然通风冷却塔外圈。其优点是以微正压的低压水系统运行，凝汽器端差小，年
4、平均背压低，可以使机组在较低的背压下运行，发电煤耗优于其它空冷方式，同时较之直接空冷系统适应不同风向大风的能力要高。缺点是设备多、系统复杂，凝结水精处理系统比较复杂，全铝制散热器在极端寒冷地区的防冻性能略差。,1 空冷系统介绍,1.2 间接空冷系统1.2.1 带喷射式（混合式）凝汽器的间接空冷系统（以下简称为海勒系统）,1 空冷系统介绍,1.2 间接空冷系统1.2.1 带喷射式（混合式）凝汽器的间接空冷系统（以下简称为海勒系统）,1 空冷系统介绍,1.2 间接空冷系统1.2.2 带表面式凝汽器的间接空冷系统（以下简称为哈蒙系统）哈蒙系统如图3所示。该系统由表面式凝汽器与空冷塔构成。与常规的湿冷
5、系统基本相仿，不同之处是用表面式对流换热的空冷塔代替混合式蒸发冷却换热的湿冷塔，通常用不锈钢管凝汽器代替铜管凝汽器，用除盐水代替循环水，用密闭式循环冷却水系统代替开式循环冷却水系统。该系统采用自然通风方式冷却，将散热器水平安装在自然通风冷却塔中。其优点是节约厂用电，设备少，冷却水系统与汽水系统分开，两者水质可按各自要求控制，该系统可以使机组在较低的背压下运行，较之直接空冷系统适应不同风向大风的能力要高。缺点是空冷塔占地大，基建投资多，系统中需进行两次表面式换热（汽水，水空气），全厂热效率低，冷季必须注意散热器的防冻。,1 空冷系统介绍,1.2 间接空冷系统1.2.2 带表面式凝汽器的间接空冷系
6、统（以下简称为哈蒙系统）,1 空冷系统介绍,1.2 间接空冷系统1.2.3带表面式凝汽器散热器垂直布置的间接空冷系统（以下简称SCAl系统）SCAl系统为北京国电华北电力工程有限公司的专利技术。SCAl系统，由表面式凝汽器与空冷塔构成。与常规的湿冷系统基本相仿，不同之处是用表面式对流换热的空冷塔代替混合式蒸发冷却换热的湿冷塔，使用铝制散热器，用除盐水代替循环水，用密闭式循环冷却水系统代替开式循环冷却水系统。SCAl系统采用自然通风方式冷却，将散热器垂直安装在自然通风冷却塔中。其优点是节约厂用电，设备少，冷却水系统与汽水系统分开，两者水质可按各自要求控制，该系统可以使机组在较低的背压下运行，较之
7、直接空冷系统适应不同风向大风的能力要高。缺点是系统中需进行两次表面式换热（汽水，水空气），全厂热效率低，冷季必须注意散热器的防冻。,1 空冷系统介绍,1.3 国内外空冷技术的发展空冷技术早在上世纪30年代末即应用于火力发电厂，1938年在德国北部玻特罗波地区投运了一台1.5MW直接空冷汽轮机组。50年代，匈牙利海勒教授提出采用混合式凝汽器和铝制散热器的间接空冷系统，英国的拉格莱电厂在一台120MW机组上投运了这种海勒式间接空冷系统。随着空冷技术的发展，又相继出现了应用表面式凝汽器和钢制散热器的间接空冷系统。1977年在南非的格鲁特夫莱投产了一台200MW电站配表面式凝汽器及自然通风冷却塔。19
8、78年美国怀俄明州Wyodak电厂的一台365MW直接空冷机组投入运行，并经过了-40严冬和+45高温的考验。国外投运的600MW等级的空冷汽轮机组多数在南非，例如：Matimba电厂6x665MW直接空冷机组，Kendal电厂6686MW表面式凝汽器间接空冷机组，Majuba电厂3665MW直接空冷机组。,1 空冷系统介绍,1.3 国内外空冷技术的发展国内空冷技术研究工作开始于60年代，1966年在哈尔滨工业大学试验电站的50kW机组上首次进行了直接空冷系统的试验，1967年在山西侯马电厂1.5MW机组上进行了直接空冷系统的工业性试验，80年代庆阳石化总厂自备电站3MW机组的直接空冷系统投运
9、。国内大型空冷机组应用于80年代末期，1987年、1988年在山西大同第二发电厂投产两台200MW国产空冷机组，引进匈牙利海勒式间接空冷系统；1993年内蒙丰镇电厂投产4200MW空冷机组，采用海勒式间接空冷系统；1993年、1994年在山西太原第二热电厂投产两台200MW国产空冷机组，采用哈蒙间接空冷系统。,1 空冷系统介绍,1.3 国内外空冷技术的发展,1 空冷系统介绍,1.3 国内外空冷技术的发展,1 空冷系统介绍,1.3 国内外空冷技术的发展,1 空冷系统介绍,1.3 国内外空冷技术的发展,1 空冷系统介绍,1.3 国内外空冷技术的发展,1 空冷系统介绍,1.3 国内外空冷技术的发展,
10、1 空冷系统介绍,1.3 国内外空冷技术的发展,1 空冷系统介绍,1.4 间接空冷烟塔合一的技术发展二十世纪七十年代始，国际上发电厂的烟气排放的环保要求日益提高，由于烟囱排放防腐要求中需要采用烟气换热器（GGH）增加了电厂的投资和运行成本，而且增大了电厂的检修维护的困难。从而出现了利用冷却塔排烟的烟塔合一技术。除湿式冷却塔，间接空冷塔也开始采用烟塔合一技术。其基本原理在于利用冷却塔中的热能来提升烟气的排放高度。从而使烟气排放扩散范围更广，扩散高度更高。因而采用烟塔合一技术排放烟气是技术革新的主要方向之一。,1 空冷系统介绍,1.4 间接空冷烟塔合一的技术发展,1 空冷系统介绍,1.4 间接空冷
11、烟塔合一的技术发展,1 空冷系统介绍,1.4 间接空冷烟塔合一的技术发展,1 空冷系统介绍,1.4 间接空冷烟塔合一的技术发展,1 空冷系统介绍,1.4 间接空冷烟塔合一的技术发展,1 空冷系统介绍,1.4 间接空冷烟塔合一的技术发展,1 空冷系统介绍,1.4 间接空冷烟塔合一的技术发展采用烟塔合一，可以将锅炉的烟气通过空冷塔排出。与常规的烟囱相比较具有以下优点：1）降低了地面污染物的浓度；2）节约了烟囱的投资；3）将脱硫也放置在空冷塔内，烟气脱硫装置可不需要再热器；4）空冷塔采用烟塔合一，排出空气通流量大、湿度小；5）提高了能源使用效率。从国内外投运的空冷电站来看，直接空冷系统、哈蒙系统、海
12、勒系统及SCAl系统都有300MW级以上机组的运行实践。而且在国外两台机组共用一座空冷塔以及烟囱包括脱硫装置均布置在空冷塔内的设计和运行均有成功的经验。,1 空冷系统介绍,1.5 我公司的烟塔合一工程的应用情况,2 直接、间接空冷及烟塔合一选型比较,2.1 概述2.1.1 项目概况本期建设规模：2600MW空冷纯凝机组；规划容量：2600MW空冷纯凝机组+2600MW空冷纯凝机组，留扩建可能。本工程位于北方缺水地区，机组选型确定采用空冷机组，同时需经技术经济比较，以确定采用直接空冷或间接空冷方式。2.1.2 气象条件年平均气温：7.1年平均气压：89.01kPa年平均相对湿度：54%极端最高气
13、温：37.9（1961.06.10）极端最低气温：-32.4（1957.02.09）30a一遇最低气温:-32.550a一遇10m高10min平均最大风速:25.2m/s,2 直接、间接空冷及烟塔合一选型比较,2.2 基础资料2.2.1 经济分析参数标准煤价：450元/吨（根据同类电厂、同等煤质假定）成本电价（暂定）：0.2元/kWh经济运行年限：20年年利用小时数：5500投资利润率：10维修费用率：2.5征地费用（暂定）：8万元/亩,2 直接、间接空冷及烟塔合一选型比较,2.3 直接、间接空冷技术经济比较本次直接空冷和间接空冷均按汽动泵方式考虑，为降低耗水指标，汽动泵的冷却采用间接空冷的方
14、案，本报告根据该原则进行技术经济比较。2.3.1 直接空冷系统主要设计参数设计气温：15设计背压：13kPa夏季满发气温：31(全年154小时不满发)汽轮机满发背压：30.0kPa设计初始温差（ITD值）：32空冷凝汽器迎面风速：2.2m/s空冷凝汽器总散热面积：1500000m2空冷凝汽器基本单元：56个空冷风机直径：9.14m空冷风机数量：56,2 直接、间接空冷及烟塔合一选型比较,2.3 直接、间接空冷技术经济比较2.3.2 汽动给水泵小汽轮机机械通风间接空冷主要参数冷却方式：机力通风；散热器形式：铝管铝翅片；散热器三角组数：48组；散热器高度：12 m；风机台数：6台；风机直径：975
15、4mm；风机配电机功率：160kW；占地面积：69.9 m16.42 m；最高冷却水出水温度：38（大气温度31）；温差：10；,2 直接、间接空冷及烟塔合一选型比较,2.3 直接、间接空冷技术经济比较2.3.3间接空冷主要设计参数设计气温：15汽轮机设计背压：12kPa汽轮机夏季满发背压：28kPa夏季满发气温：31（不满发小时数：154h）空冷散热器形式：铝管铝翅片散热器冷却三角数：190组散热器总散热面积：约1700000m2空冷塔座数：1座空冷塔总高：约150m空冷塔直径：约 155m,2 直接、间接空冷及烟塔合一选型比较,2.3 直接、间接空冷技术经济比较2.3.4 直接、间接空冷技
16、术特性比较,2 直接、间接空冷及烟塔合一选型比较,2.3 直接、间接空冷技术经济比较2.3.4 直接、间接空冷技术特性比较,2 直接、间接空冷及烟塔合一选型比较,2.3 直接、间接空冷技术经济比较2.3.4 直接、间接空冷技术特性比较,2 直接、间接空冷及烟塔合一选型比较,2.3 直接、间接空冷技术经济比较2.3.4 直接、间接空冷技术特性比较,2 直接、间接空冷及烟塔合一选型比较,2.3 直接、间接空冷技术经济比较2.3.4 直接、间接空冷技术特性比较,2 直接、间接空冷及烟塔合一选型比较,2.3 直接、间接空冷技术经济比较2.3.5 系统主要设计参数比较,2 直接、间接空冷及烟塔合一选型比
17、较,2.3 直接、间接空冷技术经济比较2.3.6 直接、间接空冷的经济性比较两种空冷系统的设计背压相差1kPa，考虑到直接空冷受外界风的影响较大，认为两种空冷系统年运行背压应大于1kPa，根据我公司以往数值模拟计算的经验，认为发电标准煤耗间接空冷系统较直接空冷系统低约4g/kWh。经济比较参数：1.投资收益率为10，维修折旧费用率为2.5；2.成本电价按照200元/MW.h计；标准煤价按450元/t计；年满发小时数按5500小时计；3.间接空冷系统占地较直接空冷系统多出4.9公顷，每亩地价为8万元；4.直接空冷系统一台机56台风机全部风机电耗约6160kW，小机间冷风机电耗约960kW；5.间
18、接空冷系统一台机需3台功率为2000kW的循环水泵。,2 直接、间接空冷及烟塔合一选型比较,2.3 直接、间接空冷技术经济比较2.3.6 直接、间接空冷的经济性比较,2 直接、间接空冷及烟塔合一选型比较,2.3 直接、间接空冷技术经济比较2.3.7 间冷塔+烟囱和烟塔合一经济性比较,2 直接、间接空冷及烟塔合一选型比较,2.3 直接、间接空冷技术经济比较2.3.9 综合比较从年固定投资费用上看，间接空冷系统较直冷的投资高，主要原因在于其设备投资及占地有所增加。间接空冷烟塔合一方案和间冷塔+烟囱方案在循环冷却系统及发电性能上差别不大，但烟塔合一节约了烟囱的投资及脱硫吸收塔和烟囱的占地。从年运行成
19、本来看间接空冷烟塔合一系统具有优越性，主要原因在于以下三个方面：（1）间接空冷系统主要的耗功在于循环水泵的耗功，两台机组的循环水泵耗功率大约为12000kW，而直接空冷机组耗功主要在于风机的耗功，一台机按56台风机考虑，同时小机间冷风机耗电功率为960kW，两台机耗电功率大约为13280kW，所以发电成本按200元/MWh计算，直接空冷系统年耗电费用比间接空冷机组多约140.8万元。,2 直接、间接空冷及烟塔合一选型比较,2.3 直接、间接空冷技术经济比较2.3.9 综合比较（2）从运行背压来看，间接空冷机组的年平均运行背压至少比直接空冷机组低约2kPa，相应节约标煤约4g/kW.h，则在发电
20、量相同的情况下，间接空冷机组每年可节约标煤24000吨（按年满发5500小时计），每吨标煤按450元计算，每年可节约1080万元，则20年经济运行年限内成本比直接空冷低21600万元。（3）从占地和年固定投资费用上看，间冷烟塔合一方案节约了烟囱以及脱硫系统吸收塔的占地，其可比投资比间冷塔+烟囱方案节约了约2015.8万元。,2 直接、间接空冷及烟塔合一选型比较,2.4 结论直接空冷系统和间接空冷系统是目前缺水地区电厂常用的两种冷却方式，这两种冷却方式的选择需根据工程实际进行选择，以达到投资合理，运行安全经济。1）考虑气象状况因素的影响直接空冷系统对大风的敏感性要高于间接空冷系统，尤其是炉后来风
21、对直接空冷系统的影响更为严重，热风回流率高，而且在夏季机组来不及调负荷的情况下容易造成机组跳闸。而间接空冷系统通过调节空冷塔进风口的百叶窗，可以减少大风对空冷系统的影响，夏季防范热风的能力强于直接空冷。故对于夏季大风持续时间长，且高频率风风向多变的地区，若选择直接空冷，对机组运行的安全性和经济性不利，这种情况下宜选择间接空冷系统。但直接空冷系统的防冻性能优于间接空冷系统，根据本工程冬季气象条件，采用间接空冷在采取一定防冻措施后是可行的。,2 直接、间接空冷及烟塔合一选型比较,2.4 结论2）根据厂址占地情况选择对于600MW机组，采取一机一塔方案，两台机组，两台机间接空冷比直接空冷平台多占地4.9公顷左右。故在场地有限，地价较高的情况下选择直接空冷系统较有利。3）根据技术经济性比较确定对于本工程来说，土地面积相对充裕；本工程所处地区冬季气温可以建设间接空冷机组；通过技术经济性比较（详见本研究报告的表2.5-1），间接空冷系统的年总费用低于直接空冷机组，而且随着煤价的上涨，这一趋势会更加明显，也就是说间接空冷系统的优越性会进一步发挥。故对于本工程采用间接空冷系统是合理的。进一步考虑节省投资和占地，在环境影响评价允许的情况下，采用间接空冷烟塔合一是适宜的。,谢谢大家!,
