我国火力发电厂直接空冷技术发展

2007年11月第8卷第11期电力设备ElectricalEquipmemNOV．2007VOI．8N0．11我国火力发电厂直接空冷技术发展王佩璋(山西省电力勘测设计院，山西省太原市030001)摘要：文章从火电厂直接空冷(ACC)技术的设备、系统及相关工艺三个方面进行了阐述，对南非和我国6OOMw直接空冷技术进行了比较，认为我国火电厂空冷技术的应用有了多项技术进步，如：风机群降噪控制、抽气系统改进、炉内水处理、锅炉补给水处理等。关键词：发电厂；直接空冷；噪声；节水；水处理中图分类号：TK264．10引言全球火电厂空冷技术已步入第4个发展阶段(2001～2010)，即以大机组直接空冷(下称ACC)为主。我国属于资源型严重缺水的国家，水资源已成为制约经济发展的主要瓶颈。2007年8月2日国务院下发(国办发[2007]53号)《节能发电调度 办法 鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载企业年金办法下载企业年金办法下载 (试行)》，“按照节能、经济的原则，优先调度可再全发电资源，按机组能耗和污染物排放水平由低到高顺序，依次调用化石类发电资源，最大限度地减少能源、资源消耗和污染物排放。”以改进以往按固定的发电功率的调度方式，这将有利于ACC机组的投运。我国从2003年起在北方富煤缺水地区，陆续应用ACC技术，据不完全统计已投产和在建的火电ACC机组装机容量约达6000万kW。1南非ACC技术的应用南非于1987～1992年连续建成装机容量为6X665MW(近4GW)全球最大的亚临界ACC燃煤电厂(下称M厂)。厂址处于热带草原性气候(炎热干燥)，气温极值为一2～45℃，全年温差仅有47oC。1．1设备选型(1)ACC汽轮机。是德国MAN公司生产，设计背压Pc=17．9kPa(气温t=18℃)，满发最高背压=32．6kPa(气温f：=32℃)，当环境气温t≥32．1℃时开始减负荷。由于受凝结水精处理树脂耐温限制，曾出现过只可带500Mw负荷。该机组跳闸背压为60MPa，曾在1992年热季发生过炉后来风(风速>6In／s)，发生强热回流迫使1号机与6号机跳闸停机的事故。该机组的阻塞背压P血=11．5kPa，汽轮机末级叶片高度为662mill，其单位环形排汽面积下的功率N=38．78MW／m。(2)汽轮机乏汽直接由2条DN5000mm特大直径排汽管引出，没有排汽装置。(3)空冷散热器。采用德国GEA公司的双排管管型，全钢制热浸锌的椭圆芯管套，矩形有绕流小孔翅片的翅片管束。按折算成600Mw时散热表面积约为102mX104m，单容为F=1．6993m／kW。主、辅散热面积之比为7：1。(4)空冷风机群。由于选取的迎面风速较高(推算为3．15-n／s)，则所配单台风机的功率大，使单台风机的风量多、全压高、转速快。虽所需风机台数有所减少，但相对噪声也大。M厂每台665MwACC机组，配用48台．14m，固定转速为115~／min空冷风机。其风量为681．75m／(s·台)，静压为145Pa，电机功率为270kW／台，全部为12960kW。当时还没有对厂界噪声进行限制，故M厂属于高噪声、高耗能的设计技术。在M厂现场零米地面测试噪声为95dB(A)，每台665MwACC机组空冷风机群最大功率达12960kW，占机组额定容量的1．95％。(5)抽真空设备。采用蒸汽抽气器，2台主抽气器(1运1备)，2台起动抽气器(1运1备)。1．2运行指标平均供电煤耗b=359g／(kW·h)，装机取水量=0．085m／(s·GW)，全厂实施废水零排放，空冷岛占地面积为9．20m／MW，空冷风机最大厂用电量为19．49kW／~(偏大)，距150m处厂界声压级噪声远大于55dB(A)(明显不合格)。总之，南非ACC技术属于低耗水、零排放、少占地、中等煤耗、高噪声、高耗能的时代之 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 技术。2我国ACC技术的发展2．1ACC设备2．1．1国产ACC汽轮机分类国产ACC汽轮机按照我国北方气候寒冷的特点，笔者提出分为高寒(一36℃以下)、中寒(一30℃左维普资讯http://www.cqvip.com新成果与技术应用王佩璋：我国火力发电厂直接空冷技术发展53右)、低寒(一20℃左右)三种类型的ACC汽轮机。例如：高寒类型的汽轮机有哈尔滨汽轮机厂(下称哈汽)的600Mw机组，末叶高度H=680mm、N=29．53MW／m；中寒类型的汽轮机有东方汽轮机厂的(下称东汽)的600Mw级机组，末叶高度H=645mm，N。=31．92MW／m；低寒类型的汽轮机有上海汽轮机厂(下称上汽)的600Mw级机组，末叶高度H=655mm，N=33．86MW／m，哈汽的600Mw级机组，末叶高度=620mm，N。=33．19MW／m。ACC汽轮机跳闸背压宜选用上汽、东汽的80kPa为好，哈汽的65kPa尚可，但都高于M厂的60kPa，提高了机组运行的安全性。阻塞背压在6～7．8kPa，远远小于M厂11．5kPa，故我国的600MwACC机组的值要大些。2．1．2空冷散热器我国600Mw级ACC机组采用的空冷散热器型式有多种：①内蒙古通辽电厂采用国产双排管管型的散热器，其散热表面积为F=165．3X10m；②山西武乡电厂为德国与比利时联合的SPX公司张家口厂制造的三排管型散热器，其值为138X10m；③大同电厂采用德国GEA公司进口单排管型散热器，其F=153．2X10m；④内蒙古上都电厂采用德国与比利时联合SPX公司天津厂制造的单排管型散热器，其F，=153．2X10m；⑤国产单排管型散热器，不同管型的管束迎面风速与传热系数曲线如图1所示。不同管型的管束迎面风速与空气侧阻力曲线如图2所示。主委／一煎鎏-一一，／’_●l_●100150200250300350400迎风面风速／m·S0耋蒂图1不同管型的管束迎面风速与传热系数曲线／／／、／一／／‘一二二一_一：=氰季r管)1．00150200250300350400迎面风速／m-S_l图2不同管型的管束迎面风速与空气侧阻力曲线由图1、图2可知：单排管型传热系数K值比较平缓，当管束迎面风速从2．0rn／s升到2．5rn／s时，其K值提高不足5％，而空气侧阻力(图2中P曲线)却增加了28％；三排管型具有较高的值和较低的尸1值，武乡电厂600Mw空冷机组选用三排管型的空冷散热器；双排管型虽有稍高值，但其P值却较高。由此可知，各种管型差异导致了600Mw空冷机组，其散热表面积的不同。国产单排扁管蒸汽冷却翅片管如图3所示。其换热性能当风速为2m／s时，其传热系数K值为35．35W／(m2·K)J，风阻不详。笔者认为在我国高寒、中寒地区尽量选用单排管型散热器(因比国外造价可降低10％)，在低寒地区可考虑三排管型散热器(因其性能优、散热面积少)。图3单排蒸汽冷却翅片管2．1．3空冷风机群我国600MwACC机组采用空冷风机群有：山东威海的豪顿华公司生产的低噪声宽叶片ELF型4,9．14m、4,9．754mN-机、超低噪声宽叶片ELFA型4,9．754m、4,1o．363m风机；意大利Cofimeo公司生产的．14m、4,9．754m风机；国产保定的降噪型(中宽叶型)、低噪型(宽厚叶型)4,9．14m风机和正研制的前掠叶型超低噪型(即超静音型)空冷风机，已完成相关试验。2．1．4抽真空设备我国ACC的抽真空设备，全部采用大型水环式真空泵，而没有采用需配备单独汽源，耗用蒸汽系统复杂的射汽抽气器。2．2ACC系统2．2．1行业设计规范由国家发改委发布的电力行业 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 DL／T5339—2oo6~力发电厂水工设计规范》已于2006年10月1日实施，其中针对空冷系统设计共有5条：①通过优化计算确定最佳空冷型式，设计气温，汽轮机设计背压和空冷散热器面积；②基本设计参数的规定；③间接空冷系统的布置规定；④直接空冷系统的布置规定；⑤空冷系统设备的选择。这样，我国针对空冷系统的设计工作，有了统一规定和依据。维普资讯http://www.cqvip.com电力设备第8卷第l1期2．2．2汽轮机回热系统300Mw亚I缶界湿冷机组的回热系级为8级，采用ACC系统后改为7级(3高、1除、3低)，取消了1级低压加热器，既降低机组热耗约17kJ／(kW·h)，又节约投资约200万元。2．2．3空冷凝汽器性能考核评价方法的补充ACC系统的性能考核评价方法除了必须考核换能力、风机耗能水平之外，还应对传热系数作为补充，这样较为全面。2．2．4治理600MWACC机组真空漏点内蒙古上都电厂历时半年陆续查找了65个漏点，经采用涂抹洗涤液和刮胡液等土方法并结合氦气、超声波找漏等先进技术设施，使真空系统实际运行所能达到的满发背压由33kPa降至冬季运行最低背压9kPa，低于设计背压13．7kPa。这样全年可节约燃煤费有约1428万元。2．2．5抽气系统的改进(1)取消了抽空气管道，以滤汽阀代替开关式球阀。一则减少阻力；二则解决冬季汽轮机背压弊升和逆流区冻结的困扰。(2)建议采用变频调速真空泵，该泵转速用进出逆流区的汽(气)温差At来控制。当环境气温t>2℃时，At取5℃以减少抽气带汽量；当t≤2℃时，At取3℃以防止逆流区冻结。2．3MC技术的发展2．3．1ACC汽轮机铭牌功率Ⅳ的标定我国近几年投运的ACC机组的功率仍沿用湿冷机组功率，ACC机组的铭牌功率ⅣⅢ的标定工作还没有开展。随着我国空冷技术的发展，ⅣⅢ标定应提到日程。空冷机组的功率宜按TMCR工况(最大连续工况)作为空冷系统的计算工况。因其TMCR工况的排汽热负荷要比THA(热耗率验收)工况高6％～7％，同时TMCR工况也反映了机组的全年经济性。以TMCR工况为基础，通过测算出全年平均等效功率，定义为空冷机组的铭牌功率Ⅳm。另一种是以VWO(阀门全开)工况流量对应机组背压为35kPa(最高运行背压)作为校核条件，以额定进汽流量所发出的功率为Ⅳm值。2．3．2空冷风机与风机群的噪声控制技术以单个风机的声压级噪声在70dB(A)以下，风机群在厂界150m处声压级噪声在55dB(A)以下为控噪基准。(1)降低单机噪声技术。①降低空冷风机叶轮转速，l，使叶尖线速度控制在30～33．5m／s，具有良好的降噪效果。例如对叶轮直径为4,9．14m风机，折算出，l；63～70r／min，一般认为，l=65r／min满足要求。②增加叶片数目、缩小叶轮直径、增大实度、调大叶片安装角度都可取得降噪效果。③采用“前掠叶形”的超静音型风机可比低噪声风机降噪5～6dB(A)，造价稍贵(9．75IT!超静音型空冷风机每台造价约为1500万元)。J。(2)降低风机群噪声技术。①适当降低迎面风速V，增加管束散热表面积F，，从而降低了风量、全压、进而降低噪声。例如：内蒙古托克托电厂的2×600MwACC机组，采用GEA公司单排管管型散热器，选用约为1．68m／s，致使Ff=183．8×10IT!，而每台600Mw机组配56台．14m空冷风机，其电动机功率仅90kW／台，全部最大功率J7v为5040kW，仅占机组额定功率的0．84％，比同容量湿冷机组的循环水泵电机功率所需6000kW还要少些。但Ff太大，所付代价昂贵，一般不予推广。如果选用SPX公司张家口厂制造的三排管管型散热器，情况截然不同，既可大幅度减少F；值，又能获得合理的略少的风机电机所耗功率J7、，，⋯。②在特大的排汽管道内装设消声器降噪。③在空冷岛平台上设挡风墙和每台风机设分隔墙构成“封闭小问”以降低环境噪声。2．3．3深度节水技术(1)目前，我国ACC燃煤电厂装机取水量平均值为0．15IT!／(s·GW)。以漳山电厂2×300MwACC机组为例，在相关系统的工艺与一般情况相同的条件下，=0．084IT!／(s·GW)，达到先进水平，其2×300MwACC燃煤电厂水量平衡图如图4所示(图中单位为IT!／h)J。蒸发、风吹水损；：2887I辅机的冷却塔2860厂、卜—————芎兰兰r—；：—————————1——1■—砸匦圃_斗]亟巫豳illII匝巫II2．~0L毒L森而匾图42×300MWACC燃煤电厂水量平衡图(2)主要指标及评价。全厂耗水指标为0．084m／(s·GW)，低于规定空冷机组单机容量为300MW及以上的电厂不大于0．20IT!／(8-GW)的指标，仅为湿冷机组单机容量为300MW及以上的电厂指标(不大于0．8In／(s·GW))的1O．5％，节水率约达90％。全厂凝结水补水率为1．7％，略高于规定的单机容量3O0MW及以上机组补水率应小于1．5％的指标。原因是维普资讯http://www.cqvip.com新成果与技术应用王佩璋：我国火力发电厂直接空冷技术发展55部分暖汽用疏水因水质不合格而未回收，待水质合格后才回收。通过水量平衡试验，基本摸清了机组投产后的供水、用水和耗水量情况。试验结果表明：①试验期间，全厂新鲜水总量为182m／h，低于设计指标309m／h。②试验期间，全厂耗水指标为0．084m／(8·GW)，低于规定指标0．20m／(8·GW)，低于设计指标0．143m／(8·cw)。(腻验期问，补水率为1．7％，略高于规定指标1．5％。需加强对暖汽疏水的回收，降低补水率。④投产后的水量平衡与设计的水量平衡基本一致，设计是合理的。⑤采用直接空冷技术可大幅度节zk(全厂性节水率达90％)，推广空冷技术是节水的重要措施。⑥全厂供水水源分两路，生产供水由库水经邻近电厂直流供水的回水供应152m／h，生活供水由当地自来水公司供应30m／h。2．3．4风环境对空冷岛的影响数值分析不同风向、风速下空冷凝汽器冷风吸入量的比较见表1J。表1不同风向、风速下空冷凝汽器冷风吸入量的比较不同风速下进入空冷岛的平均入口风温与换热能力见表2[。表2不同风速下进入空冷岛的平均入口风温与换热能力炉后风(北风)侧面风(西风)空冷岛进风口(南风)设计工况3534．53433l430l300l275l1503433．253332l605l6o0l505l4503230．530．53O．5l8lOl800l700l65O303030301675167516751675对表2进行分析：随着风速的升高，空冷岛人口风温的增值有所减少。在同一风向下，换热能力随风速升高而迅速下降。在不同风向时，空冷岛进风口来风时，换热能力最好，侧面风次之，炉后风最差。在环境风速12m／s以下时，空冷岛进风口来风可使ACC系统换热能力基本能够满足30℃、30kPa的设计要求，保证机组满负荷度夏。3～12m．／s的侧面风和炉后风，使ACC系统换热能力小于机组排热量，将导致汽轮机背压升高，严重时，将引起机组掉闸停机。炉后风不同风速与ACC汽轮机背压预报见表3。由表3分析：当环境风速达12m／s时，汽轮机背压P接近国产汽轮机跳闸背压65kPa，若为80kPa将增加运行安全性。对跳闸背压65kPa的机组可提前预报，即早降负荷运行。表3炉后风不同风速与ACC汽轮机背压预报2．3．5中水作为ACC电厂锅炉补给水的处理技术大同发电有限 责任 安全质量包保责任状安全管理目标责任状8安全事故责任追究制幼儿园安全责任状占有损害赔偿请求权 公司2×600MwACC燃煤电厂全部用水量为895m／h，全部由城市中水供应。其中，140m／h用于冲灰，755m／h经超滤后可产水681m／h，566m／h作为辅机冷却的补充水，其余115m／h为锅炉补给水。锅炉补给水的深度处理技术：反渗透一一级除盐和混床一除盐水箱一泵一进锅炉。ACC电厂发电用水首次全部采用城市中水作水源，不仅运行费用低(0．6m)，还可减少外排城市污水，使污水资源化；同时，间接节约城市地下水和地表水，具有明显的社会、环保、经济效益。2．3．6ACC汽包炉机组的炉水、给水处理新技术(1)ACC汽包炉机组的水质特点。①凝结水含盐量低且稳定；②凝结水温度高。(2)炉内水处理。宜采用氢氧化钠(NaOH)，其优点是：①炉水NaOH工况下所形成的保护膜强度高、致密而坚固，炉本体铁含量降低；②NaOH中和CO的能力比氨强，而且加药量比氨小的多；③NaOH工况有修复疏松和不完整的保护膜作用，出现点蚀后对蚀点的修复能力也强。(3)锅炉给水处理。宜采用氧化性处理方式，该技术解决了现有ACC汽包炉机组原采用的还原性处理方式所造成的运行中凝结水溶氧严重超标，含铁量较高，精处理运行周期短和热力系统受热面铁垢沉积率大等缺陷，从而为亚临界和超临界ACC汽包炉机提供了电站锅炉给水处理新经验。3结语(1)我国ACC技术是在北方富煤缺水、气候寒冷、全年温差大、昼夜温差也大、风多、风速较大、风沙多的地区应用并发展起来的。ACC机组单机容量不断增大，总容量可达6000万kW，将成为全球空冷大国。(2)我国在ACC工程实践中，积累了自己特有的经验，在ACC技术进步有：①将国产空冷汽轮机进行维普资讯http://www.cqvip.com电力设备第8卷第11期分类；②空冷散热器类型多样，并且已国产化；③提高[6]了空冷风机降噪性能；④抽真空设备选用真空泵并对其抽气系统有所改进；⑤空冷系统设计有了统一规【7J范、空冷汽轮机铭牌功率开始标定；⑥锅炉补给水开始使用中水并经深度处理后回用，ACC机组装机取水量仅为0．084m／(s-GW)达到国际先进水平；⑦研究并提出风环境对空冷岛影响的数值；⑧提出了ACC电厂汽包炉的炉水、给水处理的新方法等15项。⋯LyJ4参考文献[1]王佩璋．空冷技术在火力发电上的应用与发展[J]．电站辅机，[1O]2006(1)：32—38．[2]车作文．空冷凝汽器单排扁管的研制[J]．发电设备，2006，20(4)：262—263．[3]张新海．电站空冷系统设计参数的确定[c]．第四届空冷专委会论文集．杭州，2007．[4]徐传海，直接空冷凝汽器抽气系统的优化设计[c]．第二届全国火电空冷机组技术交流论文集．包头：中国电力企业联合会科技服务中心，2006．[5]王佩璋．2×600MW火电逾百台空冷风机群噪声及其控制技术[J]．山西电力勘测设计，2004(4)：23—28谢玉明．直接空冷机组的水平衡及结果分析[c]．火力发电节水技术研讨会报告集．青岛：中国电机工程学会，2006．赵永辉等5人，风环境对直接空冷凝汽器运行不良影响的数值模拟分析[c]．火力发电节水技术研讨会报告集．青岛：中国电机工程学会，2006．赵弦等5人，风环境对直接空冷系统换热性能影响的数值分析[c]．火力发电节水技术研讨会报告集．青岛：中国电机工程学会，2006、李永生等4人．采用直接空冷和中水利用技术建设节水性火电厂[c]．火力发电节水技术研讨会报告集．青岛：中国电机工程学会，2006．郝晋堂，直接空冷机组化学问题分析和优化建议[c]．火力发电节水技术研讨会报告集．青岛：中国电机工程学会，2006，收稿日期：2007—07一10作者简介：王佩璋(1932一)，男，高级工程师，山西省电力行业协会电站工程专家。长期从事火电厂节水、节水型火电空冷技术的设计、研究、应用和不定期教学工作。发表科技论文200余篇、专著3部。(责任编辑张晓燕)DevelopmentofDirectAirCoolingTechnologyofThermalPowerPlantsinChinaWANGPei-zhang(Shan~iProvinceElectricSurvey&DesignInstitute，Taiyuan030001，China)Abstract：Thearticleexpoundsthedirectaircoolingtechniqueofthermalpowerplantsintermsofequipment，systemmdrelevaattechnologythreeaspects．andcaoutthecomparisonofdirectaircoolingtechniquesof6OOMWunitsinsouthAfricaandinChina,holdsthattherearemanytechnicaladvancesintheapplicationofaircoolingtechniquesofthermalpowerplantinChina,forexample，noisereducingcontroloffansgroup，improvementofairextractionsystem，boilerwatertreatment，andfeedwatertre缸n1entgte．Keywords：thermalpowerplant；aircoolingtechnique；noise；water-saving；watertreatment·综合信息·三峡工程25号机组开始充水调试运行三峡工程右岸电站25号机组日前开始进行充水调试。这是三峡右岸第5台进入投产序列的机组，也是三峡电站第19台即将投运的70万kW机组。25号机组由哈尔滨电机厂有限责任公司独立设计、制造，由中国葛洲坝集团三峡机电安装项目部负责安装与调试，公用系统的安装与调试由中国水电八局负责。25号机组安装与调试工作于2006年11月21日正式开始，至2007年10月24日，无水联合调试的有关工作全部完成。各方联合检查与试验情况表明，25号机组已完成的水轮机及调速系统、发电机及励磁系统、主变压器及封闭母线、机组自动控制设备、机组辅助设备等各分项工程的安装，质量满足 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 、设备制造厂家及相关标准的要求；公用系统设备安装与调试满足充水试运行要求；机组充水试运行的各项检查和准备工作全面完成；运行管理单位的组织措施、技术措施和安全措施已经到位。三峡右岸电站机组启动验收委员会经过审查后认为，25号机组充水调试前的各项准备工作比较充分，具备了充水调试的条件，批准25号机组于2007年10月25日9时开始充水调试运行，经过数天调试检测后将正式投产。维普资讯http://www.cqvip.com