直接空冷机组冷端系统节能措施及优化运行Word格式文档下载.docx
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（3）设备选型：
采用FQN（Z）-15500换热装置。
（4）项目水源：
主要水源为工业循环冷却水，补充水源为电厂再生水。
2技术方案的确定
对于空冷机组而言，降低蒸汽终参数是提高机组热经济性的有效方法之一，也是保证其安全运行的有效途径。
之前所述，直接空冷机组对环境流场、温度的变化影响十分敏感，尤其对夏季高温大风天气。
因此，在保证机组安全经济运行，同时降低供电标准煤耗的前提下，增加空冷机组冷端散热能力，便成了保证直接空冷机组迎峰渡夏的有效方。
目前，国内现有的工程实例或理论基础有：
2.1增设喷淋（雾）装置，其特点主要是
a）设备投资成本低，安装简易、快捷，运行维护简单。
b）喷淋（雾）系统热经济性效率不明显，且采用除盐水，运行成本较高，达不到节能目标；
c）喷淋水易造成轴流风机损坏，空冷岛下部空间染污严重，对空冷岛下部主变等设施造成污闪等安全问题。
2.2增加直接空冷系统风机风量
a）通过调整叶片角度或提高风速可以增加风机风量，此为有效快捷的方案之一；
b）提高转速增加至少30%以上的风机消耗功率，导致运行费用激增；
c）调整风机叶片角度易受机械振动的影响，当叶片角度接近临界角度时，振动频率剧增而导致叶片产生裂纹，同时对空冷岛整体结构稳定性构成威胁；
d）另外以现有电机功率及减速机型号限制，此方案实现难度大，另外对抵抗大风影响作用基本无效。
2.3增加散热器面积
增加直接空冷凝汽器面积有两种方式，第一种：
新增一列（与汽机房A列垂直）8个冷却单元。
第二种：
新增一行（与汽机房A列平行）8个冷却单元。
鉴于可利用场地、施工工程量、停机时间的限制，应采用第一种增容方式，其特点主要是：
a）现有空冷系统为保证汽轮机排汽进入每列空冷冷却单元的蒸汽均布，蒸汽分配管设计成对称分布，新增一列空冷冷却单元必然造成蒸汽分配管不对称分布，造成蒸汽进入每列空冷冷却单元时发生偏流现象，偏流部分空冷冷却单元背压高，冬季空冷换热管易冻裂。
b）建筑和安装工程量大，空冷机组配套的抽真空系统（真空泵）因空冷系统容积变化也要相应改变，投资费用增加，造价高。
c）夏季受高温环境影响，换热温差降低，空冷换热系数降低，仅靠增加空冷冷却单元数不能有效解决空冷机组夏季出力受限问题。
d）施工困难，增加空冷冷却单元受场地条件限制，土建、钢结构、管道等施工难度较新建工程难度大。
2.4增加水冷系统，其特点主要是
a）水冷系统由水冷凝汽器、凉水塔、循环水泵、管线、阀门等组成，水冷系统循环管网与原地下管网相互影响，系统复杂，改造施工困难。
b）循环水量大，1kg水升高1℃带走1kcal热量，1kg凝汽放出570kcal热量，假设循环水温升8℃，则冷凝1kg蒸汽需要50～70kg循环水。
c）耗电量大，冷却循环水量大，水泵扬程大（凉水塔所需循环水泵扬程一般为22~26m），造成循环水泵功率大；
凉水水塔风机功率大。
d）耗水量大，采用凉水塔冷却循环水冷凝蒸汽吸热的温升所需补充水量主要由三部分组成：
蒸发损失、风吹损失和排污损失，总耗水量一般为循环水量的2~3%左右。
e）循环水质有一定的要求，如果水质不好，会造成凝汽器管内结垢堵塞，管内结垢清洗比较困难。
f）自动化程度较低，不能跟据环境温度变化调节负荷。
2.5采用FQN（Z）-15500换热装置
本工程主要采用FQN（Z）-15500换热装置增加直接空冷系统迎峰渡夏能力。
该改造工程是在直接空冷凝汽器基础上配置FQN（Z）-15500换热装置，以空冷换热为主，FQN（Z）-15500换热装置为降低背压的优化措施。
分流部分汽轮机排汽，减少空冷凝汽器换热负荷，可将汽轮机排汽压力下降，满足机组夏季出力。
冬、春、秋季节气温较低时，FQN（Z）-15500换热装置可以停用；
夏季气温较高时，直接空冷凝汽器不能满足要求时，投用FQN（Z）-15500换热装置，保证机组满发同时大幅降低发电煤耗，提高机组运行的安全性和经济型。
其特点主要是：
a）节能，FQN（Z）-15500换热装置只有一次换热，它把汽轮机乏汽的热量直接传递给周围空气，而水冷系统为二次换热，多一次换热温差。
FQN（Z）-15500换热装置主要利用水的蒸发潜热换热，其换热效果取决于当地的湿球温度，相对于水冷，冷凝背压更低，因此汽轮机冷凝温度降低，背压低，机组能耗降低，经济性高。
b）FQN（Z）-15500换热装置循环水仅需保证换热管表面布水均匀即可，循环水量仅为水冷循环水量1/5。
FQN（Z）-15500换热装置设备全封闭，在风机作用下形成微负压状态，蒸发温度低潜热大，降低蒸发用水。
FQN（Z）-15500换热装置采用高效收水器，可保证风吹损失在0.01%以下，大大降低风吹损失。
c）节电，FQN（Z）-15500换热装置循环水量小，扬程低，循环水泵功率较水冷系统大大降低。
d）对水质要求较低，能有效利用电厂再生水，减少废水的排放，提高水资源的有效利用。
e）受环境温度场风场影响较小，FQN（Z）-15500换热装置的换热性能取决于环境湿球温度，因此环境干球温度的变化对设备换热性能的影响较弱；
供风系统采用引风式，对低于环境横向风有明显的作用。
f）自动化程度高，能够根据环境温度变化对风机、水泵进行调节，达到节能的效果。
g）运费费用低，占地面积小，安装施工短、操作维护简单可靠。
2.6综合比较
序号
项目
喷淋（雾）
增加空冷面积
湿冷系统
蒸发式凝汽器
1
工艺系统
简单
复杂
2
占地布置
小
大
节省
3
安全性
一般
好
4
冷凝效果
5
节能效果
6
操作费用
高
低
7
施工周期
短
较长
8
停机时间
无
9
投资
少
最大
较少
综上，本项目拟采用FQN（Z）-15500换热装置提高空冷机组冷端散热能力。
3方案的计算及优化
3.1厂址条件
3.1.1基本气象资料
项目
单位
数据
发生时间
平均气压
hPa
901.7
平均气温
℃
6.3
极端最高气温
40.2
1975.7.16
极端最低气温
-34.5
1971.1.22
平均最高气温
14.1
平均最低气温
-0.6
最热月平均气温
24.72
最冷月平均气温
-16.37
平均相对湿度
%
55
最小相对湿度
年平均降水量
mm
301.3
年最大降水量
436.0
1994
年最小降水量
141.9
1980
年平均蒸发量
2016.6
多年最大冻土深度
cm
176
多年最大积雪深度
38
1975.4.10
平均风速
m/s
3.0
50年一遇设计最大风速
28.9
50年一遇设计风压
kN/m2
0.522
多年定时2min最大风速
24
1974.3.10
多年最多雷暴日数
d
46
1960、1980
3.1.2地震
厂址地震动峰值加速度为0.2g，地震动反应谱特征周期为0.35s。
相应地震基本烈度为8度，ACC平台及其支撑结构（乙类建筑）抗震设计烈度应提高1度，按9度采取抗震措施。
3.1.3工程地质
厂址位于河套断陷带南侧，呼包次级断陷西缘正负地质构造单元分界带上。
河套断陷在古老的太古界变质岩基底上，依次沉积了白垩系、第三系和第四系地层，其中第四系主要为河湖相沉积物，最大沉积厚度约200m。
与厂址有关的断裂主要有大青山山前断裂、鄂尔多斯台地北缘断裂和达拉特基底隐伏断裂，大青山山前断裂位于厂址以北，相距约30km，该断裂为一深大发震断裂，全新世以来曾多次发生过7级以上地震；
鄂尔多斯台地北缘断裂北距厂址约10km；
达拉特基底隐伏断裂位于厂址南约1km。
这些断裂对厂址稳定性不构成直接影响。
3.1.3.1气温典型年逐时气温分级统计表
气温分级（℃）
出现小时数（h）
累计小时数（h）
频率（%）
39.9
39
0.00
4.9
5545
0.63
38.9
3.9
189
5734
0.65
37.9
37
2.9
200
5934
0.68
36.9
36
1.9
216
6150
0.70
35.9
35
0.9
196
6346
0.72
34.9
34
-0.1
-1
6535
0.75
33.9
33
10
-1.1
-2
192
6727
0.77
32.9
32
28
-2.1
-3
195
6922
0.79
31.9
31
77
0.01
-3.1
-4
181
7103
0.81
30.9
30
58
135
0.02
-4.1
-5
7238
0.83
29.9
29
105
240
0.03
-5.1
-6
161
7399
0.84
93
333
0.04
-6.1
-7
145
7544
0.86
27.9
27
118
451
0.05
-7.1
-8
7679
0.88
26.9
26
119
570
0.07
-8.1
-9
147
7826
0.89
25.9
25
141
711
0.08
-9.1
-10
115
7941
0.91
24.9
158
869
0.10
-10.1
-11
8060
0.92
23.9
23
203
1072
0.12
-11.1
-12
94
8154
0.93
22.9
22
220
1292
0.15
-12.1
-13
87
8241
0.94
21.9
21
224
1516
0.17
-13.1
-14
62
8303
0.95
20.9
20
261
1777
0.20
-14.1
-15
66
8369
0.96
19.9
19
233
2010
0.23
-15.1
-16
56
8425
18.9
18
258
2268
0.26
-16.1
-17
50
8475
0.97
17.9
17
278
2546
0.29
-17.1
-18
8509
16.9
16
314
2860
0.33
-18.1
-19
40
8549
0.98
15.9
15
264
3124
0.36
-19.1
-20
8599
14.9
14
263
3387
0.39
-20.1
-21
43
8642
0.99
13.9
13
241
3628
0.41
-21.1
-22
8665
12.9
12
210
3838
0.44
-22.1
-23
8691
11.9
11
4027
0.46
-23.1
-24
8719
1.00
10.9
262
4289
0.49
-24.1
-25
8734
9.9
230
4519
0.52
-25.1
-26
8743
8.9
4735
0.54
-26.1
-27
8747
7.9
243
4978
0.57
-27.1
-28
8756
6.9
179
5157
0.59
-28.1
-29
8759
5.9
212
5369
0.61
-29.1
-30
8760
3.2设计条件
3.2.1直接空冷系统性能保证的考核点
在夏季空气干球温度为32℃，不利风向风速5m/s，每台汽轮机的排汽量为1308.395t/h，排汽焓为2523.0kJ/kg时，应保证空冷凝汽器风机在100%额定转速条件下汽轮机排汽口处背压不大于29.5kPa。
在空气干球温度为16℃，每台汽轮机的排汽量为1204.752t/h，排汽焓为2423.7kJ/kg时，应保证汽轮机排汽口处背压为13kPa时，空冷机组全年处于经济运行状态。
3.2.2直接空冷系统各工况主要参数
项目
设计工况
THA
工况
TRL（关键考核点）
TMCR
阻塞
背压
VWO
现场海拔高程
m
1023.0（黄海高程）
环境温度
14.3
4.2
12.8
汽轮机排汽量
kg/s
334.65
363.44
356.77
350.50
371.58
排汽焓
kJ/kg
2423.7
2523.0
2416.4
2394.7
2412.1
汽轮机排汽背压
kPa（a）
29.5
13.2
汽轮机输出功率
MW
600.274
604.088
639.299
645.304
664.295
散热面积
m2
1648476
迎风面风速
2.21
2.16
2.22
2.25
风机直径
9.144
风机台数
台
64
风机消耗功率
kW
4499
4263
4525
4690
4549
汽轮机排热量
741.2
812.7
787.0
777.3
818.1
计算散热量
保证值
KPa
散热量
凝结水温度（凝结水箱出口处）
49.3
67.7
49.5
40.3
49.4
过冷度（带除氧器）
1.8
3.5
直接空冷系统初步性能曲线
说明：
以上初步性能曲线基于设计值绘制而成。
3.3增容改造容量的确定
3.3.1按夏季机组负荷率均在85%作为边界条件1；
3.3.2电厂原水及再生水量作为边界条件2；
3.3.3现场可利用占地作为边界条件3；
3.3.4考虑设计裕量。
3.3.5设计分流排汽量按TRL工况（1308.395t/h）进行计算，计算结果如下：
TRL工况排汽流量t/h
分流排汽量t/h
分流比率
设备数量（台）
1308.395
~18%
3.4增容改造结果计算
3.4.1蒸发式凝汽器运行方式为夏季尖峰时段运行，通过经济性比较及实际运行经验，设备于5、6、7、8、9月（共5月）运行，夏季运行小时数：
5×
30×
24×
5500/7500=2640小时。
根据项目地典型年气温累积频率计算成果表，取环境温度在17℃以上进行汽轮机变工况计算，参考下式：
3.4.2汽轮机变工况计算结果表
改造前（kPa）
改造后（kPa）
32℃排汽背压
37.00
27.58
与改造前背压差
——
9.42
17℃以上加权背压
24.11
17.77
6.34
以上汽轮机原则性热力系统计算均基于设计工况，后修正到实际运行工况，既所有计算过程均考虑热风循环导致的风机进口温度升高，设备使用年限增长而增大的污垢热阻，系统真空严密性的降低等因素对直接空冷系统的影响，并停运喷雾装置。
4工程设想
4.1方案流程简介
本次改造项目主要是在直接空冷系统的基础上配置FQN（Z）-15500型尖峰冷却装置，以直接空冷系统为主要运行方式，尖峰冷却装置为降低背压的优化措施。
由原空冷岛主排汽管道上引接出蒸汽分配管，汽轮机部分排汽经蒸汽分配管道送至尖峰冷却装置进行冷凝，凝结水通过凝结水管道送回至排汽装置热井，尖峰冷却装置设置有抽真空管线，并入原空冷岛抽真空母管（见下图）。
在蒸汽分配管道上设有膨胀节和电动蝶阀，膨胀节用以吸收管道的横向和轴向等位移；
电动蝶阀，在夏季机组运行背压高时，打开阀门使一部分蒸汽流至凝汽器进行冷却，缓解直接空冷散热器的压力，达到降低背压的目的。
春、秋、冬季机组运行背压较低时，关闭阀门，仅直接空冷运行，达到节水节能之目的，同时安装隔离阀方便缺陷消除，确保机组运行安全。
整套项目包含的主辅工程有：
4.2尖
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