直接空冷机组汽动给水泵冷却技术研究.pdf

第 6 期 ( 总第 1 3 0 期 ) No 6 ( S UM No 1 3 0) 机 械 管 理 开 发 MECHANI CAL MANAGE MENT AND DE VEL OP ME NT 2 01 2年 1 2月 De c 2O1 2 直接空冷机组汽动给水泵冷却技术研究 毛新静 ( 山西省 电力勘测设计 院，山西太原0 3 0 0 0 1 ) 摘要 ： 讨论 了国内火力发 电厂直接空冷机组汽动给水泵冷却方案， 从 系统特性、 投资费用、 换热效率三个方面进 行分析 比较 ， 对空冷给水泵汽轮机 的调试及调节等进行分析 、 论证 ， 提 出了确保机 组安全稳 定运行 的措施 。 关键词 ： 直接 空冷 ； 间接 空冷 ； 换 热效率 中图分类号 ： T M6 2 1 9 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 3 7 7 3 X ( 2 0 1 2 ) O 6 0 0 5 9 0 2 0引 言 对 于采用直接空冷的机组 ， 因其背压高 ， 且受外部 条件的影响变化幅度大， 区别于常规湿冷机组 ， 目前国 内已经投运和订货的直接空冷机组 中， 汽动给水泵 主 要采用 以下三种冷却方案 ： 汽动泵湿冷方案 、 汽动泵简 冷方案 、 汽动泵直冷方案 。 近年来 由于主机采用直接 空冷 ， 给水泵采用汽泵 直冷方案( 即给水泵 汽轮机和主汽轮机采用相同的空 冷方案) 具有系统简单、 耗水量小、 初投资省等特点， 受 到各大发电公司的高度关注 。 1 汽动给水泵主要冷却方案 1 1 汽 动 泵湿 冷方案 的技 术特 点 汽动泵小机 自带凝汽器 ， 小机冷却系统为冷却塔 的湿冷方式 ( 以下简称湿冷 ) ， 给水泵汽轮机独立设置 一 套湿冷系统 ， 包括油系统 、 双汽源供汽系统 、 凝结水 系统及抽真空系统等u 】 ： 1 )小机的供汽系统 。小机 的备用蒸汽来 自低温 再热蒸汽 ， 正常运行蒸汽来 自四段抽汽 ， 与湿冷机组 相同。 2 )小机 的凝 汽冷却 系统 。每 台机组配置 2台小 机， 各设一台凝汽器， 凝汽器循环冷却水通过水工冷却 水塔循环冷却。 3 ) 抽真空系统 。由于主机与小机排汽背压不同， 主机额定 背压 1 5 k P a ， 且 随外界环境温度 的变化而改 变 ， 小机额定背压 7 k P a 。抽真空系统无法合并 ， 因此 小机凝汽器需单独设置抽真空系统 ， 1 台机组配置 2 台 水环真空泵 。 4 ) 凝结水 、 疏水系统。因主机与小机排汽背压不 同 ， 小机凝结水经小机凝结水泵排至主机排汽装置下 的凝结水箱。小机疏水至主机疏水扩容器。 5 ) 胶球 清洗装置 ， 2台小机共设 1 套 。汽动泵湿 冷方式小机 自成系统 ， 可靠性高 ， 大唐托克托和运城电 厂均采用 了该方案 ， 目前运行 良好。但有以下缺点 ： ( 1 ) 空冷机组( 主机 ) 在夏季主机背压 2 0 k P a ， 凝 结 水温度 6 0时 ， 化学精处理 装置不 能投入运 行 时 ， 此 时小机凝汽器若发生泄漏 ， 将会对超临界机组造 成危害 ， 所 以， 凝汽器应选用不锈钢管材 ， 管壁适当加 厚 ， 以减少泄漏的几率 ， 并应加强泄漏监测。 ( 2 )汽动泵湿冷方案设 备多 ， 系统 复杂 ， 初投资 大 ， 可以水工冷却水塔占地面积较大。 ( 3 ) 汽动泵湿冷方案存在蒸发 、 排污损失 ， 耗水量 大。水耗约 0 1 4 0 1 6 m 3 S G W， 不满足空冷机组 的限 制用水指标 ( 0 1 2 m s G W) ， 与空冷机组节水理念有所 背离 ， 不符合 国家 目前提倡的“ 节能减排” 政策要求。 1 2 汽动泵间接空冷方案的技术特点 汽动泵间接空冷方式 ( 以下简称 问冷 ) ， 给水泵汽 轮机设置一套独立系统 ， 同汽动泵湿冷方案 ， 不 同之处 是用带散热器的空冷塔代替湿冷塔 ， 用除盐水代替循 环水， 取消胶球清洗装置系统， 用密闭式循环冷却水系 统代替敞开式循环冷却水系统， 没有蒸发损失-z 。目 前华能铜川电厂一期工程 ( 2 6 0 0 MW) 采用该方案 ， 已 投产运行 。但空冷塔 占地面积大( 铜川 电厂空冷塔底 部直径 7 6 m) ， 全厂有三种冷却方式 ， 主机采用直接空 冷 ， 给水泵汽轮机采用间接空冷 ， 辅机冷却采用机力通 风塔冷却系统， 设备多， 系统复杂， 初投资大， 且问冷系 统为两次表面式换热( 凝汽器和空冷塔) ， 使全厂热效 率有所降低。 间冷系统庞大， 散热器管内介质为水 ， 因水流分配 存在不均匀性 、 各受热面处风速不 同等 因素 ， 比直接空 冷散热器 ( 管内为蒸汽 ) 其冬季 防冻更不利 。系统 庞 大， 也同时易发生漏水等问题 。 铜川电厂一期工程全厂有三种冷却方式 ， 造成现 场施工 时地下水管道布置复杂 ， 有个别地下直埋水管 道可达到五层布置 。 1 3 汽动泵直接空冷方案的技术特点 汽动泵直接空冷方式 ( 以下简称直冷) ， 给水泵及 小机系统与汽动泵湿冷方案相同 ， 小机排汽直接至主 机排汽装置 ， 同主机排汽混合后至主机空冷散热器 ， 因 此不需要设凝汽冷却系统 、 独立的抽真空系统 、 凝结水 系统等 。本方式系统简单 ， 初投资省 ， 又节水 ， 但有 如 下几个方面问题需要探讨 ： 1 )主机 背压在 74 0 k P a 之 间变化 ( T HA工况 为 收稿 日期 ： 2 0 1 2 - 0 9 0 4 作者简 介：毛新静( 1 9 8 1 一 ) ， 女 ， 河北石家庄人 ， 工程师 ， 硕士 ， 研究方 向： 电力设计 、 热工及其 自动化 。E ma i l ： mx j s x e d c o m C i l 5 9 第 6 期( 总第 1 3 0 期 ) 机 械 管 理 开 发 1 5 k P a ) ， 报警背压为5 0 k P a ， 停机背压为 6 0 k P a 。因小 机排汽至主机排汽装置 ， 因此小机应为高背压机组 ， 其 对背压的适应能力必须大于主机的背压变化范围。 2 ) 因背压提高 ， 相 比湿冷机组 的小机 ， 其汽缸通 流能力和进汽量加大 。汽轮机厂需要根据空冷机组 的 热力数据 ， 重新进行给水泵汽轮机设计 ， 以满足空冷机 组的变工况要求。 3 ) 在冬季寒冷天气进行小机调试时 ， 因蒸汽流量 小 ， 空冷岛存在防冻问题 。 4 ) 在不利大风引起主机甩负荷后 ， 小机也易一起 停运 ， 2台小机停运后 ， 锅炉会随之灭火停炉。 5 ) 汽动泵直接空冷方式排汽直接至主机排汽装 置 ， 排汽量增大 ， 空冷凝汽器面积需重新进行核算 。一 般小机排汽量约为主机排汽量的6 6 5 ， 即空冷面 积s D I1 约 6 6 5 ， 投资费用增加约 4 。 2汽动泵三种冷却方案比较 2 1 三种 冷 却方 式 的换 热 效率 从 换热效 率来说 ， 自带凝汽器 的湿冷为蒸汽一 水 的表面换 热和水一 空气 的混合 换热 。混合换 热无端 差 ， 淋水盘设计合理 ， 换热效率最高 ； 蒸 汽一 水 的表 面 换热热效率次之 ， 所 以， 湿冷换热效率最高。 间冷是汽 一水表面换热 和水 一空气表面换热 ， 是 两级表面换热 ， 换热效率最低 。 直冷为直排至排汽装置 ， 空冷散热器 为蒸汽一 空 气 换热 ， 一 次表面 换 热 ， 换 热效率 介 于湿冷 于问 冷 之 间 。 2 2 三种冷却方式的初投 资差 以汽动泵直冷方式为基准 ， 见表 1 表 1 三种冷却方式 的初投 资差 机组容量 汽动泵湿冷方式 万元 汽动泵间冷方式 万元 汽动泵直冷方式 2 x 3 0 0MW l 4 0 0 3 5 o o 基 准 初投资因受 主机 、 小机 、 给水泵 、 冷却系统 的配置 、 地价 、 工程地质 、 环境条件 、 电气配电 、 变压器等多因素 影响， 以上初投资 比较数值仅为参考 ， 各工程应具体 比 较确定。 2 3 三种冷却方式年 费用比较 对给水泵不同驱动方式的完整的经济评价 ， 不仅 要考虑不同驱动方式的投资费用、 年运行费用， 还应考 虑设 备的折 旧费 、 大修费 以及 资金 的时间价值规律 等 。在此 ， 采用 了最小年费用法对不同驱动方案的经 济性进行比较。所谓最小费用法是将总费用按资金的 时间价值规律折算到某基准年( 通常指项 目完T年) 后 再平均分摊到项 目经济运行期的各年 ， 从而得到各方 案的年费用 ， 取年费用最小者为最佳方案。见表2 表2 2 x 3 0 0 MW 机组 2年、 1 5 年 、 2 0年 总估算年费用差 汽动泵湿 汽动泵间冷 汽 动泵 f I 序号 项 目 冷方式， 万元 方式， 万元 冷方式 万庀 1 2 年时总估算年 费用差 8 7 2 3 2 1 2 基 准 2 1 5年时总估算年 费用差 3 l 8 7 9 8 基准 3 2 O 年时总估算 年费用差 2 9 9 7 l 7 基准 以上经济比较计算 ， 为理论计算 ， 只能是一种趋势 仅为参考 ， 与机组全年的运行负荷率有密切关系 ， 各 一 程应具体比较确定。 2 4 三 种冷却 方 式综合 比较 汽动泵湿冷方式 ， 系统可靠性较好 ， 已有运 7,1 k 绩 ， 系统较复杂 ， 初投资稍高， 主要问题是耗水量大 ， 水 耗约0 1 40 1 6 m s G W， 不满足空冷机组的限制用水 指标 。 汽动泵间冷方式 ， 系统复杂 ， 初投资大 ， 并存存冬 季防冻等问题 ， 不是理想的方案。 汽动泵直接空冷方式 ， 系统简单 ， 初投资少 ， 总 算年费用最小 ， 并可满足0 1 2 n l s ； G W的水耗指标 ， 是 理想的方案。 3结论 文中就直接空冷机组汽动泵直接空冷方式几个敏 感问题 ： 直接空冷机组给水泵汽轮机的背压范同， 环境 温度 、 风速 、 风向变化对机组的影响 ， 不利大风甩负荷 ， 空冷给水泵汽轮机的调试及调节等进行分析 、 论证 ， 并 提出确保机组安全稳定运行的措施。 参考文献 1 中华人民共和国国家经济贸易委员会 D L T 5 4 2 8 -2 0 0 9 火力 发 电厂热工保 护系统设 计技 术规定 S 1 北京： 巾 电 力出版社， 2 0 0 9 ： 1 0 1 3 【 2 】 中华人民共和国国家经济贸易委员会 D L q 8 3 4 -2 0 0 3 火 力发 电厂 汽轮机 防进水 和冷蒸 汽导则f s 1 北京： 中 同电力 出版社 ， 2 0 0 3 ： 8 - 1 0 【 3 】 胡念苏 汽轮机设备及系统 M 北京： 巾 电力 j 版补 ， 2 0 0 6： 5 4 - 5 7 S t u d y f o r Di r e c t Ai r - c o o l e d S y s t e m for Tu r b o - f e e d P u mp i n P o we r Pl a n t MAO X i n - j i n g ( S h a n x i E l e c t r i c a l P o w e r E x p l o r a t i o n &D e s i g n I n s t i t u t e ， T a i y u a n 0 3 0 0 0 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n t r o d u c e d t h e me t h o d s f o r d i r e c t a i r c o o l e d s y s t e m f o r t u r b o - f e e d p u mp i n p o w e r p l a n t ， a n a l y z e t h e p r i o r i t y a n d d e me r i t ， c o mp a r P t h e s y s t e m c h a r a c t e r ， h e a t e x c h a n g e e ffi c i e n c y ， i n v e s t me n t c o s t i n t u r b o - f e e d p u mp a i r - c o o l e d s y s t e m。p r o p o s e a n o p t i ma l d e s i g n f i ) r s a t e t y a n d e c o n o mi c a l o p e r a t i o n for p l a n t Ke y wo r ds ： d i r e c t a i r - c o o l e d s y s t e m； i n d i r e c t a i r c o o l e d s y s t e m； h e a t e x c h a n g e e ffic i e n c y 6 0