火电厂设计技术规程中直接空冷条文解读.pdf

皇 塑 夔 塑堡 喜燕窒 墨 妻 逮上 匪 圃 E 量叵 一 火 电厂设计 技 术规 直接 空冷条文解 王佩 璋(山西省电力勘测设计院，山西 太原0 3 0 0 0 1)中 摘要：文中对现行 火力发电厂设计技术规程(D L S O 0 02 0 0 0)中。相关直接空冷技术 l 5条条文，用近几年(2 0 0 3 2 0 0 5年)实践成果进行逐条分析解读，以丰富该规程内容。关键词：火力发电厂；直接空冷技术；条文解读 中图分类号：T M 6 2 1 文献标识码：B 文章编号：1 6 7 1-9 9 1 3(2 0 0 6)o l-0 0 6 0-0 6 Co n c e r n i n g Ex p l a n a t i o n o f S t r i p e o f Di r e c t Ai r-Co o l i n g i n Te c h n i c a l Co d e f o r De s i g n i n g Fo s s i l Fue l Po we r Pl a n t W ANG P e i z ha n g (S h a n x i E l e c t r i c S u r v e y&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 t h a v e 1 5 a r t i c l e s a b o u t a i r c o o l i n g t e c h n o l o g y i n (DI _ 5 0 0 0 2 0 0 0)，e v e r y a r t i c l e i s e x p l a i n e d b y t h r f r u i t s o f p r a c t i c e i n r e c e n t y e a r s，i n 0 r d e r t o p l u m p t h e c o n t e n t o f r e g u l a t i o n Ke y wo r d s：f o s s i l f u e l p o w e r p l a n t s：d i r e c t a i r c o o l i n g t e c h n o l o gy；e x p l a n a t i o n o f s t r i p e 2 0 0 3 2 0 0 5年是我 国大 型火电直接空冷机 组投运发电的年份。预计到 2 0 1 0年将兴建 3 0 多台 6 0 0 MW 级直接空冷机组，以形成空冷 电站 群规模。众所周知，火力发 电厂设计技术规程(下 称大火规)是在2 0 0 0年时修订的。那时国内大 型直接空冷机组尚属空白。直到2 0 0 3年投运了 2 0 0 M W级供热直接空冷机组；2 0 0 4年投运了 3 0 0 MW 级 直 接 空 冷 机 组 和 2 0 0 5 年 投 运 了 6 0 0 MW 级直接空冷机组。至此对大火规相关直 接空冷技术的条文，既加深认识、深刻理解，又可完善其内容，使我国特点更加鲜明。按大火规(D L S 0 0 0-2 0 0 0)相关直接空冷技 术的条文，共有 1 5条，现解读如下。1 选 厂方面 4 0 1 1条文 在靠近煤源且其他建厂条件均 良好而水资 源匮乏的地区，经综合技术经济比较认为合理 时，可考虑采用空冷式冷却系统。(1)条文说明 在我国东北、西北、华北地区，煤炭蕴藏量 丰富，但矿区附近大多缺水，若要建设矿口发电 厂，必须采用节水措施。空气冷却汽轮机冷端的 空冷机组比常规湿冷机组可节水 6 5 以上。收稿 日期：2 0 0 5 一 l 1-2 8 作者简介：王佩璋(1 9 3 2 一)，男，河北怀来人，高级工程师。山西省电力行协 电站1 二 程专家。长期从事火电节水与火电空 冷技术的设计研究，发表科技论文百余篇、专著3部。6 O 电力勘测设计 2 )年fj 2 月 嚣 剃 程 读 维普资讯 http:/ E 圃 暖 重龋 皇 燕 塑堡 直 燕窒 萋烹 孽 (2)解读 文中可节水 6 5 系指全厂性节水率，该 值 系 2 0 0 M W 机 组 的 实 践 经 验 数 据。对 于 3 0 0 MW 机组为 8 0 ，6 0 0 MW 机组为 7 5 ，所 以规定 6 5 以上。据笔者2 5年实践体会，空冷机组在选厂 方面关键是燃用当地低热值煤而且其标准煤价 要低廉。这样，才能使全年多耗燃煤费用被全 年节约水费用所平衡。严重缺电的富煤贫水地区，因急需电源 必然要选用 节水 型空冷燃 煤机组。近 3年来，华北富煤贫水地区，新增装机容量约 5 G W 直接 空冷燃煤机组就是事实。条文中要求经综合技术经济比较认为合 理时，可考虑空冷机组，将随着时间推移、国 家实力的增强，有所改变。这里边有个对煤、水资源的认识看法问题。我国是个以煤炭资源 为主的能源国家，其中燃煤发电(煤电)约占 全部电源的7 0，而且在2 l 世纪前叶仍不会改 变这种电力能源结构的煤电为主的比例。水资 源却不回，我 国是一个严 重缺水 的国家，水 资 源短缺已经成为制约经济社会发展的主要因素。按 目前的正常需要和不超采地下水 时，全国年 缺水总量约为4 0 0 亿 n l。全国现有6 6 8座城市，约有 4 0 0座缺水。火力发电行业是个用水、耗水(取水)、排 水大户，被列入 5个高用水行业之首，仅次于 农业灌溉的国民经济第二大用水大户。我国的 电力装机容量于 2 0 0 4年 5月已跨入 4亿 w 台 阶，居全球第二位，进入世界电力生产与消费 大国行列。在这样的情况下，在火电用水思路 上要从过去受技术条件制约转化为水资源条件 和环境保护条件制约上来，从战略和全局高度 来认识我 国的水资源问题的极 端重要性和紧迫 性。千方百计地把火电 水量最多的空冷技术，在富煤缺水、煤价低廉的坑口且寒冷地区，推 广开来。2 厂 区规划 5 2 2条文 对采用直接空冷系统的空冷机组，确定主 厂房朝向时应考虑到夏季盛行风向对空冷凝汽 器散热影响。(1)条文说明 直接空冷系统 的空冷凝 汽器一般布置在汽 机房 A列柱外侧场地上。空冷凝汽器一般顺汽 机房纵向排列，其冷却效果受风向和主厂房挡 风的气流影响很大，尤其是夏季气温高的时候。因此，设计时应充分考虑主厂房的朝向问题，使空冷凝汽器在夏季能较好地散热。2)解读 常规火电厂的主厂房定位，过去一直是 由输煤专业的输煤皮带走向所控制。直接空冷 电厂则不然，必须根据空冷专 业 的空冷凝汽器 方位再确定主厂房的定位。空冷凝汽器主进风侧一般系根据当地典 型年 6、7、8月的夏季风速大于 4 m s的小时风 速频率统计资料，出现时间最多的风向，例如 大同云冈热电公司为西北风有 7 7 h，于是该进风 侧为主厂房朝西北向。文中所指的直接空冷系统系采用鼓风式 机械通风的空冷风机群的直接空冷凝汽器系统。空冷岛的布置对厂区规划影响较大，例 如一台6 0 0 M W 空冷岛所需 的空间约 3 6 X 1 0 Ill ，约为同容量常规凝汽器所需空间的 l 2倍，而且必须从四周进风，供应大量新鲜空气，于 是只能把空冷岛布置在汽机房 A列外 的地段上。该地段通常系湿冷 电厂 的电气设 备空间，对 于 空冷电厂，这些电气设备(主变压器、高压厂 用变压器等)只能布置在空冷平台下方的零米 层地 面 匕。3 汽机房布置 3 1 6 6 1条文 对采用直接 空冷方 式的机组宜采 用纵 向顺 序布置。条文说明：直接空冷机组的空冷凝汽器由于散热面积 大、组数多，一般都 布置在 汽机房 A列柱外侧 地段的高平台上且沿主厂房纵向排列，占用主 厂房长度较长，故机组也应采用纵向顺列布置，以适应空冷凝 汽器 的布置需要，同时也便于汽 轮机能引出大直径排汽管道。电力勘测设计 2 删B 年lfj 2 月 第1 剽 6 l 维普资讯 http:/ 皇 楚 摆 搀童 真 堡窒 煎塞 夔上 一 3 2 6 9 5 4条文 装有空冷机组的汽机房 A列柱处应有通向 室外的出人 口。条文说 明：空冷机组的空冷凝汽器和汽轮机运行有密 切联系，所以要求在 A列柱处应有通向室外的 出人口，便于运行人员维护。4 供水系统 l 4 2 1 2条文 采用空冷系统时，对空冷型式及采用的初 始温差值应根据当地气象条件与汽轮机特性等 因素进行优化，以确定空冷型式、设计气温、汽轮机额定背压和装设适量 的散热器。(1)条文说明 在空冷系统设计中引入了初始温差值的概 念。空冷汽轮机的特点之一是其运行背压伴 随 当地环境气温变化而瞬时变化。当进入空冷装 置的排汽背压下饱和温度 t 与进入空冷装 置的 设计空气干球温度(即设计气温)t 之差，称 为初始温差，即I T D=t 一 t。(c c)。I T D的取值与汽轮机的发电量、基建投资 均有关联。因此，应根据当地气象条件、汽轮 机特性等因素优选后确定。I T D值直接影响空 冷系统散热器的数量选择，通过优化还可确定 空冷型式、设计气温和汽轮机额定背压等参数。(2)解读 在直接空冷系统里，优化计算系双变量 关系，即I T D与 都要通过优化计算程序来进 行，以确定汽轮机额定背压 P 和装设散热器管 束片数(即散热表面积 靛)。设计气温 l。的选择笔者在 1 9 8 7年首次提 出4种方法：即6 0 0 O小时法、频率法、加权平 均法和正负气温包围面积抵消法。另有按 1 0 0 负荷气温分布的加权平均值，确定设计气温的。4种方法计算结果较为接近，可酌情选用。直接空冷装置应与汽轮机 T M C R工况相 匹配并应满足其 V WO工况运行要求，同时在当 地最高气温条件下(如l 一=3 6 C时)按 V WO 工况并遇有 1 0 空冷风机台数停运情况下这 时汽轮机的运行背压不应超过报警背压并留出5 1 0 k P a 裕量。空冷机组在夏季炎热期不满发小时数控 制值，笔者于 8 0年代曾提出按 2 0 0 h为宜，已 得到同行认可。空冷机组夏季满发最高背压 p 。与相应气 温 t 是空冷机组的考核工况，这时机组应达到 额定功率。该 p 值的确定需综合考虑汽轮机最 大进汽量、末级叶片变工况特性、凝结水精处 理树脂耐温程度和机组长期寿命等众多因素来 确定。参数表 裹 1 近几年投产的直接空冷燃煤机组与空冷凝汽器系统的参数裹 大同云冈 华能榆社 煤电联营 霍州兆光 华泽铝电 大同发电 大唐托克托 各电厂 参数 漳山电厂 总计 热电公司 电厂 古交电厂 电厂 联营电厂 公司 电厂(到 2 0 0 5年底)机组容量 M W 2 X 2 0 0 2 X 3 0 0 2 X 3 0 0 2 x 3 o 0 2 x 3 0 0 2 x 3 0 0 2 X 6 0 o 2 x 6 0 o 5 8 o万 k W G E A 空冷凝汽器管型 G E A一2 BDT一3 BDT一3 BDT一3 S RC一1 SRC一1 CU XI 设计气温 l I 1 6 1 7 1 6 I 7 1 6 1 6 1 6 I 设计背压P k P a 1 6 1 5 1 6 1 5 l 6 1 6 1 5 满发最高气温I I 3 5 3 2 3 I 3 2 3 3 满发最高背压P。3 73 3 4 3 4 3 2 5 3 5 3 5 3 0 k P a 汽轮机T M C R功率 2 1 3 3 加 3 l 9 3 1 6 3 2 O 3 2 1 6 3 5 MW 初始温差 IT D 3 9 3 3 9 3 8 4 汽轮机单位排汽环 2 95 3 3 4 0 1 3 1 9 2 3 4 0 1 2 9 5 3 2 9 5 3 面积下功 M Wm 6 2 电力勘测设计 2 辜 嚣1 捌 维普资讯 http:/ 皇 进 楚 查 中 _真 蕉窒 鱼塞 孽 大同云冈 华能榆社 煤电联营 霍州兆光 华泽铝电 大同发电 大唐托克托 各电厂 参数 漳山电厂 总计 热电公司 电厂 古交电厂 电厂 联营电厂 公司 电厂(到 2 0 0 5年底)空冷凝汽器 5 l O 8 9 4 约 5 1 0 0 0 0 5 3 5 1 0 8 5 7 3 6 3 8 1 5 3 l 8 4 9 散热表面 2 m 单容散热表面积 m2 k W 2 5 5 5 1 7 0 0 1 7 8 4 1 9 l 2 2 5 5 5 空冷风机台数直径 2 4台 2 5台 2 4台 2 4台 5 6台 l7 9 2 5 m 9 7 5 4 m 7 5 4 m 6 1 o 3 6 3 m 9 1 m 与总功*k W 2l 6 O 3 3 0 0 2 6 4 0 3 l 68 7 3 9 2 空冷岛的平台高度 3 4 3 4 3 4 3 O 3 5 4 0 m 5 冷却塔 1 4 5 2条文 直接空冷系统的空冷凝汽器宜采用机械通 风冷却方式。解读 早在3 O年代末，在德国鲁尔矿区的 1 5 M W 汽轮机在全球首次应用了直接空冷系统并采用 鼓风式机械通风方式进行冷却。该机械通风方 式沿革至今的6 0 0 M W大型空冷机组仍然继续使 用。分析其原因情况如下：直接空冷凝汽器的通风方式有三种，即 鼓风式、引风式机械通风与 自然通风。目前，全球仅有鼓风式机械通风方式。因为这种通风 方式的结构较为简单、操作方便、占地少且能 综合利用空间等优点，都十分突出。经研究，对于6 0 0 M W级直接空冷凝汽器 必须采用鼓风式机械通风，因为 自然通风的空 冷塔尺寸太大，很难在汽机房外地段上找到布 置场地。对于3 0 0 M W级直接空冷凝汽器，同样 宜采用鼓风式机械通风方式。因其配备散热面 积、风机台数以及噪声水平都达到最佳状态。对于2 0 0 M W级直接空冷凝汽器当有条件时，可 考虑 22 0 0 M W 合用一座 自然通风空冷塔方案。其所具备的7 个条件是：电厂场地开阔、在靠近汽机房 A列处有足 够大的地段和空间能够布置两座以上的空冷塔；当地环保对噪声很严格，采用鼓风式机械通风 时降噪措施投资昂贵于 自然通风时；厂址处风 沙大、风沙多；空冷塔址场地土层地耐力良好，不需搞人工地基时；要求当地冬季(t 1 0)漫长、历 时 长 达 5 5 0 0 h以上，春秋 历 时 达 2 5 0 0 h，夏季(t 2 2 o C)短暂、历时约在 8 0 0 h 以下为好；宜采用单排管管束散热器，从理论 上解决防冻问题；必须妥善解决空冷塔进风 口 百叶窗问题。笔者认为，如今 3 0 0 M W 和 6 0 0 M W 级直接 空冷凝汽器虽仍采用鼓风式机械通风方式，但 在风机群体的控制上使用了低电压变频器，能 够瞬时变频调速、控制风量、维持汽轮机合理 背压和发电功率，这在 2 0世纪 3 0年代是无法 比拟的。6 冷却塔 6 1 1 4 5 1 1条文 采用直接空冷系统的机组，空冷凝汽器宜 布置在汽机房 A列外地面平台上，且宜沿汽机 纵向布置，此时，应注意主厂房与夏季主导风 向的关系。(1)条文说明 根据南非发电厂 的布置经验，夏季 主导风 向应顺着主厂房的纵向，这样可以避免空冷凝 汽器 出口热风的回流。(2)解读 顺着主厂房的纵向即垂直于纵向意思。6 2 1 4 5 1 2条文 采用直接空冷系统的机组，散热器下方的 轴流风机及其减速机应设置检修起吊装置和维 修平台。在严寒地区宜增加逆流散热元件比例。在 2 0 0 5年 l 1月召开全 国火 电空冷机组 技术交 流研讨会上，各位专家一致认为当前火电直接 空冷机组 的热点问题是热风 回流 危及机组安全 运行，现正采取措施尚待验证。解读 电力勃i 2!设计 2 D D 0 年 爿 第1 6 3 维普资讯 http:/ 史 堡 蕉 中 真 堡 窒 萋 塞 鲤 孽 上 瞄 嗣 暖 誓 疆 直接空冷凝汽器一般配置 48条配汽 管，而每条配汽管连接着 A字型构架，在构架 的顶端均设有起 吊吊车。还在空冷平 台上设有 风机桥和检修平台。在严寒地区，必须配备足够大的逆流段散 热表面积，作为冬季防冻手段之一。至于顺流段 与逆流段两者散热面积之比例关系，美国沃依达 克空冷电厂(气温极值变幅为 一 4 0 一+4 3 并伴 有强风)约为2：I。其逆流段大致比例约占总散 热面积的2 3 一 3 0，也可按下式计算。主凝汽器所剩余蒸汽量 主凝汽器内冷凝蒸汽量 一 N T U+(e 一 刑 一1)1 2 1 (1一e )3 上式中N T U为传热单元数。一 6 3 l 4 5 1 3条文 当冷却塔噪声超过环保要求时，应采取防 治措施。解读 我国厂界噪声标准采用 工业企业厂界 噪声标准(G B 1 2 3 4 8 9 0)其计量单位用等效 噪声 d B(A)表示，并按 类来划定。火力发电厂多处于 类(适用以居民、商业、工业混杂区及商业 中心 区)及 类(适 用于工 业区)，其厂界噪声标准值见表 2。表 2 工业企业厂界噪声标准摘要(针对火力发电厂)类 别 H,-t间 昼问 6 0 d B(A)6 5 d B(A)夜间(2 2 点 一 晨6点)5 0 d B(A)5 5 d B(A)笔者建议值见表3。表3 在火电空冷风机群体特定台数下。燃煤发电机组 3 0 0 6 o 0 单机容量 M W 单 机台数 台 2 4 6 2 4 6 1 4 m空冷风机 4 8 9 6 1 1 4 1 2 8 2 5 6 3 8 4 群体台数 台 控制单台风机距声源 l m 处的L 值 d B(A)6 4 6 0 5 9 5 9 5 6 5 4 群台风机距 1 5 0 m处 5 5 5 5 约 5 5 5 5 5 5 5 5 的 L 值 d B(A)6 4 电力勘测设计 筝 爿 第1 剃 噪声控制技术 噪声控制技术有以下防治手段：降低风 机噪声；增加管束散热表面积；在粗大的 排汽管道 内装设消声器；采用隔声与消声 措施。目 前，国内直接空冷电厂，实施噪声防治 措施如下：选用高效、大直径叶轮、慢转、低噪声 空冷风机。如 3 0 0 M W 机组普遍选用 2 4台或 2 5 台的 4,9 7 5 4 m叶轮、转速=6 8 2 r mi n，由此 计算出 =3 5 m s 或 2 4台 币 l 0 3 6 3 m叶轮、转 速=5 8 r m i n，=3 2 m s。大致可降低 l 0一 l 5 d B(A)。用增加管束散热表面积，来减少迎风面 风速 进而降低噪声，使其达标。例如大同云 冈热电公司将=2 5 m s 降至 2 0 m s，但散 热表面积却增幅 1 6。每台空冷风机设分隔墙来隔声降噪。在 空冷岛四周设挡风墙(约有 l O m高)并在该挡 风墙内侧喷涂石棉及超细玻璃棉等吸音材料，以达到吸声与隔声效果。7汽轮机设备 1 0 1 7条文 汽轮机调节阀全开时的进汽量宜不小于汽 轮机最大连续出力的进汽量的 1 0 5。(1)条文说明 汽轮机最大连续出力(T M C R)是机组的 保 证 出 力。规 定 汽 轮机 的 调 节 阀 门 全 开(V WO)时 的 进 汽 量 为 T MC R 时 进 汽 量 的 1 0 5 是因为考虑到制造厂在设计和制造中存在 误差及运行老化对汽轮机汽耗 的影响并应 留有 调节裕度。(2)解读 空冷机组机、炉、电容量的匹配原则可 借鉴湿冷机组的经验：汽轮机最大进汽汽量(V WO工况)宜为 T MC R流量 的 1 0 31 0 5 倍；锅炉最大连续蒸发量与汽轮机最大进汽量(V WO工况)相匹配；在额定条件下，发电机 额定出力与汽轮机的T M C R工况相匹配。例如煤电联营的古交 23 0 o M W 空冷电 厂，当汽轮机调节阀全开进汽量 1 0 6 5 t h 是汽轮 维普资讯 http:/ 暖曩 圃暖 重咀 皇 攮 熟 -中 宴蕉窒 墨妻 孽 机 T M C R进汽量为 1 0 0 5 t h 的 1 0 5 倍以上，符 合大火规 D L 5 0 0 0-2 0 0 0要求。又如大同发电公 司的2 X 6 0 0 MW 空冷机组，当汽轮机调节 阀全 开进汽 量 2 0 6 0 t h是 汽轮 机 T MC R 进 汽量 为 1 9 7 6 t，h的1 0 4倍，符合 D L 5 0 0 0-2 0 0 0 要求。8 给水系统与给水泵 1 0 3 7条文 对 3 0 0 M W 及以上容量机组，当采用空冷系 统时，可设置 3台容量各为最大给水量的 5 0 调速电动给水泵。条文说明：空冷机组由于汽轮机背压高、随 气温变化频繁，若采用汽动给水泵，排汽进入主 凝汽器存在小汽轮机运行工况变化频繁和调节复 杂等问题，经济性变差，国内外3 0 0 M W 及以上 空冷机组均采用电动给水泵作为运行给水泵。9 辅机冷却系统 1 0 7 9条文 空冷机组宜设置单独的辅机冷却水系统。当 火电厂同时装有空冷机组和多台湿冷机组时，空 冷机组的辅机冷却水也可取自常规(湿冷)机组。(1)条文说明 采用直接空冷系统时，汽轮机 的排汽在空 冷凝汽器中由环境空气直接冷却，无循环冷却 水，故规定空冷机组辅机宜设置单独的辅机冷 却水系统。当发电厂同时装有空冷机组和多台 常规机组时，由于空冷机组辅机冷却用水相对 于常规机组的循环冷却水量来说，其值很小，故一般可取 自常规机组。(2)解读 单独的辅机冷却系统，既可以采用小型 表面式凝汽器间接空冷系统也可 以采用湿式冷 却塔循环系统。鉴于后者不仅投资少，而且冷 却水温也低，故新电厂常采用小型湿冷塔系统。示例如下：太原第二热 电厂扩建 2 X 2 0 0 M W及续建 1 X 2 0 0 M W 间接空冷机组。其辅 机冷却水利用老厂原有6台机组的循环冷却水，致使 3 X 2 0 0 M W 空冷机组的全厂节水率高达 7 0 (一般仅 6 5)。1 0 水处理 1 1 3 1条文 直 接 空 冷 机 组 的 凝 结 水 宜 采 用 除 铁 及 除 C O 。解读：由于直接空冷系统在停运一段时间 后再启动时或第一次落成启动时，在空冷凝汽 器管束群内表面会产生大量腐蚀产物，故在启 动初期，要求在短时间内将腐蚀产物清除掉，否则，将直接影 响到凝 结水箱处理 装置的运行 周期和出水品质，故需设置机组启动用的除铁 设施。l 1 热控 1 1 1 1 3 3 5条文 空冷机组的空冷系统宜在单元控制室控制。(1)条文说明 由于控制水平的提高，目前已可实现各种 类型的空冷机组的空冷系统控制纳入单元机组 控制系统并在单元控制室控制。(2)解读 这里指的是直接空冷系统。直接空冷系统装置与汽轮机关系较为密 切。当环境干球温度变化时，敏感地反映到汽 轮机的背压变化、功率变化上。为使机组运行 人员能随时掌握空冷凝汽器运行情 况，即时处 理应急措施，故在单元控制室 内控制并与机、电、炉、空形成整套控制体系。1 1 2 1 2 6 6条文 空冷机组的有关热工保护。解读 直接空冷汽轮机的背压随着环境干球温度 变化而频繁变化。为保护机组的安全稳定运行，设置了报警背压线，使该机组既使在当地最高 气温(例如 t =3 6)条件下，也使机组运行 背压小于报警背压并留有 51 0 k P a裕量。电力 设时 2 8 年0 第 剃 6 5 维普资讯 http:/