1、神華國能寧夏煤電有限公司 #2 機組直接空冷系統增設尖峰冷卻裝置工程可 行 性 研 究 報 生 告2014 年 9 月 101、 目的和意義神華國能寧夏煤電有限公司鴛鴦湖電廠一期工程建成投產2 X600MW直接空冷機組。為提高汽輪機排汽冷卻效果，在 #1 機組直接空冷系統增加了尖峰冷卻裝置，并已投入運營，效果良好。根據鴛鴦湖電廠技改規劃，擬在#2 機組直接空冷系統增設尖峰冷卻裝置，滿足系統運行需要。尖峰冷卻裝置在機組原有排汽管道引接汽輪機乏汽到蒸發式凝汽器， 冷卻水經過供水系統均勻噴淋在蒸發式凝汽器的冷卻管束表面， 利用冷卻水的蒸發潛熱吸收汽輪機乏汽攜帶的熱量使汽輪機乏汽進行冷凝， 凝結水沿管

2、道回收到汽輪機排汽裝置， 蒸發式凝汽器中不凝結氣體由抽真空系統排出以維持凝汽器內部一定的負壓。系統設備控制納入機組DCS 系統進行遠方啟停控制，設置配電間給凝汽器的冷卻風機、 冷卻水泵以及其它設備進行供電。 蒸發式凝汽器運行方式為夏季尖峰時段運行。目前我國火電廠汽輪機排汽冷卻主要采用水冷系統和空冷卻系統。 采用直接空冷系統存在機組夏季不能滿發， 冬季翅片換熱管凍結， 運行背壓高， 耗電量大等問題。 采用水冷系統存在水資源浪費嚴重， 冬季防凍困難， 循環水泵功率大等問題。作為電力系統耗水耗能大戶的冷卻系統， 研發節能節水安全可靠提高機組發電效率的冷卻系統對實現國家“節能減排”目標是十分緊迫和非常

3、必要的。復合型空冷乏汽凝結技術是一種“風”冷和“蒸發”冷相結合的凝結技術。直接空冷技術在電站乏汽冷凝上的應用在國內外均取得較好的節水效果，但其夏季“滿發”，冬季防凍，運行背壓高，耗電量大燈問題無法有效解決。蒸發式乏汽凝結技術換熱機理先進、換熱效果好、效率高，具有節電、節水和運行費用低等特點。蒸發式乏汽凝結技術節水效果良好，適合在水資源短缺、氣候干燥地區使用。國外成功的應用實例說明 , 蒸發式乏汽凝結技術用在火電廠冷卻系統中是可行的。復合型空冷乏汽凝結裝置具有先進的顯熱+ 潛熱換熱機理、通過合理配置直接空冷與蒸發式冷卻單元， 充分發揮了直接空冷不耗水、 蒸發冷節水、 背壓低等各自優點，可有效提高

4、機組出力、降低能耗；利用復合型空冷乏汽凝結技術可綜合直接空冷和蒸發式冷凝的優點， 有效地解決直接空冷和水冷在乏汽凝結中的各自不足。復合型空冷乏汽凝結技術可以對現有直接空冷機組運行中的夏季機組運行背壓高， 機組出力下降等問題有效解決， 該成果可以對現有直接空冷機組進行改造提高機組夏季出力， 降低機組運行背壓。 也可以在新建項目中直接采用復合型空冷乏汽凝結裝置，達到提高機組出力，降低運行背壓，提高系統防凍能力，減少用電量之目的。采用復合型空冷乏汽凝結裝置， 夏季溫度超過30， 排汽背壓降低510kPa，煤耗降低2%；上，機組出力提高15%與直接空冷相比，投資成本下降1015%, 節能潛力巨大。2、

5、 國內外研究水平綜述電力乏汽凝結最先采用的冷卻介質主要是工業直流冷卻水及工業循環冷卻水。但由于冷卻水不達標造成系統換熱設備及管道結垢、腐蝕嚴重等問題嚴重，且燃料資源豐富水資源缺少地區， 工業直流冷卻水及工業循環冷卻水系統并不適用，逐漸被節約用水、更新的冷卻系統空冷系統所代替。1939 年德國 GEA 公司首先提出電廠直接空冷的設想。上世紀 50 年代匈牙利發展了混合式凝氣器的間接空冷系統（海勒系統）。而后在70 年代，表面式凝汽器的間接空冷系統和直接空冷系統也得到了較大的發展。近幾年來， 空冷技術在國外得到了迅速發展并日趨成熟。當今世界上空冷機組最大的單機容量為665MW（馬丁巴電站，直接空冷

6、），686MW（肯達爾電站，間接空冷），657MW（馬尤巴電站，直接空冷）。我國對空冷技術的研究始于上世紀60 年代中期，但是發展一直比較緩慢。直到 1988 年，山西大同第二發電廠引進了匈牙利海勒式間接發電冷卻系統，才使我國的空冷發電技術進入一個新的階段。近幾年， 國內在電站直接空冷系統有一定的研究， 主要是以哈空調和雙良為主的五、六個廠家，哈空調在2000 以后開始涉足電站直接空冷系統，江蘇雙良于 2006 年開始涉足該領域，技術較國內同類廠家先進，均處在引進、消化、吸收階段，核心技術仍由國外掌握，市場份額的70%以上由國外公司占有。用空冷代替水冷理論上可以解決用水量過大問題。 但直接空冷

7、也有一些嚴重缺陷， 其中之一是冷源的溫度變化問題。 直接空冷冷源為空氣， 冬夏溫差特別大，可達50C-70C,大大地限制了直接空冷的使用范圍。在高寒下會結冰凍裂換熱管，此外，在我國華中和華南地區，夏季的日最高溫度可達40 以上，這對于冷卻溫差小的冷卻系統來說，直接空冷系統很難滿足要求。蒸發式冷凝主要利用水蒸發吸收潛熱進行換熱， 是一種高效節能環保的換熱設備， 由于其傳熱效率高、 節能、 環保、 結構緊湊等優點， 20 世紀 80 年代中期，我國開始從國外引進蒸發式冷凝器技術， 經十數年發展應用， 現今在制冷裝置和石油化工等行業有廣泛的應用。進入 21 世紀，國外蒸發式冷凝器在電廠冷卻系統得以應

8、用，并具備一定的規模，而國內在2008 年前蒸發式冷凝在國內電廠冷卻系統使用幾乎是空白。蒸發式凝汽方式與傳統水冷卻系統和空氣冷卻系統相比， 在節電節水環保等方面都有較大的優勢。加拿大“TransAlta ”能源公司的75 MW 聯合發電系統,采用美國巴爾的摩公司生產的 V 型蒸發式乏汽凝結器滿足全年運行條件1 。美國馬薩諸塞州 MassPower240MW 燃氣 - 蒸汽聯合循環機組采用蒸發式凝汽系統，汽輪機排汽量300t/h ,夏季干球溫度36 C,排汽壓力9.48kPa,低于水冷系統排汽壓力 2。國內方面， 由于蒸發式冷卻方式較國外發展慢，尤其在電力系統采用蒸發式冷卻， 2008 年后在自

9、備電廠開始應用。河北文安縣6MW 自備電廠機組采用蒸發式凝汽方式，用水量較水冷降低40%以上，經夏季高溫和冬季防凍考驗，機組運行良好，節水、節能效果顯著。山東濰坊 55MW 自備電廠機組采用蒸發式凝汽方式，經調試運行，用水量較水冷降低40 50%，機組運行平穩可靠。國外 1987 德國阿爾巴赫- 戴齊紹發電廠465MW 機組采用空冷系統與水冷系統并聯冷卻方式，與水冷相比，節水20%。 3洛陽隆華傳熱科技股份有限公司采用蒸發式凝汽系統做為尖峰冷卻裝置的空冷系統對直接空冷系統進行改造， 已在自備電廠成功運行， 并得到山西電科院的檢測， 效果極佳。 可使原直接空冷系統夏季機組運行背壓降低515kPa

10、 ， 機組出力提高1020%。【 1 】 Baltimore Aircoil Company. IPC steam condenser serves Canadian combined - cycle cogen facility R . PROJECT REPORT ( PRJ41 /98) , 1998.【2】 Basile, F, Johnson, G H. Wet surface air cooled steam condensers and auxiliary water cooler at mass power J . ASME Power,1995, 27: 43 - 46.【3

11、】王佩璋，火電機組的干濕聯合冷卻方式.J河北電力技術，1995,3:11-16.3、 項目的理論和實踐依據1 .技術原理采用直接空冷與蒸發式凝汽聯合運行方式，春、秋冬季節，僅直接空冷運行即可滿足機組運行要求，夏季高溫時，從直接空冷系統中分流一部分蒸汽，通過蒸發式凝汽器直接將汽輪機排汽冷凝為凝結水。2 . 研究理論蒸發式凝汽技術蒸發式凝汽器以潛熱換熱為主體換熱方式，通過換熱管束表面水膜蒸發冷凝管內蒸汽， 1kg 水蒸發帶走的熱量是1kg 溫升 10帶走熱量的 60 倍，換熱效率高。蒸發式凝汽器可將蒸汽在較低溫度冷凝，夏高溫時采用尖峰冷卻裝置可降低空冷機組運行背壓515kPa,降低發電煤耗616

12、gce/kWh ,提高發電效率。蒸發式凝汽工作原理汽輪機排汽由蒸汽進口進入換熱模塊管內冷凝放熱；管外噴淋水吸收管內蒸汽冷凝放熱蒸發變成水蒸氣，在風機的作用下排到大氣中；未蒸發的水份經收水器作用下落到水箱中循環使用；凝結水經管道匯集于凝結水箱；不凝性氣體由抽真空裝置排出。3 .項目研究的關鍵技術1. 電力復合型空冷乏汽凝結裝置設計計算軟件開發；2. 大直徑薄壁負壓排汽管道的優化設計；3. 系統運行參數的優化設計；4. 系統低溫防凍技術；5. 系統防腐除結垢技術；6. 蒸發式凝汽器高效水分配及熱交換系統；7. 蒸發式凝汽器風機、泵循環單元的控制和優化；8. 60 萬機組采用復合型乏汽凝結裝置應用推

13、廣及實驗研究四、 項目研究內容和實施方案項目研究包括：復合型空冷乏汽凝結裝置優化配置研究，直接空冷排汽管道 和蒸發式凝汽排汽管道優化設計； 復合型空冷乏汽凝結裝置核心設備研究與開發等。主要研究內容：1. 電力復合型空冷乏汽凝結裝置設計計算軟件開發；2. 翅片管組模塊化結構設計；3. 大直徑薄壁負壓排汽管道的優化設計；4. 系統運行參數的優化設計；5. 系統低溫防凍技術；6. 減小風力影響，降低系統對環境波動對系統運行的影響；7. 系統防腐除結垢技術；8. 蒸發式凝汽器換熱模塊結構研究；9. 蒸發式凝汽器高效水分配及熱交換系統；10. 蒸發式凝汽器風機、泵循環單元的控制和優化；11. 十兆瓦級大型熱態空冷試驗系統；12. 系統實驗驗證和可靠性技術。13. 60 萬機組采用復合型乏汽凝結裝置應用推廣及實驗研究理論研究步驟如下：1根據現運行蒸發式凝汽裝置，測試研究蒸發式凝汽器運行工況及節水、節能效果，優化配置蒸發式凝汽器水分配系統，風系統。 （實驗地點：用戶，國能與制造廠共同完成）2. 建立工廠實驗裝置，優化蒸發式凝汽器結構和運行參數。 （實驗地點：制造廠，制造廠商完成）3. 對 60 萬機組改造項目采用復合型空冷乏汽凝