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1、 2600MW级超临界空冷机组 直接、间接空冷及烟塔合一 北京国电华北电力工程有限公司1 空冷系统介绍 对直接空冷和间接空冷以及间接空冷烟塔合一进行 技术经济比较，以确定本次工程的空冷形式。 直接空冷系统和间接空冷系统在严寒、干旱地区均 有运行案例，两种系统各有优缺，本报告从技术特性、 技术经济性等各方面对其进行比较研究，为业主最终选 型提供参考。 北京国电华北电力工程有限公司1 空冷系统介绍目前国内外电厂采用的空冷形式主要为直接空冷和间接空冷。 1.1 直接空冷系统 直接空冷系统是指汽轮机的排汽直接用空气来冷凝，空气与蒸汽间进行 热交换。所需冷却空气，通常由机械通风方式供应。直接空冷所用的空
2、冷凝 汽器是由外表面镀锌的椭圆形钢管外套翅片的若干个管束组成的。 直接空冷系统的流程如图1所示。汽轮机排汽通过粗大的排汽管道送到室 外的空冷凝汽器内，轴流冷却风机使空气流过散热器外表面，将排汽冷凝成 水，凝结水再经泵送回汽轮机的回热系统。 大型机组的空冷凝汽器通常在紧靠汽机房A列柱外侧，与主厂房平行的 纵向平台上布置若干单元组，其总长度与主厂房长度基本一致。每个单元组 由按一定比例的主凝器和分凝器组成“人”字形排列结构，并在其下部设置多 台大直径轴流风机。 直接空冷系统的特点是设备少，系统简单，防冻性能好，占地少，通过 对风机转速调节或投切风机可灵活调节空气量，基建投资相对较低。不足之 处是对
3、环境风速及风向很敏感，风机群噪声较大，厂用电略高，启动时造成 凝汽系统内真空建立的时间长，冬季运行背压高于间冷。北京国电华北电力工程有限公司1 空冷系统介绍1.1 直接空冷系统北京国电华北电力工程有限公司1 空冷系统介绍1.2 间接空冷系统 1.2.1 带喷射式（混合式）凝汽器的间接空冷系统（以下简称为海勒 系统） 海勒系统如图2所示，主要由喷射式凝汽器和空冷塔构成。系统 中的中性冷却水进入凝汽器直接与汽轮机排汽混合并将其冷凝，受 热后的冷却水绝大部分由冷却水循环泵送至空冷塔散热器，经与空 气对流换热冷却后通过调压水轮机将冷却水再送至喷射式凝汽器进 入下一个循环。受热的循环冷却水的极少部分经凝
4、结水精处理装置 处理后送至汽轮机回热系统。 该系统采用自然通风方式冷却，散热器垂直安装在自然通风冷 却塔外圈。其优点是以微正压的低压水系统运行，凝汽器端差小， 年平均背压低，可以使机组在较低的背压下运行，发电煤耗优于其 它空冷方式，同时较之直接空冷系统适应不同风向大风的能力要高 。缺点是设备多、系统复杂，凝结水精处理系统比较复杂，全铝制 散热器在极端寒冷地区的防冻性能略差。北京国电华北电力工程有限公司1 空冷系统介绍1.2 间接空冷系统1.2.1 带喷射式（混合式）凝汽器的间接空冷系统（以下简称为海勒 系统）北京国电华北电力工程有限公司1 空冷系统介绍1.2 间接空冷系统1.2.1 带喷射式（
5、混合式）凝汽器的间接空冷系统（以下简称为海勒 系统）北京国电华北电力工程有限公司1 空冷系统介绍1.2 间接空冷系统1.2.2 带表面式凝汽器的间接空冷系统（以下简称为哈蒙系统） 哈蒙系统如图3所示。该系统由表面式凝汽器与空冷塔构成。与 常规的湿冷系统基本相仿，不同之处是用表面式对流换热的空冷塔 代替混合式蒸发冷却换热的湿冷塔，通常用不锈钢管凝汽器代替铜 管凝汽器，用除盐水代替循环水，用密闭式循环冷却水系统代替开 式循环冷却水系统。 该系统采用自然通风方式冷却，将散热器水平安装在自然通风冷 却塔中。其优点是节约厂用电，设备少，冷却水系统与汽水系统分 开，两者水质可按各自要求控制，该系统可以使机
6、组在较低的背压 下运行，较之直接空冷系统适应不同风向大风的能力要高。缺点是 空冷塔占地大，基建投资多，系统中需进行两次表面式换热（汽 水，水空气），全厂热效率低，冷季必须注意散热器的防冻。 北京国电华北电力工程有限公司1 空冷系统介绍1.2 间接空冷系统1.2.2 带表面式凝汽器的间接空冷 系统（以下简称为哈蒙系统）北京国电华北电力工程有限公司1 空冷系统介绍1.2 间接空冷系统1.2.3带表面式凝汽器散热器垂直布置的间接空冷系统（以下简称 SCAl系统） SCAl系统为北京国电华北电力工程有限公司的专利技术。 SCAl系统，由表面式凝汽器与空冷塔构成。与常规的湿冷系统基本 相仿，不同之处是用
7、表面式对流换热的空冷塔代替混合式蒸发冷却 换热的湿冷塔，使用铝制散热器，用除盐水代替循环水，用密闭式 循环冷却水系统代替开式循环冷却水系统。 SCAl系统采用自然通风方式冷却，将散热器垂直安装在自然通风冷 却塔中。其优点是节约厂用电，设备少，冷却水系统与汽水系统分 开，两者水质可按各自要求控制，该系统可以使机组在较低的背压 下运行，较之直接空冷系统适应不同风向大风的能力要高。缺点是 系统中需进行两次表面式换热（汽水，水空气），全厂热效率 低，冷季必须注意散热器的防冻。 北京国电华北电力工程有限公司1 空冷系统介绍1.3 国内外空冷技术的发展空冷技术早在上世纪30年代末即应用于火力发电厂，193
8、8年在德国 北部玻特罗波地区投运了一台1.5MW直接空冷汽轮机组。50年代， 匈牙利海勒教授提出采用混合式凝汽器和铝制散热器的间接空冷系 统，英国的拉格莱电厂在一台120MW机组上投运了这种海勒式间接 空冷系统。随着空冷技术的发展，又相继出现了应用表面式凝汽器 和钢制散热器的间接空冷系统。1977年在南非的格鲁特夫莱投产了 一台200MW电站配表面式凝汽器及自然通风冷却塔。1978年美国怀 俄明州Wyodak电厂的一台365MW直接空冷机组投入运行，并经过 了-40严冬和+45高温的考验。国外投运的600MW等级的空冷汽 轮机组多数在南非，例如：Matimba电厂6x665MW直接空冷机组，
9、Kendal电厂6686MW表面式凝汽器间接空冷机组，Majuba电厂 3665MW直接空冷机组。北京国电华北电力工程有限公司1 空冷系统介绍1.3 国内外空冷技术的发展国内空冷技术研究工作开始于60年代，1966年在哈尔滨工业 大学试验电站的50kW机组上首次进行了直接空冷系统的试验 ，1967年在山西侯马电厂1.5MW机组上进行了直接空冷系统 的工业性试验，80年代庆阳石化总厂自备电站3MW机组的直 接空冷系统投运。国内大型空冷机组应用于80年代末期， 1987年、1988年在山西大同第二发电厂投产两台200MW国产 空冷机组，引进匈牙利海勒式间接空冷系统；1993年内蒙丰 镇电厂投产42
10、00MW空冷机组，采用海勒式间接空冷系统； 1993年、1994年在山西太原第二热电厂投产两台200MW国产 空冷机组，采用哈蒙间接空冷系统。北京国电华北电力工程有限公司1 空冷系统介绍1.3 国内外空冷技术的发展北京国电华北电力工程有限公司1 空冷系统介绍1.3 国内外空冷技术的发展北京国电华北电力工程有限公司1 空冷系统介绍1.3 国内外空冷技术的发展北京国电华北电力工程有限公司1 空冷系统介绍1.3 国内外空冷技术的发展北京国电华北电力工程有限公司1 空冷系统介绍1.3 国内外空冷技术的发展北京国电华北电力工程有限公司1 空冷系统介绍1.3 国内外空冷技术的发展北京国电华北电力工程有限公
11、司1 空冷系统介绍1.3 国内外空冷技术的发展北京国电华北电力工程有限公司1 空冷系统介绍1.4 间接空冷烟塔合一的技术发展二十世纪七十年代始，国际上发电厂的 烟气排放的环保要求日益提高，由于烟 囱排放防腐要求中需要采用烟气换热器 （GGH）增加了电厂的投资和运行成本 ，而且增大了电厂的检修维护的困难。 从而出现了利用冷却塔排烟的烟塔合一 技术。除湿式冷却塔，间接空冷塔也开 始采用烟塔合一技术。其基本原理在于 利用冷却塔中的热能来提升烟气的排放 高度。从而使烟气排放扩散范围更广， 扩散高度更高。因而采用烟塔合一技术 排放烟气是技术革新的主要方向之一。北京国电华北电力工程有限公司1 空冷系统介绍
12、1.4 间接空冷烟塔合一的技术发展北京国电华北电力工程有限公司1 空冷系统介绍1.4 间接空冷烟塔合一的技术发展北京国电华北电力工程有限公司1 空冷系统介绍1.4 间接空冷烟塔合一的技术发展北京国电华北电力工程有限公司1 空冷系统介绍1.4 间接空冷烟塔合一的技术发展北京国电华北电力工程有限公司1 空冷系统介绍1.4 间接空冷烟塔合一的技术发展北京国电华北电力工程有限公司1 空冷系统介绍1.4 间接空冷烟塔合一的技术发展北京国电华北电力工程有限公司1 空冷系统介绍1.4 间接空冷烟塔合一的技术发展采用烟塔合一，可以将锅炉的烟气通过空冷塔排出。与常规的烟囱 相比较具有以下优点： 1） 降低了地面
13、污染物的浓度； 2） 节约了烟囱的投资； 3） 将脱硫也放置在空冷塔内，烟气脱硫装置可不需要再热器； 4） 空冷塔采用烟塔合一，排出空气通流量大、湿度小； 5） 提高了能源使用效率。 从国内外投运的空冷电站来看，直接空冷系统、哈蒙系统、海勒系 统及SCAl系统都有300MW级以上机组的运行实践。而且在国外两台 机组共用一座空冷塔以及烟囱包括脱硫装置均布置在空冷塔内的设 计和运行均有成功的经验。北京国电华北电力工程有限公司1 空冷系统介绍1.5 我公司的烟塔合一工程的应用情况北京国电华北电力工程有限公司2 直接、间接空冷及烟塔合一选型比较2.1 概述 2.1.1 项目概况 本期建设规模：2600
14、MW空冷纯凝机组；规划容量：2600MW空 冷纯凝机组+2600MW空冷纯凝机组，留扩建可能。 本工程位于北方缺水地区，机组选型确定采用空冷机组，同时需经 技术经济比较，以确定采用直接空冷或间接空冷方式。 2.1.2 气象条件 年平均气温： 7.1 年平均气压： 89.01kPa 年平均相对湿度： 54% 极端最高气温： 37.9（1961.06.10） 极端最低气温： -32.4（1957.02.09） 30a一遇最低气温: -32.5 50a一遇10m高10min平均最大风速: 25.2m/s北京国电华北电力工程有限公司2 直接、间接空冷及烟塔合一选型比较2.2 基础资料2.2.1 经济分
15、析参数 标准煤价： 450元/吨（根据同类电厂、同等煤质假定） 成本电价（暂定）： 0.2元/kWh 经济运行年限： 20年 年利用小时数： 5500 投资利润率： 10 维修费用率： 2.5 征地费用（暂定）： 8万元/亩北京国电华北电力工程有限公司2 直接、间接空冷及烟塔合一选型比较2.3 直接、间接空冷技术经济比较 本次直接空冷和间接空冷均按汽动泵方式考虑，为降低耗水指标， 汽动泵的冷却采用间接空冷的方案，本报告根据该原则进行技术经 济比较。 2.3.1 直接空冷系统主要设计参数 设计气温：15 设计背压：13kPa 夏季满发气温：31(全年154小时不满发) 汽轮机满发背压：30.0kPa 设计初始温差（ITD值）：32 空冷凝汽器迎面风速：2.2m/s 空冷凝汽器总散热面积：1500000m2 空冷凝汽器基本单元
