火力发电厂辅机循环水冷却方式的比较.pdf

甘 船 I 八_ ． J - 发电设计 火力发电厂辅机循环水 冷却方 式的比较 嘲 蕊 鹞嗍 酗 哑 盏 火力发电厂辅机 循环水冷却方式的比较 赵耀 ，李晓楠 内蒙古 电力勘测设计 院，内蒙古呼和浩特0 1 0 0 2 0 摘要随着火电机 组空冷技术的发展推进 ，空冷技术也开始在火力发 电厂辅机循环 水冷却中应用。本文对 目 前出现两种辅机循环水空冷方式与常用湿冷方式进行对 比，并提供案例进行技术和经 济比较 ，为实际工程使 用提供参考。 关键词 湿式冷却塔；干式冷却器；蒸发式冷却 器。 中图分类号T M6 2 1 文献标志码B 文章编号1 6 7 1 9 9 1 3 2 0 1 5 0 1 0 0 3 7 0 5 Co mpa r a t i o n wi t h t h e Co o l i n g W a y o f Au x i l i a r y Eq u i p me n t i n t h e Fo s s i l F i r e d Po we r Pl a n t ZHAO Ya o ．LI Xi a o - n a n I n n e r Mo n g o l i a E l e c t r i c P o w e r S u r v e y De s i g n I n s t i t u t e ， H u h h o t 0 1 0 0 2 0 ， C h i n a Ab s t r a c t Wi t h t h e d e v e l o p me n t o f a i r c o o l i n g t e c h n o l o g y f o r t h e f o s s i l fi r e d p o we r p l a n t ， a i r c o o l i n g t e c h n o l o g y h a s be g u n t o a p p l i c a t i o n i n p o we r p l a n t a u xi l i a r y e n g i ne c i r c u l a t i n g wa t e r c o o l i n g ． I n t h i s p a p e r , t h e p r e s e n t t wo k i n d s o f a u x i l i a r y a i r c o o l i n g c i r c u l a t i n g wa t e r c o mpa r e d wi t h c o mmo n c o l d wa y ,a n d p r o v i d e t h e c a s e for t e c h n i c a l a n d e c o n o mi c c o mp a r i s o n ， p r o v i d e a r e f e r e n c e for p r a c t i c a l u s e ． K e y wo r d s we t c o o l i n g t o we r ； d r y c o o l e r ； e v a p o r a t i v e c o o l e r ． 火力发电厂汽轮机组排汽采用空冷系统时 其辅机通常采 用循环供水湿冷系统 ，主要的冷 却设施是湿式机力通风冷却塔。随着空冷技术 的发展，空冷技术也逐步 应用在 了辅机循环 水 冷 却系统 中。 目前主要有两种，一是采用干式 机力通风冷却器的冷却系统，另一是采用机力 通 风蒸 发式 冷却 器 的冷却 系统 。 1系统组成 1 ． I湿 式机力通风冷却 系统 f 1 主机 为空冷 系统时，辅机循 环水采用 湿冷系统设置一套完整的辅机循环水系统设施， 冷却水通过辅机循环水泵升压后送到主厂房 内 各辅机进行换热，升温 后的水经过管道至湿式 机力通风湿冷塔冷却 降温，然后经辅机循环水 泵继续循环使用。系统设施包括 辅机循环水 泵房、辅 机循环 水泵、湿 式机 力通风湿 冷塔、 控制阀门及辅机循环水管道等。 2 在湿冷系统 中由于冷却水是开式的，冷 却水与空气直接接触 ，传热传质 同时存在，系 统存在蒸发、 风吹和排污损失， 需要补充新鲜水。 3 系统中的循环水水质为工业水。 4 主厂 房 内部分 设备冷却 需要采 用除盐 水，因此设置水 一水换热器及工业水升压泵 闭 式冷却系统，通过换热器用循环水冷却。 收稿 日期2 0 1 4 一 l l 一 2 7 作者简介赵耀 1 9 7 6 一 ，男 蒙古族 ，内蒙古丰镇市人，硕士，工程师，主要从事火力发电厂工艺及空冷系统设计工作。 2 0 1 5 年0 2 月第l 期- 5／ 0 _ 1 ．2干式机力通风冷却系统 2千式机力通风冷却系统与机力通风 f 1 辅机循环水在闭式系统中冷却，经过辅 机换热器升温后的循环水，经管道引至 设在干 式机力通风冷却塔 内的散热器，通过冷空气冷 却散热器，从而达到对流经散热器 的冷却水 的 冷却、降温。降温后 的循环 水直接 回到辅机循 环水泵，经水泵升压后进入辅机散热器，转入 下一个循环。系统的设施包括 辅机循环水泵 房 、干式机力通风冷却塔 内含散热器、轴 流风机、地下储水箱、补水泵、喷雾设施 、控 制阀门及辅机循环水管道等。 f 2 空冷系统 的冷却水不与空气直接接触， 仅有 传热 ，没有传 质，但为 保证 冷却 水 的出 水温 度，空 冷塔 内部辅助 少量 喷雾 水， 当气 温高时 ，对散热器喷雾 降温 ，系统补 充水少， 为 了防止水在蒸发冷却器 内结垢 ，冷却水的水 质为除盐水 。当外部需要喷水 降温时，也采用 除盐水 。 f 3 1 系统中的循环水的水质为除盐水，冬季 可切换至主机循环水系统运行。 4 1 主厂房 内不需设置传统的水一水换热器 及工业水升压泵即闭式冷却系统。 1 ．3蒸发式冷却系统 f 1 辅机循环水在闭式系统中冷却，通过辅 机循环水泵将冷却水直接送至辅机设备进行冷 却，升温后 的水进 入到蒸发冷却器 内，经过空 气或蒸发水冷却降温后再 回到辅机循环水泵房， 通过辅机循环水泵进行循环使用。辅机蒸发冷 却系统的设施包括 辅机循环水泵房、辅机循 环水泵、蒸发冷却塔、喷淋水系统、控制 阀门 及辅机循环水管道等。为 了防止水在蒸发冷却 器内结垢，冷却水的水质为除盐水。 f 2 1 空冷系统的辅机循环冷却水不与空气直 接接触，但为保证冷却水的出水温度，一般在 环境温度 6 C以上时进行外部喷水降温，喷水采 用工业补充水即可。 3 系统中的循环水的水质为除盐水 ，冬季 可 切换 至主机循 环水 系统运 行 。 4 主厂房 内不需设置传统的水一水换热器 及工业水升压泵即闭式冷却系统。 3 8 ． 2 o 1 5 年 0 2 月 第 1 期 蒸发冷却系统 区别 1 两种系统的冷却机理不同。 机力通风 间接空冷系统的冷却水通过翅片 管束与空气换热，但不与空气直接接触 ，仅有 传热，没有传质 ，但夏季高温段可通过 向散热 器进风 口喷雾化的水降低空气进风温度 ，使系 统达到夏季工况的条件和要求 。一般在环境温 度高的时段喷水降温，水质要求除盐水。 机力通风蒸发冷却系统是一种将水冷与空 冷，传热与传质过程融为一体 的冷却系统，其 工作原理是冷却介质通过蒸发冷却塔把热量传 给塔 内管束外壁 的水膜 ，水膜迅速蒸发带走热 量 ，蒸发后 的湿空气 由上方的风机抽走，并由 下面 再进 来新 的冷 空气进 行冷却， 以此 循环。 一 般在环境温度高于 6 C时喷水，水质采用工业 水补充水 。 2 1 两种系统的冷却设施不 同。 干 式机力 通风冷 却系 统散 热器通 常采用 是间接空冷系统常用的铝 管铝翅排管束，冷却 管束组成冷却三角，冷却三角进风侧设置百叶 窗。系统设充水及排水系统，由贮水箱、输水 泵、充水管道和 阀门等组成 。水箱布置在冷却 塔 问冷塔 内地面以下，输水泵布置在 间冷塔 地下泵房 内。设置喷淋水泵 ，水泵布置在塔 内， 降温水从冷却塔出水管道引接，系统包括喷头、 喷淋水泵、管道、阀门及管道支 吊架、管件和 配件等 。喷淋水和辅机循环 冷却水是 互通 的， 水质一样，都为除盐水。 机力通风蒸发冷却系统的蒸发冷却塔 由冷 却器管束和填料组成，冷 却器管束 由不锈钢或 无缝钢管盘绕而成，在冷 却管束上设有喷淋水 系统，喷淋水通过换热后水温较高，在换热器 底部 设有填料和集水池 来冷却、收 集喷淋水， 收集 到的喷淋水通过喷淋泵提升后 循环使用。 喷淋 水与辅机循环冷 却水是独立 的，不互通， 水质不同。 3案例 在 某 电厂 2 3 5 0 MW 机组 主机冷 却采 用空冷系统。辅机选择三种冷却方式进行 比较。 辅机循环水见表 l 。 l - h _ I nl 发 电设计 火力发电厂辅机循环水冷却方式的比较 姗嘲唧 表 1 辅机冷却水量 ■_ I 叠疆 1 汽机冷油器 4 8 0 循环水或除盐水 2 闭式水热交换器冷却水 1 8 0 0 循环水 ，湿冷方式时采用 3 水环真空泵冷却器 1 0 O 循环水或除盐水 4 发 电机冷却器 4 8 0 循环水或除盐水 5 电动给水泵汽轮机冷油器 1 8 O 循环水或除盐水 6 热网加热站水泵冷却器 1 3 循环水，冬季时用 7 引风机油站冷却器 1 6 循环水或除盐水 8 脱硫用工艺水辅机循环冷却水 3 0 循环水或除盐水 9 主厂房闭式循环水量 1 2 0 0 除盐水 l O 螺杆空压机冷却水 1 0 O 循环水或除盐水 l 】 主厂房杂用水 3 循环水或除盐水 4 4 0 2 冬季时 l 1 合计 4 3 8 9 夏季时 注 第2项是当采用湿冷方式时热交换器需要的冷却水量，当采用空冷方式时全部采用除盐水。 3 ． 1 各系统设施配置 3 ． 1 ． 1 湿式机 力通风冷却 系统 采用母 管制供水系统。2台机组配 3台辅 机循环水泵，1 座湿式机力通风冷却塔，设置 1 条压力进水管和 1 条压力 回水管。经冷却塔冷 却后 的辅机循环水，通过钢筋混凝土沟 自流至 辅机循环水泵前池，经辅机循环水泵升压，通 过压力进水管，冷却辅机设备，辅机排出的热 水 由回水压力钢管送回冷却塔冷却，循环使用。 辅机循环水泵 流量 Q 1 6 5 0 1T I 。 ／ h 扬程 0 ． 4 5 MP a 电动机功率 2 5 0 k W 数量 3台 f 2运 1 备 冷却设施 总处理水量 O3 5 0 0 1 T I ／ h 风机功率 7 5 k W／ 格 数量 3格 3 ． 1 ．2 干式机 力通风冷却 系统 1 系统过程 系 统采用母 管制供水 系统。2台机 组配 3 台辅机循环水泵，1 座干式机力通风冷却塔，设 置 1条压力进 水管和 l 条压力 回水管。经冷却 塔冷 却后 的辅机循环水，通过管道 回至辅机循 环水泵，经循环水 泵升压，通过压力进水 管， 至主厂房冷却机务辅机设备，热水送回冷却塔 冷却，循环使用。 目前 国内辅机循环冷却水系统 的最高允许 水温为 3 8 ℃左右 。气温与闭式冷却水的温差按 6 ℃～ 7 ℃左右考虑 。对本案例工程 ，所对应的 气温 干球温度 为 3 0 ． 5 ℃左右。根据工程气象 条件，气温在 3 1 ℃以上 的小时数为 1 8 6 h f 典型 年气温 。 超过该温度时开始向散热器管束喷水 。 辅机循环水进入 空冷器 内的换热管束，当 环境温度低于 3 0 ． 5 ℃时，间接空冷塔不用喷水， 只依靠风机抽吸冷空气来冷却换热管束 内的循 环水 ；当温 度 高于 3 0 ． 5 ℃时，开启喷淋 水泵， 将喷淋水送至换热管束上方的喷淋水布水系统， 喷淋管向下喷向换热管束 ，在换热管束外形成 均匀的水膜 ，水膜 吸收管 内的热量，并向空气 蒸发汽化 ，带走热量 ，以达 到冷却管束 内循环 水的 目的。 2 干式机力通风冷却塔计算结果见表 2 。 3 1 设备配置 1 套干式机力通风冷却塔。其 中包括 间接 空冷塔 内含散热器、轴流风机、地下储水箱、 2 0 1 5 0 2 g 第 1 期 ．3 9 表 2干式机力通风冷却塔计算结果 ■■ ■ ■■ L l ■■ ■ 河口 口 ■ ■■ ■ _■ ■ ■■ _ ■ ●l ■ 坷 ● ■■ _ -胡啊_ 塔类型 干式机力通风冷却哲 间冷塔 塔体结构 钢结构 干球温度 ℃ 2 5 ．4 气 象 湿球温度 ℃ 2 0 ．9 频率l 0 ％ 参 大气压 m P a 8 8 2 ． 0 数 相对湿度 0 ． 6 5 水 进塔 水温 T ． ／ ℃ 4 4 温 出塔 水温 ／ ℃ 3 8 性 总处理水量 ／ m ， h 3 0 0 0 能 参 单台处理水量 ／ m3 m 1 0 0 0 共3 台 数 风 风机类别 轴流风机 机 及 配用电机功率N／ k W 3 1 3 2 3 9 6 电 机 喷淋水泵 电功率N ／ k W 3 其 占地面积／ m 5 8 6 ． 5 3 4 5 mX1 7 m 它 换热面积／ m 5 2 5 2 4 铝管铝翅片 补 水泵、喷雾 设施 、控制 阀门及辅机循环水 管道等 。辅机 循环冷 却水泵 ，设置 3台 f 2运 l 备 ，水泵型式为单级双吸离心清水泵 。设置 1根 D 9 2 0 X 1 0循 环水 给水 管及 1根 D 9 2 0 X 1 0 循环水回水管，管道采用焊接钢管。 辅机循环水泵 流 量 Q 1 5 0 0 m ／ h 扬 程 H 4 0 1 17 1 电动机功率 3 1 0 k W 数 量 3台 2运 1 备 1 3 ． 1 ． 3机力通风蒸发冷却系统 1 系统流程 系统采用母管制供水系统 。配 1台辅机循 环水泵，1 套蒸发冷却器，设置 1 条压力进水管 和 1 条压力回水管。经蒸发冷却器冷却后 的辅 机循环水，通过 管道 回至辅机循环水泵 ，经循 环 水 泵 升压 ，通 过 压 力 进 水 管 ，至主 厂 房 冷 却 机务辅机设备， 热水送 回冷却塔冷却， 循环使用。 辅机循环水进入空冷器 内的换热管束，当 环境温度 6 ℃以上时，进行喷水 ，在换热管束外 形 成 均 匀 的水 膜 ，水 膜 吸 收 管 内的热 量 ，并 向 空气蒸发汽化 ，带走热量，以达到冷却管束 内 循环水的 目的。环境温度 6 C以下时，依靠风机 抽吸冷空气来冷却换热管束内的循环水。 4 0 ． 2 0 1 5 年 o 2 月 第 1 期 2 机力通风蒸发冷却器计算结果见表 3 。 表 3 机力通风蒸发冷却器计算结果 _11 1 1 ■ 0■ 一 日 ■■■■ ■■■■_ ■■■ _ - ● 贺 ■ ●■ ■■_ ■ I l _ 塔类型 机力通风蒸发冷却器 塔体结构 钢结构 干球温度 ℃ 2 5 ． 4 气 湿球温度 r ／ C 2 0 ．9 象 频 率 参 大 气压 尸 ／ h Pa 8 8 2 ． 0 1 0 ％ 数 l 相 对 湿 度 0 ．6 5 水 进塔 水温 7 1 ／ ℃ 4 4 温 出塔 水温 ／ ℃ ≤3 8 性 总 处理 水量 ／ m ／ I l 3 0 0 0 能 参 配置台数 6 台 B L T - 7 5 5 T 1 数 外形 尺寸 6 5 0 0 mm3 1 9 0 mm 风 风机 类别 直联轴 流 风机 机 直径2 2 0 0 mm 及 单台设备配用 电机功率， k w 1 5 k W2 3 0 k W 电 机 单台设备喷淋水泵电功率／ k W 5 5 X2 1 1 k W _ 总 功 总 功率／ k w 4 1 X6 2 4 6 k W 塞 3 5m 1 013 1 其 占地面积／ m f 或1 8 m 1 8m 它 总换热面积／ m 3 6 0 0m 3 设备配置 1 套机力通 风蒸发 冷却器 。其 中包 括蒸发冷 却塔、喷淋 水系统、喷淋水箱、控制 阀门及辅 机循环水管道等。辅机循环冷却水泵设置 3台 f 2运 1 备 ，水 泵 型 式为 单 级 双 吸离 心 清 水泵 。 厂 区设置 1 根 D9 2 0 X 1 0循环 水给 水管及 1 根 D 9 2 0 1 0循 环水 回水管 ，管道 采用 焊接钢 管 。 辅机循环水泵 流量 p 1 5 0 0m ／ h 扬 程 H 4 0 m 电动机 功率 3 1 0k W 数量 3台 2运 1 备 喷淋水泵 流量 Q 1 1 1 T I ／ h 扬程 H 9 IT I 电动机功率 5 ． 5 k W 数量 l 2台 tmm_ -nl 发电 设 计 火 力 发 电 厂 辅 机 循 环 水 冷 却 方 式 的 比 较 姗 舞 3 ．2方案技术经济 比较 技术经济比较结果见表 4 。 表4技术经济比较 除盐水年耗水量／ m 0 0 5 5 8 0 工业水年耗水量／ m 2 9 4 0 0 0 1 3 0 2 9 6 O 占地尺寸 1 6 ．2 m3 4 ． 6 m 3 5 mX1 0 m 3 4 ． 5 m1 7 m 风机耗电功率／ k W 7 5 3 2 2 5 3 0 X6 1 8 0 1 3 2 3 3 9 6 喷淋 雾 水泵耗电功率／ k W 0 5 ． 5 1 2 6 6 5 ． 5 6 3 3 全年风机能耗 wh I l 2 5 0 0 0 9 0 0 0 0 0 1 9 8 0 0 0 0 全年喷淋水泵能耗／ k W h O 3 3 0 0 0 0 7 0 7 0 0 辅机循环水泵耗 电功率／ k w 2 3 5 5 7 1 O 2 3 1 0 6 2 0 2 3 1 0 6 2 0 辅机循环水泵能耗／ k W h 4 9 7 0 0 0 0 4 3 4 0 0 0 0 4 3 4 0 0 0 0 水价f 元／ m 1 4 4 5 4 ． 4 5 1 3 成本电价f 元／ k W-h 1 O 1 5 5 0 ． 1 5 5 O ． 1 5 5 全年水耗／ 万元 l 3 0 _ 8 3 5 7 ． 9 8 7 2 ． 5 4 全年年电耗／ 万元 9 4 ．4 7 8 6 ． 3 4 9 9 ． O 6 主厂房外投资费用／ 万元 3 1 O 7 0 0 2 3 0 0 主厂房内辅机循环水系统投资差／ 万元 0 ． 1 2 O 一 1 2 O 一 次性 投 资费 用／ 万 元 3 1 O 5 8 O 2 1 8 0 年固定费用 ／ 7 5 元 3 9 - 3 2 7 3 ． 5 4 2 6 7 ．4 2 年总费用／ 万元 2 6 4 ．6 3 2 1 7 ． 8 6 4 3 9 ．O 2 年总 费用 差／ 万元 O ． 4 6 ．7 7 1 7 4 l 3 9 3 ．3 结论 1 从对 比中知，辅机循环水冷却方案 ，干 式机力通风冷却系统 虽节约用水，但 目前一次 性投资和年总费用均高于其他方案。 2 从节水角度考虑，机力通风蒸发冷却系 统年耗水量比湿式机力通风冷 却系统湿冷方案 节省一半以上。 干式机力通风冷却系统虽节约用水，但 除 盐水的制备成本较 高，故年水耗费用 比机力通 风蒸发冷却系统方案高 。 从 电耗、水耗及年 固定费用综合 比较，机 力通风蒸发冷却系统方案最小。故本工程辅机循 环水冷却方式最终采用机力通风蒸发冷却系统。 4结语 通过对三种辅机循环水冷却方式的比较 以 及工程实际案例 的介绍，可 以推进火电厂辅机 循环水系统的冷 却技术 的发展，不断地提高使 用效能，节约资源 。 参考文献 [ 1 ]马义 伟 ，刘 纪 夫 ，钱 辉广 ．空 气冷 却 器[ M] ．北 京化学工业出版社，1 9 8 2 ． [ 2 ] G B 5 0 6 6 0 --2 0 1 1 ，大中型火力发 电厂设计规范[ S ] ． [ 3 ]周兰欣，等．对直接空冷机组空冷单元内环形喷雾增 湿系统的数值讨论 ．汽轮机技术，2 0 1 1 ， 0 1 ． [ 4 】 丁尔谋 ．发 电厂空冷技 术[ M] ．北京水利 电力 出 版社 ，1 9 9 2 ． 2 0 1 5 0 2 g ]第1 期 ．41