空冷2.docx
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空冷2
第八章空冷设备及系统
第一节主机空冷岛
一、概述
（一）、直接空冷系统的发展
发电厂采用翅片管式空冷散热器，直接或间接用环境空气来冷凝汽轮机排汽的冷却系统，称为空冷系统。
采用空冷系统的汽轮发电机组简称为空冷机组。
目前空冷电厂的冷却系统主要有三种方式，即直接空冷系统、表面式凝汽器间接空冷系统和混合式凝汽器间接空冷系统。
国外在上世纪30年代末就开始研究电厂直接空冷技术，随着困扰直接空冷系统的大直径排汽管和大容积真空系统等问题的解决，直接空冷系统在大容量机组上的应用也得到了迅速的发展，到80年代末，国外己投运多台300～600MW的直接空冷机组的电厂，如南非Matinmba电厂、美国的Wyodak电厂、伊朗的Touss电厂，这些电厂投产以来运行良好，尤其是美国的Wyodak电站的气温与我国北方寒冷地区的气温接近，为严寒季节的运行如防冻问题提供了经验。
国内在上世纪80年代末到90年代中期，引进技术投产了几个200MW机组的间接空冷系统电厂。
最近几年直接空冷系统以其投资少、防冻性能好的特点，在国内有了良好的发展势头，大同一电2×200MW、山西古交电厂2×300MW、山西榆社电厂2×300MW、山西霍州电厂2×300MW、大同二电厂2×600MW、内蒙正蓝2×600MW直接空冷系统电厂，都已经陆续投产。
根据理论计算和实测结果，与同容量的湿冷机组相比，空冷机组冷却系统本身可节水97%。
全厂性节水65%，即相同数量的水，可建设的空冷机组比湿冷机组的规模要大三倍。
所以，空冷机组是“富煤缺水”地区或干旱地区建设火力发电厂的最佳选择。
铜川电厂一期2×600MW机组亦采用机械通风直接空冷系统（ACC）。
（二）、直接空冷系统的特点
直接空冷系统亦称为ACC（AirCooledCondencer）系统，它是指汽轮机的排汽引入室外空冷凝汽器内直接用空气来冷凝。
其工艺流程为汽轮机排汽通过大直径的排气管道引至室外的空冷凝汽器内，布置在空冷凝汽器下方的轴流冷却风机驱动空气流过冷却器外表面，将排汽冷凝为凝结水，凝结水再经泵送回汽轮机的回热系统。
基于防冻的要求，直接空冷系统一般需设置顺流凝汽器和逆流凝汽器。
直接空冷系统中大部分的蒸汽在顺流凝汽器中被冷凝，剩余的小部分蒸汽再通过逆流凝汽器被冷凝。
在逆流凝汽器中，由于蒸汽和凝结水的运动方向相反，凝结水不易冻结。
在逆流凝汽器的顶部设有抽真空系统，可将系统内的空气和不凝结气体抽出。
直接空冷系统的主要特点如下：
直接空冷凝汽器布置在主厂房A排外高架平台上，平台高45m。
56个冷却段排成8列，每列由5个顺流冷却段和2个逆流冷却段组成。
每台机组空冷凝汽器所占面积约为7980m2。
每个冷却段配一台轴流风机。
1、冷却效率高：
取消了二次换热所需要的中间冷却介质，而直接由空气冷却汽机排汽，换热温差大，冷却效率高。
2、占地面积小：
空冷凝汽器高位布置在汽机房A排外平台上，平台下仍可布置变压器等设备和建筑物。
3、投资较省。
4、系统调节灵活，冬季运行防冻性能好：
可通过调整风机转速或风机数量来调节进风量，以适应热负荷及气温的变化并防止空冷器内部结冰。
5、厂用电量高：
采用大型风机群通风，耗厂用电高。
6、检修维护工作量较大：
7、运行时噪音大：
8、真空系统容积大：
（三）、直接空冷系统模块化设计
直接空冷系统的基本单元称为冷却段，它是指一台风机与数组翅片管束的总成。
风机与安装其上呈A型布置的翅片管束组成一个冷却三角，翅片管束布置的顶角约为58°。
特性模块化冷却段设计是将顺流（或逆流）冷却器散热面积平均分配到每一台风机组成特性模块化冷却段。
根据防冻要求，将顺流冷却段与逆流冷却段按一定比例组合为一组模块化冷却段。
这样整个ACC装置每一组冷却段特性都是一致的，这种模块化设计，便于ACC系统的规划和优化设计。
空冷凝汽器（ACC）的工作原理是通过向大气释放热量对汽机排汽或汽机旁路来的蒸汽进行冷凝，凝结水在重力的作用下排入汽机排汽箱下面的主凝结水箱，再由凝结水泵送回汽机的回热系统。
其流程原理如下：
图8-1直接空冷机组原则性汽水系统
1-锅炉；2-过热器；3-汽轮机；4-空冷凝汽器；5-凝泵；6-凝结水精处理；7-轴封加热器；
8-低压加热器；9-除氧器；10-给水泵；11-高压加热器；12-汽轮机排汽管道；
13-轴流冷却风机；14-立式电动机；15-凝结水箱；16-除铁器；17-发电机
二、直接空冷系统的技术规范
（一）、汽轮机基本数据
汽轮机主要参数汇总表
项目
单位
THA工况
TRL工况
TMCR工况
VWO工况
阻塞背压工况
机组出力
kw
600002
600007
637124
650570
647345
汽轮发电机组热耗值
kJ/kWh
8166
8551
80153
8153
8024
主蒸汽压力
MPa.a
16.67
16.67
16.67
16.67
16.67
再热蒸汽压力
MPa.a
3.473
3.682
3.711
3.8
3.711
高压缸排汽压力
MPa.a
3.859
4.091
4.123
4.222
4.123
主蒸汽温度
℃
538
538
538
538
538
再热蒸汽温度
℃
538
538
538
538
538
高压缸排汽温度
℃
325.3
331.0
332.0
334.4
332.0
主蒸汽流量
kg/h
1876420
2017120
2001700
2070000
2017100
再热蒸汽流量
kg/h
1612451
1716514
1725341
1768085
1725330
背压
kPa.a
13.5
30
13.5
13.5
5.93
低压缸排汽焓
kJ/kg
2410.8
2507.1
2403.5
2400.9
2363.9
低压缸排汽流量
kg/h
1165879
1245118
1237654
1262462
1202875
补给水率
%
0
3
0
0
0
最终给水温度
℃
277.1
281.4
281.8
283.4
281.8
（二）、直接空冷系统的技术参数
气候介绍：
电厂所在地区属于暖温带大陆性季风气候，四季分明，冬季受来自西伯利亚和蒙古极地大陆气候的控制，干燥寒冷，夏季受来自太平洋的暖湿气团影响，炎热湿润，春秋两季气候多变，年平均气温为12.5℃，最热月平均气温为25.1℃，最冷月平均气温为-1.4℃。
历史最低气温－17.9℃，最高气温39.7℃。
典型年平均风速3.1mm/s，历史最大风速20.7mm/s。
空冷岛的主要设计参数为：
管型：
单排管（钢基管、铝翅片）
散热器总冷却面积：
1623969m2
迎风面积为：
13203m2迎风面风速：
2m/s
冷却段数：
56顺、逆流面积比：
5:
1
空冷平台高度：
45m
空冷岛的热力参数如下：
设计干球温度：
16℃
设计背压：
13.5KPa
初始温差（ITD）：
32.83℃
夏季满发干球温度：
31.22℃
满发背压：
30KPa
初始温差（ITD）：
35.59℃
风机的主要设计参数为：
风机型式：
轴流风机台数：
56台
风机直径：
9.14m风机风量：
475.6m3/s
风机风压：
109Pa电机功率：
132kw
风机电动机电压：
380V
三、空冷系统的构成
直接空冷系统主要设备包括空冷凝汽器、风机、冲洗设备等。
（一）、空冷凝汽器
1、冷却元件介绍
目前，空冷系统有多种冷却元件可供选择，如铝管套铝翅片、小口径热浸镀锌椭圆钢管套矩形翅片、热浸镀锌大直径椭圆钢管套矩形翅片双排管、大直径扁管蛇形翅片单排管及热浸镀锌椭圆钢管绕椭圆翅片三排管。
其中，铝管套铝翅片只应用于海勒式间接空冷系统；小口径热浸镀锌椭圆钢管套矩形翅片用于表面式凝汽器间接空冷系统；其他三种型式（单排管、双排管、三排管）在直接空冷电厂均有应用。
（1）大直径扁管蛇形翅片单排管
基管尺寸：
219×19mm,基管为碳钢外包铝层复合管，翅片为铝翅片钎焊在基管上，无需热浸镀锌。
主要特点：
采用大直径的基管，管内蒸汽通流面积增大，有利于汽液的分离和防冻，管内和空气侧阻力较小。
相比双排管、三排管，单排管防冻性能较好。
山西河津电厂2×300MW、山西霍州电厂2×300MW、陕西神木锦界厂2×600MW直接空冷电厂空冷器即采用该种型式。
（2）热浸镀锌大直径椭圆钢管套矩形翅片双排管
基管（椭圆管）尺寸：
100×20mm,矩型翅片嵌套在基管上，基管和翅片材质均为碳钢，外表面热浸镀锌。
主要特点：
管内流通面积较大，两排管翅片间距不同，热负荷均匀。
翅片上开有绕流孔，以提高换热效率。
清洗水压要求较高。
双排管是GEA公司的成熟产品，在国内已有两家生产厂家，即哈尔滨空调股份有限公司和山西捷益热能设备有限公司。
（3）热浸镀锌椭圆钢管绕椭圆翅片三排管
基管（椭圆管）尺寸：
72×21mm,翅片缠绕在基管上，基管和翅片材质均为碳钢，外表面热浸镀锌。
主要特点：
翅片是缠绕在椭圆基管上，翅片间无空气流动干扰，换热效率较高，空气侧阻力小,清洗容易。
三排管是Balcke-Durr的成熟产品，在国内生产厂家为张家口巴克－杜尔换热器有限公司。
山西榆社电厂2×300MW空冷电厂及平朔电厂2×50MW空冷电厂的空冷器均采用三排管。
世界上几十座电厂采用双排管、三排管且已运行多年，而目前的单排管是在1990发展起来的，也在世界上多座电厂采用。
一般情况下三排管、双排管较便宜，单排管贵，但单排管较双排管、三排管重量轻。
从防冻性能来看，单排管略好一些。
三种空冷凝汽器管型在世界上很多电厂均运行良好。
2、空冷凝汽器
我厂采用哈尔滨空调股份有限公司制造的单排管空冷凝汽器，共8列7排配有56台风机，其中每列每2、6排为逆流管束。
散热器由椭圆形钢管外套矩形铝翅片的若干个管束组成的，这些管束亦称散热器。
空冷凝汽器由顺流（指蒸汽和凝结水的相对流动方向）管束和逆流管束两部分组成。
顺流管束是冷凝蒸汽的主要部分，可冷凝75％～80%的排汽。
设置逆流管束主要是为了能够比较顺畅地将系统内的空气和不凝结气体排出，避免运行中在空冷凝汽器内的某些部位形成死区，冬季形成冻结的情况。
单排管空冷凝汽器每个单元由10个管束以58°角组成的等腰三角“A”型结构构成，“A”型两侧分别为5个管束。
每个管束宽2378m，由一排翅片管组成。
每根翅片管由钢制椭圆管和翅片构成，椭圆管规格为220×20mm，壁厚为1.6mm，翅片规格为200×19mm，厚度为0.3mm。
翅片间距2.3mm。
空冷凝汽器主要参数见表8-1。
其结构图如图8-2：
表8-1空冷凝汽器主要参数表（单台机组）
序号
项目
单位
主要参数
顺流
逆流
1
管束
2
单位
单排管
单排管
3
管束尺寸
mm
10000×2378
9500×2378
4
数量
个
464
96
5
基管横截面尺寸
mm
220×20
220×20
6
基管壁厚
mm
1.6
1.6
7
翅片管外形尺寸
mm
200×19
200×19
8
翅片厚度
mm
0.3
0.3
9
翅片间距
mm
2.3
2.3
10
重量
t
4.3
4.2
11
翅片管/翅片材质
碳钢/AL
碳钢/AL
12
翅片管排数
排
1
1
13
翅片管总面积
m2
1357182
266787
14
翅化比（散热面积/迎风面积）
123
123
15
A型冷却单元
16
迎风面面积
m2
11034
2169
17
空气迎风面流速
m/s
2.1
2.1
18
空气通过迎风面质量流速
kg/m2s
2.2
2.2
19
散热系数
W/m2·K
29.5
29.4
20
尺寸
mm
11250×11890
11250×11890
21
A型夹角
度
58
58
图
图8-2GEA型空冷凝汽器结构示意图
（a）GEA型空冷凝汽器（b）空冷凝汽器的散热翅片管
1-气机排气管道；2-轴流风机；3-空冷凝汽器主凝区；4-空冷凝汽器辅凝区；5-排气管；
6-后连箱；7-凝结水箱；8-凝结水泵；9-空气管；10-抽真空管
（二）、排汽与疏水部分
蒸汽从排汽装置流入两根大孔径管道，在两根大孔径管道的上方分成8根蒸汽立管和配汽管，蒸汽通过这些管道流入凝汽器。
在两根大孔径管道之间设有一根平衡管，目的是平衡两排管之间的压力。
凝汽器的下方是凝结水管道，用来收集凝汽器内蒸汽冷凝后形成的凝结水。
在第1，2列和第7，8列的入口蒸汽侧各装有一台隔离阀。
在这四列凝结水管上各装有一台隔离阀和一台旁路阀。
这样设计的目的是在冬季防冻之用。
凝结水隔离阀的作用是，当蒸汽阀和凝结水隔离阀都关闭后通过旁路阀排水。
另外，在两根大孔径管道上各设置了两个安全爆破膜，避免发生过压现象而破坏空冷凝汽器。
（三）、抽真空管
在每列空冷凝汽器的2，6排（为逆流）分别设有抽真空管，真空泵将不凝气以及与之伴随的部分蒸汽从逆流散热管束的顶部抽出，以建立或维持凝汽器的真空。
在1、3、7、8列抽空气管上各设有一只电动隔离阀，为该四列散热器防冻解列时配合使用。
两排汽大孔径管道布置有抽空气管道，管道上有电动隔离阀，机组启动前建立真空时开启，使真空尽快建立，真空建立后关闭该阀。
空冷凝汽器进汽前该阀务必关闭。
（四）、风机及变频器
一）风机
风机可分为鼓风式和吸风式，鼓风式风机在工程中得到广泛的应用。
风机包括：
叶片、轮毂、叶轮、减速箱、电机等。
上述各部件依次直接连接，坐落于风机桥架上，风机桥架四周通过减震器与“A”型钢结构平台支撑连接。
应用于空冷凝汽器的风机有三种驱动方式，即单速、双速及变频调速。
采用双速电机和变频调速电机驱动风机，其目的是根据室外环境温度改变风机转速，调整汽轮机排汽压力，增加发电功率，减少风机耗功。
我厂采用变频调速风机。
空冷系统的一个特点就是由于使用大型轴流风机而使得周围的噪音水平有所增加。
环保要求我厂的虚拟厂界噪声标准为，白天不超过65dB（A），夜间不超过55dB（A）。
最简单的方法是距离降噪，其余的降噪方式有多种，如可采用挡风墙内设消音板、降低空冷散热器迎风面风速、减速装置采用皮带传动等方式来降低噪音，但相应的费用也将增加，另外可采用小流量、小功率的风机，当然，为之付出的代价是空冷器面积的增大。
我厂每台空冷机组配置56台风机（其中16台为可逆转风机）。
每台风机配置一台变频器。
其中可逆转的16台是双向旋转。
因此，这16台减速箱不装设防逆转设备。
表8-2风机主要参数表
序号
名称
单位
顺流凝汽器风机
逆流凝汽器风机
1
风机类型
轴流型
轴流型
2
风机数量
台
40
16
3
大气压力
KPa
934.8
934.8
4
最低环境温度
℃
－17.9
－17.9
5
设计气温
℃
31.22
31.22
6
最高环境温度
℃
39.7
39.7
7
驱动类型
电机/齿轮箱
电机/齿轮箱
8
调速方式
变频器
变频器
9
转速控制
30～110％
30～110％
10
电动机额定转速
rpm
990（应可以超速110%）
990（应可以超速110%）
11
电动机铭牌功率
kw
132
132
12
齿轮箱减速比
约10.77
约10.77
13
主转动方向（从进风口向出风口看）
逆时针（单向）
逆时针（可反方向运转）
14
体积流量（设计气温、密度下）
m3/s
499.4（100%名义转速）
484.4（100%名义转速）
15
静压
Pa
95.8（100%名义转速）
90.8（100%名义转速）
16
风机直径
ft/m
30/9.144
30/9.144
17
风机名义转速
rpm
90..9
90.9（最大反向转速为名义转速的30％）
18
风机最小运行转速
rpm
名义转速的30%
名义转速的30%
19
叶尖速度
m/s
最大44
最大44
20
风机轴功率
kw
82.7（100%名义转速）
78.7（100%名义转速）
21
风机的静压效率
％
66.1
66.1
22
1米处的声压
dB（A）
69.2
69.2
23
噪声声功率等级
dB（A）
96.6
96.6
24
整机保证寿命
30年
二）变频器
变频器的频率范围在0～110Hz可调，风机转速在30%～110%之内。
变频器将完成整个风机驱动系统的运行。
当母线上电动机成组启动时，对变频器的影响：
母线电压压降为80%Un，如果在300ms以内对变频器没有影响，如果在300ms以上但在6s以内变频器将自动降速运行，如果在6s以上则变频器将停止运行。
当母线上最大的一台电动机启动时，对对变频器的影响：
当母线上最大的一台电动机启动时，母线电压压降为80%～85%，如果在两分钟以内则对变频器没有影响，但如果在两分钟以上，则变频器将启动过负荷保护功能。
变频器输出范围：
0～110Hz，恒转矩调速范围：
0～50Hz，调速精度：
+7.5rpm，最大瞬时动力矩：
160%，间歇过载能力：
110%额定。
变频器欠压保护动作值：
70%Un，如果在300ms以内则对变频器没有影响，但如果在300ms以上6s以内变频器将自动降速运行，如果在6s以上则变频器停止运行。
变频器有瞬时断电再上电的能力，断电后再启动的初始化时间为5～10s。
变频器控制电源由动力回路（三相三线）经控制变压器取得，控制电源电压为AC22OV，控制电源容量500VA。
（五）、散热翅片外表面清洗装置
根据本地区多风、多灰尘的情况，每年应冲洗空冷凝汽器外表面1～2次，将沉积在空冷凝汽器翅片间的灰、泥垢清洗干净，保持空冷凝汽器良好的散热性能。
我厂采用高压水冲洗方式，每台机设置一套移动式冲洗装置。
使其能够在机组运行或停运时对2列空冷凝汽器同时自动清洗。
清洗系统包括不锈钢管道，可移动的带有桁架和喷嘴的清洗头，热浸锌导轨，活动软管，支吊架，阀门，压力表等。
清洗设备可以通过电动机驱动水平移动和垂直移动，水质采用一次除盐水，清洗水压为150bar。
在每列单元的两侧各有一个钢制清洗平台，用于喷嘴托架的移动以及承载电动驱动机构。
在底盘的下部装有在轨道系统上行走的滑轮，底部系统通过行走轮在每列间的单元过道上行走。
带齿轮电机的驱动单元，用于喷嘴托架和垂直移动。
水平移动电机：
380V，1.5kw；垂直移动电机：
380V，0.75kw。
主要设备：
1、喷嘴托架
喷嘴托架带有平直喷嘴。
喷嘴托架通过导向滑车被固定在清洗底盘的下部。
在喷嘴托架的上方和下方分别装有限位开关。
2、控制盘（带可拔插接线器）
可移动控制盘用于控制喷嘴托架的移动，带有如下功能：
①用于控制喷嘴托架上、下和停止的按钮。
②用于控制高压泵启动和停止的按钮。
③紧急停机
3、高压软管
高压泵与清洗底盘之间的高压水通过高压软管输送。
规格：
4×15m，DN32；2×10m，DN25。
4、高压泵单元
一台机组提供一套高压泵单元，参数：
流量：
Q=22m3/h；压力：
P=80bar；
电机：
P=55kw；电压：
380V；
高压泵组安装在空冷平台下方的空冷控制楼内。
5、轨道系统
轨道系统被安装在蒸汽分配管道下的管束上方，分布在两侧的整个长度上。
在管道系统上，清洗底盘进行水平移动。
6、梯式清洗系统
梯式清洗系统是清洗系统与梯子的组合。
用于对空冷凝汽器管束进行清洗；梯子可以便于接近和维护在蒸汽分配管道上的测量点和人孔等。
四、控制部分
直接空冷系统的监测、调节与控制纳入机组DCS系统，在正常运行工况和特殊运行方式（启动、旁路运行、防冻措施和停机等）下，由机组DCS监视和控制空冷系统安全经济运行，并且满足不同季节条件下的汽轮机背压要求。
直接空冷系统控制的功能包括数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）。
温度传感器位于抽真空管道上及凝结水疏水管道上用来监测及低温控制报警。
（一）、数据采集（DAS）（测点）
直接空冷系统根据系统的构成，主要需要监视的参数包括各冷却单元的排气温度、环境温度，风机的运行状态及风机电流、风机的振动信号、风机的油系统信号，汽轮机背压，空冷凝汽器顺逆流管束凝结水温度、抽空气管温度测量等。
（二）、模拟量控制
汽轮机背压是空冷机组重要的控制参数，通过机组DCS将汽机背压控制在允许范围内。
控制汽机背压是在不同环境温度条件下，通过控制风机转速调节通过顺流冷却单元和逆流冷却单元的空气流量，从而达到控制汽轮机的背压的目的，确保汽机安全、经济运行。
采用变频电机的风机，利用变频器可以实现风机转速的无级调速，具有当低负荷只有少量风机运行时，可以连续调节汽轮机的排汽压力，避免大的压力波动的优点，另外还具有节约厂用电，减少风机能耗的优点。
（三）、顺序控制系统（SCS）
直接空冷系统作为一个顺控功能组在DCS中实现，完成空冷系统的启动、停止、低负荷运行以及防冻保护等运行过程。
直接空冷系统顺序控制按组和子组及驱动级控制设计，SCS通过联锁、联跳和保护跳闸功能来保证被控对象的安全。
对逻辑规律性不强,但需远方操作的辅机、阀门等也纳入SCS系统，只设驱动级控制。
空冷凝汽器凝结水温度控制。
如果某个冷却单元或管束排出凝结水的温度低于某个设定值，则这个单元或管束的风机就会自动的减速或停机，直至凝结水温度回升；如果系统设有隔离阀，则可根据不同的热容量要求，切除某个或某些冷却单元，以保证系统的最低热容量要求达到防冻的目的。
五、直接空冷系统的运行
以下为京隆电厂直接空冷岛系统运行方式（供参考学习）。
空冷岛系统设置见下图，与我厂稍有不同，逆流段在3、6排、每个逆流冷却段抽空气管均设置了手动门且1、2、7、8列另设有电动门。
（一）、直接空冷系统的启动
启动有两种启动运行方式：
汽机运行方式和旁路运行方式
1、汽机运行方式，汽轮机排汽压力控制器设定为15KPa。
2、旁路运行方式，汽轮机排汽压力控制器设定为35KPa。
3、汽机运行方式下的设定值可以由运行人员根据汽机背压保护曲线的安全范围内设定。
4、旁路运行方式下的设定值则是固定的。
启动步序：
在风机的启动顺序中，必须特别关注在空冷凝汽器期内实现最均匀的运行，即不同管排之间尽量实现运转风机的平衡。
第1步：
建立真空，在该步中将所有阀门打开以建立凝汽器的真空
第2步：
真空建立以后，将可隔离的阀门关闭，
第3步：
启动第四列3/6排风机。
第4步:
启动第五列3/6排风机:
第5步:
启动第二列3/6排风机
第6步:
启动第六列3/6排风机
第7步:
开启第二列隔离门并启动第二列3/6排风机
第8步:
开启第七列隔离门并启动第七列3/6排风机
第9步:
开启第一列隔离门并启动第一列3/6排风机
第10步:
开启第八列隔离门并启动第八列3/6排风机
第11步:
启动一至八列第4排风机
第12步:
启动一至八列第5排风机
第13步:
启动一至八列第2排风
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