海勒式空冷系統(tǒng)在國電寶二擴建工程的應用

和 杰

（西北電力建設工程監(jiān)理有限責任公司，陜西 西安710032）

1 工程概況

國電寶雞第二發(fā)電廠2×660MW 擴建工程5# 機組是國內(nèi)首臺660MW 超臨界海勒式間接空冷燃煤機組，首次采用“三塔合一”技術(shù)，該機組設計煤耗312.55g/kW·h，年需燃煤量約323.5 萬噸，全廠年平均時用水量約為505.20 m3/h，百萬千瓦耗水量約為0.106 m3/s·GW，由于采用海勒式間接空冷系統(tǒng)（Heller 系統(tǒng)），較常規(guī)火電廠節(jié)水75%。

2 海勒式空冷系統(tǒng)的工程應用

20 世紀30 年代空冷凝汽技術(shù)在歐洲產(chǎn)生。 目前已投運機組采用的空冷系統(tǒng)主要有3 種：直接空冷系統(tǒng),帶表面式凝汽器的間接空冷系統(tǒng),亦稱哈蒙式空冷系統(tǒng)，帶噴射式凝汽器的間接空冷系統(tǒng),亦稱海勒式空冷系統(tǒng)。 此3 種空冷系統(tǒng)在世界上被廣泛地應用著,且都取得了不錯的業(yè)績。[1]

2.1 系統(tǒng)簡介

國電寶雞第二發(fā)電廠擴建工程海勒式間接空冷系統(tǒng)主要由噴射式凝汽器、水力機械組和間冷冷卻塔三部分組成。 主廠房每個低壓缸下布置有一臺噴射式凝汽器，低壓缸排汽與噴射的冷卻水混合,將汽輪機排汽冷卻(循環(huán)水水質(zhì)與凝結(jié)水水質(zhì)相同)。 噴射式凝汽器中有約2%的凝結(jié)水進入回熱系統(tǒng), 其余約98%的水被循環(huán)水泵打入間冷冷卻塔冷卻三角(扇形段)被空氣冷卻后經(jīng)與循環(huán)水泵電機同軸布置的水輪機調(diào)壓后再進入噴射式凝汽器噴射。 其特點是:空氣通過冷卻塔冷卻三角的散熱管束翅片將循環(huán)水冷卻,靠循環(huán)水做中間冷卻介質(zhì)將排汽冷卻。 系統(tǒng)簡圖見圖1。

2.2 主要設備

2.2.1 噴射式凝汽器

空冷機組與常規(guī)濕冷機組在輔機方面最大的不同在于凝汽器，作為間接空冷系統(tǒng)的關鍵設備，凝汽器的性能與整個空冷機組的性能直接相關。 相對于表面式凝汽器，噴射式凝汽器能夠讓水溫基本達到排汽的飽和溫度，冷卻系統(tǒng)可以獲得更好的真空度，此外其結(jié)構(gòu)更簡單，可靠性更高，維修費用更低。

圖1 海勒式間接空冷系統(tǒng)示意圖

國電寶雞第二發(fā)電廠擴建工程每臺機組采用2 臺GEA-EGI 公司供貨的噴射式凝汽器。 每臺凝汽器分左右兩半。 凝汽器縱向方向的5個內(nèi)側(cè)聯(lián)箱和分割板把凝汽器分為10 個蒸汽通道， 在內(nèi)側(cè)聯(lián)箱的側(cè)面板有4 層噴嘴，每臺凝汽器有4760 個噴嘴，噴嘴通過特殊的螺栓固定，噴嘴材料為鑄鐵，噴嘴直徑為13mm，冷卻水通過噴嘴噴射至沖擊板形成水膜。 汽輪機排汽與水膜直接接觸完成換熱并冷卻成水，同時水膜被加熱到排汽壓力下的飽和溫度。 在聯(lián)箱的內(nèi)側(cè)底部安裝有多孔、波紋淋盤式集水器用于冷卻汽-氣混合物。凝汽器的底端部分是一個熱井。 該噴射式凝汽器設計環(huán)境溫度33℃時， 機組冷卻水量為50000m3/h，機組噴射式凝汽器額定蒸汽流量為1300.5t/h，進入凝汽器的額定蒸汽壓力為25kPa。

2.2.2 水力機械組

汽機房毗屋內(nèi)布置有3 套相同且并聯(lián)連接的水力機械組。該機械組由驅(qū)動電機、冷卻水循環(huán)泵和能量回收水輪機組成。 循環(huán)水泵與水輪機、驅(qū)動電機同軸連接。 低壓缸排汽與噴射的冷卻水混合后的熱水經(jīng)循環(huán)水泵升壓后至冷卻塔內(nèi)冷卻三角冷卻，冷卻后的冷水經(jīng)與循環(huán)泵電機同軸布置的水輪機調(diào)壓后進入凝汽器噴射。主廠房內(nèi)凝結(jié)水泵入口取水自循環(huán)水泵出口熱水管與水輪機入口冷水管。

冷卻水循環(huán)泵為DVSe1100 型臥式單級雙吸泵， 流量4.78 m3/s，揚程39.11m，工作效率89.5%，功率2048kW。 該循環(huán)水泵專為海勒式間接空冷系統(tǒng)而設計，能使噴射式凝汽器真空室的冷凝水保持飽和狀態(tài)。冷卻水在噴射式凝汽器中被加熱，由冷卻水循環(huán)水泵送入冷卻塔，循環(huán)冷卻水被冷卻塔內(nèi)的空氣冷卻系統(tǒng)再次冷卻后，再重新被送回噴射式冷凝器的噴嘴，開始新的循環(huán)。 閉合循環(huán)回路中的冷卻水具有與鍋爐給水等同的品質(zhì)。

能量回收水輪機用在冷卻水回路上，水輪的作用是回收從冷卻塔返回到凝汽器的冷卻水的殘余能量， 通過撓性聯(lián)軸器與循環(huán)水泵相連，富余壓頭被利用，可以使每臺循環(huán)泵電機電流下降約20A 左右。同時冷卻水通過水輪機后的壓力值降到了噴射式凝汽器的壓力值。水輪機由蝸殼、可調(diào)節(jié)導葉和混流式轉(zhuǎn)子組成。 導葉通過電動執(zhí)行器控制水輪機的正常關閉和調(diào)節(jié)水量。 該水輪機為GANZ FS6/1000-425型，流量4.63 m3/s，揚程18.79m，轉(zhuǎn)速425rpm，功率787kW。

HT-SCR 驅(qū)動電機為循環(huán)水泵提供大部分的驅(qū)動力， 該電機額定功率1800kW, 額定電壓6000V， 額 定 功 率50Hz， 轉(zhuǎn) 速426rpm。

2.2.3 間冷冷卻塔

間冷冷卻塔采用“三塔合一”設計， 冷卻塔的塔外圈垂直布置有冷卻三角， 塔內(nèi)布置有煙囪和脫硫吸收塔。 冷卻塔采用鋼筋混凝土雙曲線自然通風冷卻塔，由通風筒、X 支柱、展寬平臺、支墩和環(huán)型基礎等部分組成。 冷卻塔高170m，塔頂直徑為84.466m，喉部標高145m，喉部直徑82m。 脫吸收塔布置于冷卻塔中心， 煙氣從引風機出口煙道穿過冷卻塔X柱接入脫硫吸收塔，通過置于脫硫吸收塔頂部的煙囪排放，脫硫吸收塔總高57.23m，其中煙囪段15m?！叭弦弧辈贾萌鐖D2 所示。

圖2 間冷冷卻塔布置示意圖

間冷冷卻塔塔共布置179 個冷卻三角， 其中177 個24m 長，2 個18m 長。 179 個冷卻三角被分為10 個功能相同的冷卻扇段，其中1#-9# 扇段各有18 個冷卻三角，相鄰兩個冷卻三角百葉窗共用一個電動執(zhí)行機構(gòu)；10# 扇段有17 個冷卻三角也配有9 個電動執(zhí)行機構(gòu)傳動。塔內(nèi)布置6 個串聯(lián)的地下儲水箱（6×220t）及地下冷卻水管道。 其中冷卻三角扇段1,2,3,4,5 管道配有兩個電動旁通閥； 冷卻三角扇段6,7,8,9,10 管道配有兩個電動旁通閥；冷、熱循環(huán)水母管上各配有一個液動事故疏水閥，排水進入地下儲水箱；同時循環(huán)水冷水母管上配有一個電動凝汽器溢水閥，排水也進入地下儲水箱。

冷卻三角采用FORGO （福哥）TA-60 多孔槽板翅片鋁制熱交換器，這是一種全鋁制的管翅式熱交換器，多根換熱管與翅片整體連接?？諝鈧?cè)的換熱通過在平板表面上沖壓形成矩形槽而得以增強，沖壓而形成的槽與空氣流交叉，當氣體穿過換熱束時沿著氣流方向就能形成一種重復出現(xiàn)的波狀的氣體流動。同時空氣側(cè)的壓降相對于換熱增強可以忽略，且具有良好的表面清洗性。該熱交換器翅片間距3.1mm，翅片厚度0.3mm，管道外徑18.6mm，壁厚0.75mm。 每個冷卻元件的長度×寬度×深度為6m×2.4m×0.15m。 4 個或者3 個冷卻元件組裝到一起，兩端有聯(lián)箱，采用O 形環(huán)密封，形成24m 和18m 兩種規(guī)格的冷卻柱。 兩通道的冷卻柱采用交叉式逆流連接。 空冷系統(tǒng)的冷卻三角通過剛性框架直立與冷卻塔環(huán)基上，橫斷面為三角形。 其中的兩個邊由冷卻柱組成夾角為49.08°，第三邊用于空氣進入。 空氣進入側(cè)安裝有控制氣流的百葉窗。

地下儲水箱側(cè)配有2 臺輸送泵。 凝汽器水位低時啟動輸送泵，開回水閥門向凝汽器補水，補水至循環(huán)水冷水母管；地下儲水箱水位高時啟動輸送泵，開放水閥向排水溝排水。

設計中管道系統(tǒng)的恒壓由水輪機導葉控制。系統(tǒng)中恒定水量由儲水箱和凝汽器水位控制。 液力平衡通過旁通閥的正確控制來保證。 兩個旁通閥分別控制5 個冷卻扇段的液力平衡。冷卻水溫度通過控制冷卻塔周圍百葉窗的開度來控制。

2.3 調(diào)試情況

國電寶雞第二發(fā)電廠擴建工程#5 機組在整套試運過程中分別于2011 年1 月2 日、1 月5 日發(fā)生跳閘。 前者是在停止循環(huán)水泵A 后，循環(huán)水泵C 出口液控蝶閥突然關閉，引起循環(huán)水泵C 跳閘，導致凝汽器真空快速降低，汽機真空低跳機，聯(lián)鎖鍋爐MFT。后者是在開啟2#、3# 事故疏水時，凝汽器背壓快速升高，運行人員手動打閘停機。

通過認真分析討論，制訂如下防范措施：一是高加水位維持低位運行，要求運行人員經(jīng)常對照就地和遠傳水位；二是修改了高加水位邏輯，在“高加水位高二時，本級高加危急疏水閥快開，上級正常疏水聯(lián)關”之后，增加“同時聯(lián)關本級抽汽逆止門”；三是運行中開啟A/B 疏水擴容器減溫水；四是運行中開啟A/B 低旁減溫水；五是規(guī)定A/B 凝汽器壓力相差不得大于5kPa。 超過時運行人員要及時調(diào)整，調(diào)整無效且已經(jīng)大于10kPa 時，應視真空、水位情況手動打閘；六是要求運行人員加強空冷系統(tǒng)監(jiān)盤，平穩(wěn)調(diào)整。

采取以上措施后5# 機組順利通過168 小時滿負荷試運， 期間扇段投入少，機組背壓低，節(jié)煤效果明顯。 以2011 年1 月10 日為例，當日環(huán)境溫度3℃，機組負荷660MW，2 臺循環(huán)水泵運行，間冷冷卻塔投入1#、2#、3#、6#、7#、8# 共計6 個扇段， 間冷冷卻塔進水水溫47℃，出水水溫27℃。 此時機組背壓10.3kPa，給煤量260t/h，經(jīng)濟性良好。

3 結(jié)論

隨著國內(nèi)水資源保護意識的深入,間接空冷機組因節(jié)水效果明顯,在我國北方“富煤少水”地區(qū)具有一定的應用前景。通過在國電寶雞第二發(fā)電廠擴建工程的應用,不斷積累更多的運行經(jīng)驗，從而促進海勒式間接空冷技術(shù)在我國的應用。

［1］戎毅仁.錫林郭勒盟正鑲藍旗電廠空冷系統(tǒng)的比較與選擇[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟,2010(2):82.