火电厂空冷系统综合技术经济分析及优化朱钦鹏

火电厂空冷系统综合技术经济分析及优化朱钦鹏

朱钦鹏

陕西清水川能源股份有限公司陕西719000

摘要：在改革开放的新时期，我国的科技发展十分迅速，空冷系统技术在水资源相对紧缺地区火电厂的应用越来越广泛，极大的促进了火电厂的发展。目前，我国火电厂常用的空冷系统有直接空冷系统、表面式凝汽器间接空冷系统、混合式凝汽器间接空冷系统等三种情况，下面就这三种空冷系统及其优化问题进行分析。

关键词：火电厂；空冷系统；优化

引言

火电厂空冷技术，是指利用环境空气作为冷却介质对汽轮机乏汽进行冷却的一种火电厂节水技术。其最大的特点就是可节约大量的水资源，一般采用空冷系统较采用湿冷系统可实现有效节约用水约达75%（根据工程实际情况有所不同）。随着全球可利用水资源的日益减少，随着人类经济社会工业化进程的不断加快，近年来火电厂空冷技术在国内外都得到了较快的发展和应用。

1空冷系统的工作模式和特点研究

1）直接空冷系统就是把在汽轮机中做过功的乏汽排入钢制的空冷凝汽器设备（简称空冷岛），用空气直接来代替湿冷机组循环水对做过功的汽轮机乏汽进行冷却，使其凝结成水然后由凝泵打入凝结水系统使其重新开始循环的冷却系统，可以知道它是由很多设备组成一起共同作业的模式，这些设备包括：汽轮机的排汽装置设备，大直径的钢制的排汽管道设备，空冷岛（此设备主要放在汽机房外的高架空冷台上进行工作），还有风机组设备，凝结水系统设备，抽真空系统设备，进行清洗的设备。2）表面式凝汽器间接空冷系统是经空冷岛冷却的水仅作为汽轮机排汽的冷却循环水，并不与汽轮机排汽冷却的凝结水做水质交换。此系统的组成部分是：汽轮机表面式的凝汽器设备，钢制的钢翅片组成的冷却三角散热器设备，此设备安装在冷却塔中进行冷却工作，这样做的目的是可以提升利用效率，还有自然性的通风冷却塔设备，循环性的水泵组设备，充水式的泵组设备，具有稳压效果的泵组设备，能够储存水资源的系统箱设备，能够清洗散热器的设备。3）混合式凝汽器间接空冷系统是利用高纯度的中性水中性水进入凝汽器直接与汽轮机排汽混合并将其冷凝。此系统的组成部分有：混合形式的凝汽器设备，铝制材料的复合型式的冷却三角热散器设备，能够通过自然风达到通风的冷却塔设备，可以循环的水泵组设备，可以进行充水的泵组设备，达到稳压效果的泵组设备，可以用水轮进行发电的发电机组设备，能够储存水资源的水箱设备，能够清洗散热器的设备，此系统还可以选择使用预热或者是尖锋的冷却器。

2三种空冷系统的比较

直接空冷系统的主要优点有：冷却效率高、占地面积小、初期投资少、系统简单、调节灵活、空冷凝汽器建设周期短等，在直接空冷系统中，汽轮机排汽能直接利用空气进行冷却，不需要利用循环冷却水进行冷却，极大的提高了冷却效率，同时直接空冷系统的凝汽器和散热器能合二为一，布置在汽机房外空冷岛上，空冷凝汽器下面可以设置出线架构、变压器等设施，有效地减少了占地面积。直接空冷系统的不足之处有：环境影响比较大，风向对空冷机组的设置方位有很大的影响，同时直接空冷系统的运行费用比较高，检修维护工作量大，并且在运行过程中产生的噪声比较大，容易引起噪声污染。

表面式凝汽器间接空冷系统的主要优点有：运行背压比较低，煤耗量比较少，同时循环冷却水和凝结水是两个独立的系统，水质可以按照相应的水质标准进行处理，从而提高了水质处理的灵活性，表面式凝汽器间接空冷系统是一个封闭的系统，在运行过程中，循环水泵扬程比较低，能降低能耗，并且自然风对系统的影响比较小，在设置机组主厂房时，不需要考虑风向因素。表面式凝汽器空冷系统的不足之处有：冬季运行过程中防冻性能比较差，空冷塔占地面积比较大，建设周期比较长，并且塔内阀门比较多，操作比较复杂。

混合式凝汽器间接空冷系统的主要特点有：运行背压比较低，煤耗量比较少，运行噪声比较小，能满足环境保护的需求，自然风对系统运行的影响比较小，在设置机组主厂房时，不需要对风向进行考虑。混合式凝汽器间接空冷系统的不足之处有：系统在运行过程中，循环水用水量比较大，水质要求比较高，循环水系统和凝结水混合后，对凝结水处理要求比较高，系统冬季运行过程中，抗冻性能比较差，并且系统设备、阀门比较多，控制比较复杂，同时混合式凝汽器间接空冷系统的占地面积比较大，建设周期比较长。

3优化原则和方法

空冷系统优化原则大多基于以下方面考虑，首先根据实际工程的气象资料，采用科学、合理的计算方法，确定空冷系统的气温典型年、设计气温、环境风设计风速等主要基础设计参数。其次结合总平面布置，与相关专业密切配合，从总平面布置的协调性、合理性和初步空冷方案实施的技术可行性等方面考虑，初步分析可采用的空冷系统型式。再次结合实际工程的燃煤价格、上网电价、机组利用率、机组运行方式等情况，与汽轮机厂或相关专业密切配合，结合工程经验初步确定几种相对合理的汽轮机背压及其对应的汽轮机有关尾部参数（如排汽量、排汽焓等）、汽轮机凝汽器型式及面积、循环冷却倍率等优化用基础数据。

我国现阶段空冷系统的优化方法有很多，但大多都是在相关的规范下进行空冷系统优化的投资，每年按照固定的年利率在一定的时间内完成，这个分摊值和机组的年使用费用就是该年度的成本消耗总值，年成本消耗最少的方案就可以作为空冷系统优化工作的最合适的方案。在一些实际的工程项目中，空冷系统的优化方法和工程的环境、条件以及成本都具有很大的联系，因此在制定优化方案的时候必须要考虑这些问题。首先可以先选择相对科学的空冷汽轮机排汽压力，也就是制定合理的空冷系统的初始温差。其次要结合冷凝汽器的面积、冷却的规格、风速以及设备的直径还有风机的数量确定冷散热器的面积和冷却的面积的具体大小，对水进行充分而有效的利用，可以采用循环水泵的功能对凝汽器的类型和面积进行一个初步的方案设计，从而希望可以通过对该方案的认真核算，可以达到对空冷系统的优化配置，节省资金。

在对某一具体的工程进行优化的时候可以选择直接的空冷系统和间接的空冷系统，通过几种背压和几种不同的循环冷却的方式对工程的方案进行一系列的测试和规划，测算的结果达到最优，就可以指定出一个高效率、低消耗、低成本的最优空冷系统的方案。从有关人员对这几种的空冷系统的研究我们可以知道，我国现阶段的水资源相对充足地区总的装机容量已经接近上限，未来水资源相对缺少但煤炭资源丰富地区（例如陕北、内蒙等）的空冷机组必将得到发展，因此空冷技术必须加大对技术手段的研究，才可以获得更多的发展。

在电力工业的发展中，该技术可以有效对水资源加以利用，随着我国可利用水资源的不断减少，该技术也在工程建设中发挥更多的作用，达到节能的功效。另外，在实际的工程中空冷系统的类型选择也可以对系统方案的优化设计提供一定的参考，空冷技术的研究也必须科学化和合理化，研究人员对此必须加以重视。特别是随着空冷设备的大量使用，在使用中也出现了一些问题，燃煤资源的价格上涨也对冷却系统的使用造成了一定的影响，这也增加了工程的成本，但是不能因为燃煤的增加就否定空冷系统对工程的现实意义。现在很多的工程的赞助商，在工程的初期为了节约成本，都会选择间接的空冷系统，这样的话，就会影响工程的质量，在项目的初期还容易造成出现一些资金浪费的问题，因为间接的空冷系统在使用上，效率比较低。

结语

综上所述，本文通过对空冷系统的介绍，综合的探讨了这几种空冷系统的优劣性，分析了空冷系统优化原则和优化的防范。空冷系统在工程中可以发挥节能环保的作用，提高对水资源的利用率，为我国的水资源保护也做了一定的贡献。对于某实际工程空冷系统型式的选择及方案优化，建议：结合工程实际情况，从工程的设计、施工、安装、调试、运行、检修、维护以及能够预见的未来有关因素的变化等各方面综合考虑，通过优化计算、分析研究，最终确定适合于实际工程的空冷系统系型式及方案设计，以确保机组的长期稳定、安全、经济运行。

参考文献：

[1]吕洋.火电厂空冷系统优化及综合技术经济比较[J].科技创业家，2013，（22）：91-92.

[2]刘轶斌.火电厂空冷系统优化及综合技术经济比较[D].北京：华北电力大学；华北电力大学（北京），2012.

[3]原杰.火电厂空冷系统优化及综合技术经济比较分析[J].建材发展导向（上），2018，16（09）：387.