张北某光热电站冷却系统选型

张北某光热电站冷却系统选型

刘晓勇

（思安新能源股份有限公司陕西西安710065）

摘要：主机冷却方式的改变关系到电厂的安全满发和经济运行，本专题报告根据电厂厂址的水文气象条件，从技术，经济和保证主机安全满发等方面对空冷系统的配置进行优化，提出适合于本工程的空冷系统的配置方案，提供推荐意见。经过技术经济比较，推荐主机采用机械通风间接空冷方案。

引言

本项目采用德国MAN汽轮机供货的50MW一次中间再热汽轮机，初始设备为水冷机组，设计背压为4.2kPa，根据国家对光热示范电站的冷却方式要求，拟將本汽轮机冷却方式由水冷改为空冷。

2.5.2工程自然条件简介

2.5.2.1地理环境条件

张北县位于河北省西北部，内蒙古高原东南陲，古长城外，地当南北冲要。地理坐标北纬40°57′，东经114°10′～115°27′。东临沽源县，北毗康保县，南以长城与张家口市、崇礼县、万全县为界；东南崇礼县，西为尚义县。拟建场地属于内蒙古高原南缘，属湖积地貌。地势北高南低，呈缓坡状，现场地标高介于1312~1331m，地形最大高差为19m，坡度为6.67‰，场地较平坦。

2.5.2.2气象条件

项目区属东亚大陆性季风气候中温带亚干旱区。总的特点是气温低而温差大，雨量少而集中，无霜期短，光照充足。多年平均气温3.2℃，极端最高气温33.4℃，极端最低气温-34.8℃。年平均降水量392.5mm，年内降水分配不均，降水量多集中在6～9月份，占全年的80%.

2.5.3空冷系统型式及应用情况

空冷系统分为直接空冷系统和间接空冷系统。直接空冷系统根据通风方式分为机械通风和自然通风。间接空冷系统根据配用的凝汽器分为表面式凝汽器和混合式凝汽器.

各系统型式特点简述如下：

2.5.3.1机械通风直接空冷系统

该系统亦称为ACC系统，它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，其工艺流程为汽轮机排汽通过粗大的排气管道至室外的空冷凝汽器内，轴流冷却风机使空气流过冷却器外表面，将排汽冷凝成水，凝结水再经泵送回锅炉。

2.5.3.2表面式凝汽器间接空冷系统

表面式凝汽器间接空冷系统是指汽轮机排汽以水为中间介质，将排汽与空气之间的热交换分两次进行：一次为蒸汽与冷却水之间在表面式凝汽器中换热；一次为冷却水和空气在空冷塔里换热。系统流程为：汽机排汽进入凝汽器由凝汽器管束内的冷却水进行表面换热，凝汽器循环水排水由循环水泵打至空冷塔内的空冷散热器，空冷塔冷却水出水再回到汽机房凝汽器内作闭式循环。该系统根据空冷散热器材质和布置不同分为水平布置表凝间冷和立式布置表凝式间冷。

立式布置表凝间冷系统指冷却散热器垂直布置在冷却塔进风口外侧，散热器可为铝质散热器，也可为钢质散热器。

水平布置表凝间冷系统指冷却散热器水平布置在冷却塔内，散热器材质为钢质散热器。

2.5.4直接空冷系统和间接空冷系统配置方案

主机排汽冷却系统关系到电厂的安全满发和经济运行，优化的目的是根据本工程环境温度、风速、排热量等条件，以及本工程汽轮机厂提供的排汽初步参数，从技术，经济和保证主机安全满发等方面对空冷系统的配置进行优化，提出适合于本工程的空冷系统的配置方案。

对混合式间接空冷系统，由于该系统配置的凝汽器为喷射式凝汽器，喷射式凝汽器系统比较复杂，费用较高，而表面式凝汽器间接空冷系统的凝汽器可采用湿冷系统的凝汽器，因此，从工程造价、运行的安全性、国产化率和水质控制要求较高等方面综合考虑，本次比选主机冷却系统不考虑混合式间接空冷系统。

2.5.5.2.3结论

采用表面式空冷系统的机组其循环冷却水是采用二级除盐水，冷却水中含盐量极低，主要是金属腐蚀产物，若凝汽器发生渗漏，漏入凝结水中的杂质以金属腐蚀产物为主，其总量不会很大，对于凝结水的污染通过凝结水精处理系统较宜去除。

直接空冷系统由于有庞大的空冷器，产生大量的腐蚀产物，造成凝结水中含铁量高，使得凝结水精处理系统的除铁负担大，而且凝结水温度高，对于离子交换树脂的稳定性要求高，特别是阴树脂，对使用寿命影响较大。

故仅从水化学工况控制的难易程度和凝结水精处理设置方面考虑，推荐采用表凝式间接空冷系统。但无论采取哪种冷却形式，选用合适的凝结水精处理系统，都能做到对水化学工况的有效控制。

2.5.7.1本工程的特点

本工程为光热发电项目，主机及凝汽器已按湿冷机组选型，因此在条件许可的情况下最大限度保证机组的发电量及发电效率。工程所处地历年平均温度（1956-2013）3.4℃；冬季平均气温-12.5℃；极端最低气温-34.8℃，按照典型年气温分布，气温在2℃以下全年平均出现小时数在3880h；全年冷季时间约44%，冬季漫长，1、2、3、11、12月的月平均气温在-3℃以下，夏季6、7、8的月平均温度都在22℃以下，整体上气温偏低，温差大，风速高。采用机械通风间接冷却方式可以实现更低的背压，机组运行稳定性好，夏季安全性高，冬季防冻效果好，工程投资低，项目占地面积小，满足已购机组的安全运行。

2.5.7.2推荐方案

结合本工程的实际特点，推荐采用机械通风间接空冷系统（主机6kPa）和自然通风间接空冷系统，其次考虑到机械通风表凝式间接空冷系统（主机6kPa）机组运行稳定性好，夏季运行安全性高，冬季防冻效果好，能够较安全得实现空冷低背压的运行，初投资低，具有较强的抗电价下调和供电量减少的外在风险，因此本次投标中按照机械通风表凝式间接空冷系统（主机6kPa）作为主选方案。自然通风表凝式间接空冷系统初投资高，在本严寒地区，在实现空冷低背压的运行的时候防冻问题较严重，但由于系统运行费用低，可以提供更多的电量，在保证供电量和电价的情况下，长期运行经济效益显著，因此自然通风间接空冷系统作为备选方案。