1000MW超超临界机组空冷系统选型设计探讨

效率高、加工制造简单、重量轻、运输方便、防腐效果 好等优点。 该散热器为圆型铝基管、铝板翅片，基管 管径为 18 mm， 铝管壁厚 0.75 mm， 板翅片尺寸为 600 mm×150 mm，翅片间距 2.88 mm，翅片厚度 0.33 mm，6 排管。 冷却三角高 27 m，由 2 个 6 m 长冷却段 和 3 个 5 m 长冷却段组成， 冷却三角进风口一侧安 装垂直轴调节的百叶窗，控制进风量。 3.3.3 每台机配 1 座空冷塔，底部直径约 180 m，散 热器外缘直径 188 m， 塔高约 180 m， 进风口高 28 m。 若采用钢管钢片散热器水平布置在空冷塔内，冷 却塔底部直径将达到 200 m 以上。 3.3.4 单元制供水系统。 每台机配 3~4 台立式蜗壳 泵，夏季循环水泵同时运行，其他季节根据需要调节 运行台数。
0 引言
国家“建设环境友好型、资源节约型社会”的战 略目标，要求空冷机组向大型化、更节能和环保等方 面发展。 我国三北地区有一批 1 000 MW 超超临界 空冷机组正在规划建设中，如山西古城电厂、河津 电厂和沁源电厂等。 本文以山西某工程为例，探讨 1 000 MW 超超临界机组空冷系统的选型设计。
数值 16 9 20
2×90.5 122
(32~34)×104
配 2 台立式循环水泵。 空冷塔底部直径 82 m，进风 口高 12 m， 空冷塔高 125 m。 如果冷却三角水平布 置，空冷塔底部直径为 95 m。 2.3 辅机冷却水系统
辅机冷却水采用湿冷系统，主要为冷油器、氢冷 器和空压机等设备提供冷却水，2×1 000 MW 机组辅 机冷却水量约 7 400 m3/h，2 台机组共配置 3 个机械 通风湿式冷却塔，3 台冷却水泵，2 用 1 备。
表 3 SCAL 间接空冷系统优化设计参数
项目 设 计 气 温 /℃ 设计背压/ kPa 夏季背压/ kPa 汽 轮 机 排 汽 量 / （t·h-1） 小 汽 轮 机 排 汽 量 / （t·h-1） 空冷塔设计散热量/ MW 表 面 式 凝 汽 器 面 积 /m2 循 环 水 量 / （m3·h-1） 空 冷 散 热 器 面 积 /m2 冷却三角数/个
数值 16 12 24
1 728.2 2×90.5 1 192.8 60 000 99 000 (245~255)×104 236~240
3.3 间接空冷系统设计特点 3.3.1 表 面 式 凝 汽 器 采 用 不 锈 钢 管 ， 冷 却 面 积 为 60 000 m2，比 1 000 MW 湿冷机组凝汽器面积略大。 3.3.2 空冷散热器采用铝管、铝片散热器，具有传热
收稿日期： 2008-12-24 作者简介： 柴靖宇（1973—），男，高级工程师，从事火力发电厂设计、研发、咨询和评审工作。
第6期
1 000 MW 超 超 临 界 机 组 空 冷 系 统 选 型 设 计 探 讨
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表 1 1 000 MW 机组直接空冷系统优化设计参数
项目 年 平 均 气 温 /℃ 设 计 气 温 /℃ 设 计 背 压 /kPa 夏 季 气 温 /℃ 夏 季 背 压 /kPa 汽 轮 机 排 汽 量 / （t·h-1） 空 冷 系 统 设 计 散 热 量 /MW 空 冷 凝 汽 器 迎 面 风 速 / （m·s-1） 空 冷 凝 汽 器 总 散 热 面 积 /m2 冷却单元数/个 空 冷 平 台 高 度 /m
汽动泵间接空冷系统需设置独立的表面式凝汽 器、凝结水系统和抽真空系统。
每台机配置 1 座自然通风空冷塔， 冷却三角垂 直布置在空冷塔四周， 共 88 个 10 m 高冷却三角分 别安装在 4 个冷却段， 每台机循环水量 9 200 m3/h，
表 2 汽动泵间接空冷系统优化设计参数
项目 设 计 气 温 /℃ 设 计 背 压 /kPa 夏 季 背 压 /kPa 小 汽 轮 机 排 汽 量 / （t·h-1） 空 冷 塔 设 计 散 热 量 /MW 空 冷 散 热 器 总 面 积 /m2
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第 30 卷 第 6 期 2009 年 6 月
电力建设 E电lec力tric 建Pow设er Construction
Vol ． 30 No．空冷系统选型设计探讨
柴靖宇
（中 国 电 力 工 程 顾 问 集 团 公 司 ，北 京 市 ，100011）
3 1 000 MW 间接空冷方案
3.1 间接空冷系统选择
间接空冷系统根据凝汽器类型的不同， 有表面 式凝汽器间接空冷系统和混合式凝汽器间接空冷系 统。混合式间接空冷系统具有传热效率高、端差小等 优点，但循环水和凝结水混合在一起，对循环水水质 要求高，循环水泵要具有大型凝泵的性能，其设计、 制造、运行及维护较困难，循环水泵和水轮机组需进 口或依赖国外技术制造。 表面式间接空冷系统虽然 端差稍高于混合式间接空冷系统， 但循环水和凝结 水分为 2 个独立系统，各自构成独立回路，2 种水质 按不同要求进行处理， 水处理系统简单、 水质易控 制，可采用常规的循环水泵。 该系统具有扬程低、节 省厂用电的优点。
空冷凝汽器外部流场均匀性是影响其冷却能力 的重要因素， 国内开展了很多外流场的数模和物模 研究工作， 但对空冷凝汽器内流场均匀性的研究很 少， 已运行的空冷机组不同冷却单元凝结水温度差 异反应出内流场的不均匀。 方案 2 提出的空冷凝汽 器布置方案汽侧分配更均匀，初步数模计算表明：布 置方式从传统 5×8 改为 8×5， 减少每列分配管上冷 却单元数量，从而减少了蒸汽的流程和压降，使每列 支管内的流动状态得到改善， 促使整个系统排汽流 量分配更均匀，充分发挥每个冷却单元的冷却能力。
1 000 MW 超超临界机组对水质要求较高，采用 表面式间接空冷系统具有系统简单、 运行维护方便 等优点。 表面式间接空冷系统根据散热器布置型式 的不同， 有水平布置在空冷塔内和垂直布置在空冷 塔外进风口处 2 种。 根据 600 MW 机组工程经验和 1 000 MW 机组的空冷塔布置设计，散热器安装在空 冷塔外进风口处具有空冷塔体型小、 占地面积小等 优点。
［摘 要］ 文章以山西某工程为例 ，针对 1 000 MW 超超临界空冷机组的特点 ，介绍了直接 空冷 和 间 接 空 冷 方案，并对 2 种设计方案的特点、经济性等进行了分析，供 1 000 MW 机组空冷系统选型设计参考。 ［关键词］ 1 000 MW 机组；超超临界机组；直接空冷；间接空冷；选型设计 中图分类号： TM621 文献标志码： B 文章编号： 1000-7229 （2009） 06-0062-04
1 1 000 MW 空冷机组特点
与湿冷机组相比，空冷机组具有设计背压高、受 环境气象条件影响变化幅度大的特点。 为充分发挥 空冷机组在全年多数气象条件下的出力潜能， 降低 机组的年平均煤耗率， 同时有利于机组的安全经济 运行， 空冷机组工况可参照 IEC60045-1 标准的相 关规定定义， 即空冷机组铭牌功率采用设计背压对 应的出力（TMCR 工况），这一建议已被《大中型火力 发电厂设计规范》（征求意见稿）采纳。
3.3.5 若采用混合式间接空冷系统， 其端差比表面 式凝汽器小 2 ℃左右，相同的冷却效果条件下，混合 式 间 接 空 冷 系 统 空 冷 散 热 器 面 积 可 减 少 8%左 右 ， 空冷塔直径可减少至 170 m。 但 1 000 MW 机组配置 的喷射式凝汽器设计制造经验少， 每台机需配 4~5 台大型类似凝泵性能的循环水泵和水轮机， 循环水 泵组需进口或依靠国外技术制造。 3.4 空冷塔结构设计可行性分析
1 000 MW 超超临界机组， 每台机配 1 座空冷 塔，底部直径和高度约 180 m。 大型间接空冷塔设计 研究表明：经过风洞试验和数模计算分析，采取相应 措施建造大型间接空冷塔是可行的。 国内外大型冷 却塔概况见表 4。
2 1 000 MW 机组直接空冷方案
2.1 主机直接空冷系统
直接空冷系统是指汽轮机的排汽直接用空气来 冷凝，空气与蒸汽进行热交换。冷却空气通过机械通 风方式供应， 空冷凝汽器由钢基管钎接铝翅片的单 排管组成。 1 000 MW 机组直接空冷系统优化设计参 数如表 1。
1 000 MW 空冷汽轮机采用四缸四排汽方案，从 低压缸下部 2 个排汽装置接出的乏汽通过 2 根 DN7800 的管道引到主厂房外， 空冷凝汽器总体布 置有 2 个方案可供选择。 方案 1：布置型式与传统的 600 MW 级 机 组 相 同 ， 每 根 排 汽 管 沿 横 向 分 5 根 DN3400 的 蒸 汽 分 配 管 向 空 冷 凝 汽 器 管 束 分 配 乏 汽。 每台机组空冷凝汽器由 10 列组成，每列 8 个冷
本文探讨的间接空冷方案采用表面式凝汽器 和 垂 直 布 置 空 冷 散 热 器 组 成 的 SCAL （Surface Condenser Aluminium exchangers）间接空冷系 统 ，主 机和汽动给水泵排汽合并接入同一个间接空冷系 统 [3] 。
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电力建设
第 30 卷
3.2 SCAL 间接空冷系统优化的设计参数（表 3）
数值 10 16 13.5 30 26.8
1 738.2 1 088.5
2.2 (220~230)×104
80 50
却单元，包括顺流和逆流空冷凝汽器。每个冷却单元 两侧约有 400 根空冷凝汽器单排管， 每根 DN3400 蒸汽分配管向 3 200 根空冷凝汽器单排管配汽 ，所 有 顺 流 管 束 并 联 运 行 ，15% 左 右 的 逆 流 管 束 与 顺 流 管束串联运行。 方案 2：布置型式为每根 DN7800 排 汽管道沿纵向分 8 根 DN2800 蒸汽分配管向空冷凝 汽器管束分配乏汽。每台机组空冷凝汽器由 16 列组 成， 每列 5 个冷却单元， 包括顺流和逆流空冷凝汽 器。 每根 DN2800 蒸汽分配管向 2 000 根空冷凝汽 器单排管配汽。
对于 1 000 MW 级空冷机组，采用成熟的 1 000 MW 湿冷汽轮机高、中压缸模块，高、中压缸结构和 通流能力不做调整， 低压缸模块结合工程情况优化 设计[1]。 目前 600 MW 级两排汽空冷机组正在建设， 如 上 汽 910 mm 叶 片 ，哈 汽 940 mm 叶 片 ，东 汽 762 mm 叶片等， 这种叶 片 已 通 过 成 型 设 计 和 强 度 、振 动 等 计 算 ，理 论 上 没 有 问 题 ，在 600 MW 双 排 汽 机 组上验证后可以应用到 1 000 MW 空冷机组[2]。 成 熟 的 1 000 MW 湿 冷 汽 轮 机 高 、 中 压 缸 模 块 配 置 600 MW 两缸两排汽空冷机组末级和次末级叶片的 低压缸模块， 可形成四缸四排汽的 1 000 MW 超超 临界空冷汽轮机。