钢厂富余煤气发电空冷机组尖峰冷却系统设计

钢厂富余煤气发电空冷机组尖峰冷却系统设计
发布时间：2022-11-14T07:09:15.566Z 来源：《中国电业与能源》2022年第13期作者： 1赵芬 2贾荣
[导读] 随着国家节能减排政策的实施，钢厂富余煤气发电已成为趋势。

对空冷发电机组而言，设置尖峰冷却系
1赵芬 2贾荣
四川电力设计咨询有限责任公司四川成都 610041）
发《中国电业与能源》2022年13期
【摘要】随着国家节能减排政策的实施，钢厂富余煤气发电已成为趋势。

对空冷发电机组而言，设置尖峰冷却系统是解决机组迎峰度夏问题的主要措施。

本文结合山西某钢厂新建的富余煤气发电空冷机组尖峰冷却系统的设计，阐述中小型空冷机组尖峰冷却系统容量的确定，并对选型方案进行分析后得出结论。

【关键词】钢厂富余煤气发电；尖峰冷却；蒸发冷却
0引言
钢厂在生产过程中会产生大量富余煤气，利用富余煤气进行发电，可以对资源进行高效利用，也是贯彻执行国家节能减排政策的主要思路。

在进行煤气发电机组建设时，受到煤气热值和富余煤气产量以及企业自身电力调度的影响，建设规模一般都比较小，一般选择中小型机组进行建设[1]。

我国华北、西北、东北等采用空冷机组的电厂，部分机组由于对夏季用电高峰期气候条件考虑不足、空冷凝汽器长期运行导致换热效率下降等原因导致在夏季高温时段不能满发，无法保证迎峰度夏的用电要求。

因此，很多电厂对已有的空冷机组进行增容改造，加装尖峰冷却系统。

吸取这些空冷机组增容改造的经验，近年新建的钢厂富余煤气发电空冷机组，为了避免今后运行出现夏季无法满发的问题，在新建时就考虑设置了尖峰冷却系统。

以下结合山西某钢厂新建的富余煤气发电空冷机组尖峰冷却系统的设计，阐述中小型空冷机组尖峰冷却系统容量的确定，并对选型方案进行分析。

1工程背景资料
山西某钢厂利用富余煤气综合利用发电，新建一台220t/h高温超高压燃烧高炉煤气锅炉和一台65MW高温超高压一次中间再热凝汽式汽轮发电机组，主机冷却采用直接空冷系统。

2尖峰冷却系统概述
国内空冷机组尖峰冷却系统常用的方案有：直接增加空冷冷却单元、采用立式三角形空冷凝汽器、采用带蒸发冷却器的蒸发冷系统（简称蒸发冷）、采用带表面式凝汽器和机力塔的湿冷系统（简称湿冷）。

比较了这些方案后，适合于钢厂富余煤气发电这种中小型空冷机组的尖峰冷却系统方案有蒸发冷和湿冷两种[2]。

蒸发冷是在夏季运行工况时，将空冷凝汽器和蒸发冷却器联合运行。

从直接空冷主排汽管道上分流一小部分汽轮机排汽，接入蒸发冷却器内进行冷却，冷却后的凝结水和空冷凝汽器的凝结水一起返回汽轮机排汽装置。

蒸汽在蒸发冷却器内采用喷淋水进行冷却，出水再经喷淋水泵加压后返回喷淋管循环使用。

湿冷是在夏季运行工况时，将空冷凝汽器和表面式凝汽器、机力塔联合运行。

从空冷主排汽管道上分流一小部分汽轮机排汽，进入表面式凝汽器进行冷凝，凝结水和空冷凝汽器的凝结水一起返回汽轮机排汽装置。

蒸汽在表面式凝汽器内采用外部水进行冷却，温度升高后的外部热水进入机械通风冷却塔进行冷却，出水再通过循环水泵加压后返回表面式凝汽器循环使用。

3尖峰冷却系统容量确定
在DL/T 5339-2018《火力发电厂水工设计规范》中指出，主机空冷系统夏季计算气温可根据典型年干球温度统计表，在不超过200h的
气温范围内取值确定。

即尖峰冷却系统需要保证在200h对应的气温以上、极端最高气温以下这个温度范围内保证机组满发。

根据本工程附近气象站典型年干球温度小时数累积统计可知，200h对应的气温为36℃，取年平均大气压力为设计值，同时根据汽轮机满发设计参数，根据热力计算可得出直接空冷系统设计规模。

之后在热力计算中代入本工程极端最高气温38℃，求得能满足冷却要求的汽轮机排汽量，此排汽量小于36℃时排汽量的部分，即为尖峰冷却系统的设计进汽量。

确定了尖峰冷却系统的设计进汽量后，还需要根据后续不同类型尖峰冷却系统对水量的约束条件进行校核，才能最终确定尖峰冷却系统的容量。

4尖峰冷却系统方案分析
4.1技术分析
蒸发冷和湿冷这两种方案均属于成熟可行的工艺，在国内大型空冷机组的增容改造上均有较多成功运行的案例。

4.1.1技术对比
（1）换热特点：蒸发冷采用一次换热，主要利用蒸发潜热换热，换热机理先进、高效；湿冷采用二次换热，内部蒸汽为潜热换热，外部水为显热换热。

（2）布置位置及占地要求：蒸发冷紧邻空冷岛布置，占地小；湿冷的机力塔可与辅机冷却系统机力塔紧邻布置，循环水泵可与辅机冷却系统循环水泵紧邻布置，占地大。

（3）土建设施：蒸发冷却器需用钢支架支撑、排汽管道做支架；湿冷的机力塔下需要修建集水池，若循环水泵室内安装，则需要修建泵房。

（4）施工安装：蒸发冷模块化制造，管道地上布置，安装方便；湿冷的凝汽器、机力塔需要现场组装，各设备之间需要现场管道连接，且管道有部分地下布置。

（5）对空冷岛的影响：蒸发冷的湿蒸汽对空冷散热器表面腐蚀和附近电气设备有一定影响；而湿冷远离空冷岛，无此影响。

4.1.2系统配置及参数
蒸发冷系统配置2台蒸发冷却器（单台蒸汽量8t/h）、2台喷淋水泵（单台功率11kW）；湿冷系统配置1台凝汽器（冷却面积350㎡）、1座机力塔（冷却水量1000m3/h）、1台循环水泵（功率75kW）。

设备均按露天布置。

4.2经济性分析
把蒸发冷和湿冷这两种方案的总投资分摊到每一年，再加上系统的年耗水、电费用，即为全年的年总费用。

本文比较这两种方案的年总费用，取最低者为最优方案。

在比较过程中，仅比较两者不同的部分；对两者相同部分未计入。

序号项目蒸发冷湿冷
1 设备耗水量（m3/h） 19.5（除盐水） 25（循环水）
2 年水费（万元） 1.7 0.5
3 设备耗电功率（kW） (11+18.5x2) x2=96 45+75=120
4 年电费（万元） 0.8 1.0
5 设备固定投资（万元） 100 70
6 土建固定投资（万元） 5 22
7 总投资（万元） 107.5 93.5
8 年固定费（万元） 10.7 9.4
9 年总费用（万元） 13.2 10.9
4.3方案选择
通过分析可以看出，蒸发冷方案具有换热效率高、占地小、耗电量小、耗水量小且除盐水在钢厂易获得、设备少且模块化制造、安装方便快捷等优点，年总费用仅比湿冷方案高2.3万元，因此最终采用了蒸发冷方案。

5结论
（1）钢厂新建富余煤气发电空冷机组尖峰冷却系统的设计可采用带蒸发冷却器的蒸发冷系统和带表面式凝汽器及机力塔的湿冷系统，两者均是成熟可行的方案。

（2）与湿冷系统相比，蒸发冷系统方案具有换热效率高、占地小、耗电量小、耗水量小且除盐水在钢厂易获得、设备少且模块化制造、安装方便快捷等优点，但湿蒸汽对空冷散热器表面腐蚀和附近电气设备有一定影响，且年费用略高。

参考文献
[1] 韩汉平,施璐,朱能闯,唐美琼. 钢铁企业高效煤气发电技术分析的发展[J]. 节能与环保,2020,10: 39-40.
[2] 徐正,邹红,张明. 直接空冷机组尖峰冷却系统的选型对比[J]. 电力勘测设计,2019,05: 8-14.
作者简介：赵芬（1983- ）汉族，女，硕士，工程师，主要从事电厂水工工艺设计。