发电厂空冷技术毕业论文

发电厂空冷技术毕业论文内容摘要：

③基建投资中等 ，为120%；④占地面积中等，为 156%。 其缺点是：①铝制空冷散热器耐冲洗、耐抗冻性能差；②空冷散热器在塔外布置，易受大风影响其带负荷的能力；③设备系统复杂，且有薄弱环节。 海勒式间接空冷系统适合与气候温和、无大风地区，带基本负荷。 具有表面式凝汽器的间接空冷系统 1．哈蒙式间接空冷系统 具有表面式凝汽器、散热器通常在塔内呈倾斜布置的间接空冷系统又称哈蒙式间接空冷系统。 （中性除盐水水质） 补充水 图 12 海勒式空冷机组原则性汽水系统 1— 锅炉； 2— 过热器； 3— 汽轮机； 4— 喷射式凝汽器； 5— 凝结水泵； 6— 凝结水精处理装置； 7— 凝结水升压泵； 8— 低压加热器； 9— 除氧器； 10— 给水泵； 11— 高压加热器； 12— 冷却水循环泵； 13— 调压水轮机； 14— 全铝制散热器； 15— 空冷塔； 16— 旁路节流阀； 17— 发电机 第 7 页 哈蒙氏间接空冷系统如图 13 所示。 这种空冷系统是在海勒式间接空冷系统运行实践基础上发展起来的。 鉴于海勒式间接空冷系统采用 的喷射式凝汽器，其运行端差实际值和表面是凝汽器端差相比较没有明显减少。 在喷射式凝汽器中，循环冷却水与锅炉给水是连通的，由于锅炉给水品质控制严格，系统中要求设凝结水精处理装置；对高参数、大容量的火电机组，给水水质控制和处理尤为困难，于是在单机容量 300 和 600MW 级火电机组发展了哈蒙氏间接空冷系统与直接空冷系统。 哈蒙氏间接空冷系统由表面是凝汽器与空冷塔构成。 该系统与常规的湿冷系统基本相仿，不同之处是用空冷塔代替湿冷塔，用不锈钢管凝汽器代替铜管凝汽器，用除盐水代替循环水，用密闭式循环冷却水系统代替开敞式循环冷却 水系统。 在哈蒙氏间接空冷系统回路中，由于冷却水在温度变化时体积发生变化，故需设置膨胀水箱。 膨胀水箱顶部和充氮系统连接，使膨胀水箱水面上充满一定压力的氮气，这样即可对冷却水容积膨胀起到补充作用，又可避免冷却水和空气接触，保持冷却水质不变。 在空冷塔底部设有储水箱，并设置两台输水泵可向冷却塔中的空冷散热器充水。 空冷散热器及管道满水后，系统即可启动投运。 哈蒙氏空冷系统的散热器有椭圆形钢管外缠绕椭圆形翘片或套嵌矩形钢翅片的管束组成，椭圆形钢管及翅片外表面进行整体热镀锌处理。 下热空气冷空气冷空气（碱性除盐水水质） 图 13 哈蒙式空冷机组原则性汽水系统 1— 锅炉； 2— 过热器； 3— 汽轮机； 4— 表面式凝汽器； 5— 凝结水泵； 6— 凝结水精处理装置； 7— 凝结水升压泵； 8— 低压加热器； 9— 除氧器； 10— 给水泵； 11— 高压加热器； 12— 冷却水循环泵； 13— 膨胀水箱； 14— 全钢制散热器； 15— 空冷塔； 16— 除铁器； 17— 发电机 第 8 页 该系统采用自然通风方式冷却，将散热器装在自然通风冷却塔中。 哈蒙氏间接空冷系统类似于湿冷系统，其优点是：①节约厂用电， 设备少，冷却水系统与汽水系统分开，两者水质可按各自要求控制；②冷却水量可根据季节调整，在高寒地区，冷却水系统中可充以防冻液防冻；③空冷散热器在塔内布置，其带负荷能力基本上不受大风影响。 其缺点是：①空冷塔占地大，基建投资多，约为 126%；②发电煤耗多，约为105%；③系统中需要两次换热，且都属于表面式换热，使全厂热效率有所降低。 哈蒙氏间接空冷系统适用于核电站、热电站和调峰大电厂。 其他空冷系统 （一） SCAL 间接空冷系统 这种空冷系统更像是哈蒙式间接空冷系统的无塔系统和海勒式间接空冷系 统的空冷塔结合构成，称其为 SCAL 间接空冷系统。 该系统由不锈钢管的表面式凝汽器和空冷塔底部垂直布置的福哥型铝管铝翅片散热器组成，并在空冷系统回路中设置了对冷却水膨胀起补偿作用的膨胀水箱。 经空冷散热器冷却后的低温冷却水在表面式凝汽器中，通过金属管壁与汽轮机排汽进行对流换热，水蒸汽在金属管壁凝结后，凝结水汇于凝汽器底部热井，由凝结水泵送回汽轮机回热系统。 冷却水在自然通风塔周边垂直布置的空冷散热器中与空气对流换热，冷却后的循环水经循环水泵再送回到表面式凝汽器中冷却汽轮机排汽，完成一个闭路循环，其流程如图 14所示。 采用表面式凝汽器和福哥型铝管铝翅片散热器的 SCAL 间接空冷系统，是一种优化型的空冷系统。 其特点是：（ 1）冷却水在循环过程中完全为密闭循环运行，不产生水的损耗，理论上该系统耗水为零，是一种节水型的冷却水系统；（ 2）该系统采用表面式凝汽器，冷 图 14 SCAL 间接空冷机组原则性汽水系统 1— 锅炉； 2— 过热器； 3— 汽轮机； 4— 表面式凝汽器； 5— 凝结水泵； 6— 凝结水精处理装置； 7— 低压加热器； 8— 除氧器； 9— 给水泵； 10— 高压加热器； 11— 膨胀水箱； 12— 冷却水循环泵； 13— 铝管铝翅片散热器； 14— 空冷塔； 15— 发电机 第 9 页 却水与凝结水有各自的系统，水质按各自的标准处理，冷却水系统采用除盐水，且闭式运行，凝汽器管束内结垢堵塞的情况几乎没有，提高了表面式凝汽器的换热效率；（ 3）表面式凝汽器采用不锈钢管，福哥型散热器为铝材质，控制循环水系统的 pH 值，可以成功控制两种材质的腐蚀速率，保证 使用寿命；（ 4）循环水系统处于密闭状态，循环水泵扬程低，消耗功率少，取消了水轮机和调压装置；（ 5) 采用铝管铝翅片散热器，换热效果好，散热器面积较小，冷却三角垂直布置在空冷塔外围，空冷塔体型小；（ 6）系统简单，操作方便，基建投资省。 （二） 采用冷却剂代替水的间接空冷系统 这种冷却方式是采用低沸点工质（如氟里昂、氨甲基丙二醇、丁二醇等）代替水作为中间冷却介质，其流程如图 15所示。 低沸点冷却介质与空气进行热交换可以省去循环水泵、系统比较简单、传热性能好。 但冷却剂价格昂贵，还有一些其它问题有 待进一步解决。 因此，目前这种冷却系统尚处于探讨之中，虽然有一些文章对此进行了论述，但是无大型机组应用实例报道。 2 直接空冷系统与设备 简介 直接空冷系统，又称空气冷却系统，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。 所需冷却空气，通常由机械通风方式供应。 直接空冷的凝汽设备称为空冷凝汽器。 组成空冷凝汽器的若干管束称为散热器。 接空冷系统由自汽轮机的排汽装置出口至凝结水泵入口范围内的设备和管道组成。 主要包括：汽轮机排汽管道和膨胀节；蒸汽分配管及空冷器管束；凝结水系统；抽空气系统；疏水系统 ；空气供应系统；钢构架组成的空冷平台；自控系统及仪表；各种管制件；系统保护设备；清洗系统。 其中排汽管道、空冷凝汽器管束、风机、抽真空设备是非常重要的。 图 15 采用冷却剂代替水的间接冷却系统 1— 汽轮机； 2— 表面式凝汽器； 3— 凝结水泵； 4— 散热器； 5— 自然通风塔； 6— 汽液分离器； 7— 发电 机 第 10 页 这些设备直接关系到直接空冷系统运行的经济性和安全性。 在系统中，一台风机、几片管束及“ A”形构架组成一个冷却单元。 冷却单元又可分成顺流管束冷却单元和逆流管束冷却单元。 自控系统和仪表以及保护设备直接影响空冷系统的自动化程度及安全经济运行性能。 本章主要针对上述对空冷系统起重要作用的设备进行阐述。 各主要设备在空冷系统中的位置见 21 图 21 直接空冷凝汽器 空冷凝汽器的分类 凝汽器作为汽轮发电机组的一部分 ,它的作用就是把汽轮机排出的乏汽凝结成水 ,与真空抽气装置一起维持汽轮机排汽缸和凝汽器内的真空 ,并把凝结水回收作为锅炉的补水。 直接空冷凝汽器中，汽轮机排出的蒸汽在装有翅片管束的椭圆形或扁形管内流动 ,冷空气在翅片管外对蒸汽直接冷却。 （一） 据空冷凝汽器的结构型式 空冷凝汽器的结构有顺流式、逆流式、顺逆流联合式三种。 顺流式 第 11 页 汽轮机排汽沿配汽管由上而下进入空冷凝汽器被冷凝，冷凝后的凝结水的流动方向与蒸汽流动方向相同， 称之为顺流式空冷凝汽器。 顺流的空冷凝汽器具有凝结水液膜较薄、传热效果好、汽阻也小等优点。 但在低负荷或低气温条件下，凝结水箱内可能出现凝结水过冷却现象。 过冷却将使凝结水含氧量增多，引起翅片管的腐蚀。 过冷却还有导致冰冻的危险。 逆流式 汽轮机排汽沿配汽管由下向上进入空冷凝汽器被冷凝，冷凝后的凝结水的流动方向与蒸汽流动方向相反，称之为逆流式空冷凝汽器。 逆流式空冷凝汽器虽没有凝结水过冷却和冰冻现象，但由于散热管管内凝结水液膜较厚，汽阻大，故传热效果差。 顺逆流联合式 在直接空冷系统中，既要提 高传热性能，又需防止凝结水冻结，空冷凝汽器绝大多数采用顺逆流联合方式的结构，即以顺流为主、逆流为辅，且两者间散热面积维持一定比例。 （二）据冷却空气的提供方式 直接空冷凝汽器的冷却用空气可通过自然通风和强制通风的方式供给。 空冷凝汽器相应分为自然通风直接空冷凝汽器和强制通风直接空冷凝汽器。 自然通风直接空冷凝汽器 空冷凝汽器管束布置在自然通风塔内，通过自然通风方式供给冷却用空气。 目前，这种布置方式已引起了有关人员的关注，但也存在一些实际的问题。 如对于 600MW 级直接空冷凝汽器由于自然通风的 空冷塔尺寸太大，很难在汽轮机房外地段上找到布置厂地； 300MW级直接空冷凝汽器，由于目前其配备散热面积、风机台数以及噪声水平都达到最佳状态，因而也限制了自然通风直接空冷凝汽器的使用。 强制通风直接空冷凝汽器 机组不设空冷塔，冷却用空气由装在管束下面的轴流风机通过强制通风供给。 与自然通风直接空冷凝汽器相比，存在大直径轴流风机制造工艺要求高，风机耗能大，噪声控制要求严等技术问题，但因其具有占地面积小，基建投资小，冷却风量易于控制等优点，得到广泛的应用。 本书将重点介绍该类直接空冷凝汽器。 （三） 据组成 管束的翅片管的排数 直接空冷凝汽器可分为单排翅片管空冷凝汽器和多排翅片管空冷凝汽器。 单排管束与多排管束的对比，在散热管束部分进行叙述。 （四） 据冷却元件材质与形状 直接空冷凝汽器可分为 热浸锌椭圆钢管套矩形翅片管、大口径热浸锌椭圆钢管绕椭圆翅片管、大直径扁钢管钎焊铝蛇形翅片管、扁钢管上热浸锌钢翅片管等 空冷凝汽器。 大型直接空冷机组空冷凝汽器的布置方式 第 12 页 空冷凝汽器分主凝汽器和分凝汽器两部分。 主凝汽器多设计成汽水顺流式，它是空冷凝汽器的主体；分凝汽器则设计成汽水逆流式，可造成空冷 凝汽器的抽空气区。 在直接空冷系统中，空冷凝汽器的布置与厂址处的风向、风速及发电厂主厂房朝向都有密切关系。 大型火电机组的空冷凝汽器通常布置在紧靠汽机厂房的 A 列柱外侧且平行于A列。 在与主厂房平行的纵向平台上布置若干个单元组，其总长度与主厂房长度基本一致，每个单元组由多个主凝汽器与一个辅凝汽器组成“ A”字型排列结构，并在其下部设置多台大直径的轴流冷却风机。 空冷凝汽器管束按管内凝结水与乏汽流向关系分为顺流管束和逆流管束。 通常机组由若干列，几百片管束和数十台风机组成，每台风机向若干片管束供风（即组 成一个空冷凝汽器单元）。 这若干片管束组成一组空冷凝汽器。 空冷凝汽器的支架有两种结构形式 ,一种是钢结构 ,一种是钢筋混凝土结构。 从目前的资料看钢结构支架应用的多一些 图 22 空冷岛单列流程图 第 13 页 图 23 空冷构架模拟图 散热管束 冷却元件即翅片管，它是空冷系统的核心，其性能直接影响空冷系统的冷却效果。 对翅片管的性能基本要求： （ 1）良好的传热性能； （ 2） 良好的耐温性能； （ 3） 良好的耐热冲击力； （ 4） 良好的耐大气腐蚀能力； （ 5） 易于清洗尘垢：足够的耐压能力，较低的管内压降： （ 6） 较小的空气侧阻力； （ 7） 良好的抗 机械振动能力； （ 8） 较低的制造成本。 （一）冷却元件分类 根据散热器光管及翅片所用金属材料的不同，可以将应用于空冷电厂的散热器分为铝管铝翅片散热器（也称为福哥型散热器）、钢管钢翅片散热器和钢管铝翅片散热器三类。 当前，空冷机组主要有七种冷却元件可供选择，即： (1) 铝管套铝翅片管（海勒式间接空冷系统）； (2) 圆钢管套铝翅片管（直接空冷系统）； (3) 热浸锌椭圆钢管（ 36*14）套矩形钢翅片管（间接空冷系统）； (4) 热浸锌大直径椭圆钢管（ 100*20）套矩形钢翅片管（直接空冷系统）； (5) 大口径热浸锌椭圆钢管绕椭圆翅片管（直接空 冷系统）； 第 14 页 (6) 大直径扁钢管钎焊铝蛇形翅片管（直接空冷系统） (7) 扁钢管上热浸锌钢翅片管（直接空冷系统）。 以下主要介绍应用于直接空冷系统的冷却元件。 直接空冷所采用的圆钢管套铝翅片管在一些国家得到应用。 从减少管内阻力和防冻考虑，。