煤化工热动力装置直接空冷系统优化布置

煤化工热动力装置直接空冷系统优化布置

孟胜利 蔡行行

中国电建集团河南省电力勘测设计院有限公司 河南郑州 450000

摘要：基于某煤化工热电厂项目两台100 MW汽轮机机组的直接空冷系统，提出了两种以主排气管中心线为中心的机组空冷平台方案。2个单元的风冷平台的轴对称布置和集中布置。并进行了技术经济分析。结果表明，每个单元的风冷平台是分开布置的。由于单机风冷系统的设备较小，因此无法直接连接两机的空气冷凝器平台。如果两个设备之间的空气冷却平台没有关闭，则会受到环境风的极大影响。土地也比较大，投资和经营成本高；两台机组风冷平台的集中布置可以减少投资和运行成本，且两者受高温，强风和冰冻的影响相差不大。

关键词：煤化工热动力装置；直接空冷系统；冷却单元；优化布置

引言

目前，全国几乎所有产煤省份和地区，煤化工行业“干快”的势头正在不断规划中。煤化工项目火电厂作为煤化工的辅助部分正在崛起，其装机容量一般位于12mw ~100mw之间的汽轮机排汽冷凝系统多采用直接空冷系统，空冷机组数量较少。风冷机组通常与主排气管中心线轴对称布置。这样，风冷平台之间的间隙往往因为不满足间隔要求而容易形成热风回流。有些项目简单采用钢板来缩小机组之间的空冷平台间隙，占地面积大，增加了投资成本。煤化工行业采用的是直接空冷系统，目前尚无行业和国家正式颁布的标准。

1.直接空冷技术的原理及特点

冷却系统是化工生产过程中的一个重要环节。由于工业装置需要循环水作为冷却介质来带走装置中无用的余热，高温高压蒸汽在汽轮机中做功后成为无用的排汽。排出的蒸汽释放出多余的热量，冷却成冷凝水再循环，然后开始一个新的循环。加热后的循环水通过使开放冷却塔中的部分水蒸发而自我冷却。由于循环水的大流量，这一过程蒸发了大量循环水，需要补水。直接空气冷却是一种以空气代替水作为冷却介质的冷却方法。直接空冷过程中基本上没有水。汽轮机的排汽直接进入空凝器，通过风机的作用强制空气换热，在封闭管束内冷凝。空气与管束中的排汽直接交换热量。

与水冷比较，直接空冷系统具有如下主要特点：

　　1.1节水

　　ACC单套消耗的循环水仅为160m3/h，如果采用水冷型的表冷器单套水耗则为8000m3/h.仅此一项采用直接空冷系统年节约循环水就达2.3亿 m3.循环水补水按总水量的2.5%计，每年可节省一次水576万m3，节水效果显著。

　　1.2节电

　　采用水冷的循环水也是在循环水站中用风机引风冷却，用泵输送管网的，这个过程消耗的电能不妨以神华空分ACC为例和空冷风机消耗的电能作一下简单的比较。

　　ACC为4套空分对应4套空冷器，每套空冷器9个110kw风机。按照此全厂循环水站的设计，循环水站的一个5000m3的凉水塔引风机电机为200kw，水泵单台流量9600m3/h，扬程50m，配套的电机功率1600kw。

　　a.采用水冷

　　风扇电机：8000*4/5000*200=1280kw

　　水泵电机：8000*4/9600*1600=5333kw

　　一次水补水水泵、加药泵电机：～100kw

　　b. 采用直接空冷

　　风机风扇电机：110*9*4=3960kw

　　风扇电机：160*4/5000*200=26kw

　　水泵电机：160*4/9600*1600=107kw

　　采用空冷可比水冷每小时节能：

　　（1280+5333+100）-（3960+26+107）=2620 kwh

　　每年节约电能：2620x7200=1886.4万kwh

　　节约电能39%.

　　一年可节约运行费用：

　　5760000*5 +2620*0.43*7200 =3691.2万元

　　（一次水按5元/ m3，电按0.43元/kwh，年操作时间7200h计）

　　1.3一次性投资高

　　空冷系统的一次性投资较高，一般约为相同能力水冷表面冷却器价格的10倍以上。

从以上的比较可以看出，直接空冷系统在运行能耗上比水冷要节能很多，预计装置运行3～4年左右即可收回空冷系统投资。

2.1布置方案的组成

2.1.1 方案一 单机空冷平台独立布置

每个单元配备12空气冷凝器的人字形基本冷却单元,这是肩并肩的排成4行3列的列一个蒸汽机房间外的中心线主要排气管中央轴平行于主车间。空压机第一排与蒸汽机舱A柱柱中心的柱中心距离为12.0m，排汽客车布置在其中。排气母线位置较高。考虑到空冷平台下方布置的变压器及蒸汽机舱高度，空冷平台高度确定为25m。风冷平台的分离距离一般要求不小于分离的风冷平台高度之和。由于两台风冷平台之间的间隙只有24.2m(考虑人行道2.0m)，为了避免热风回流的影响，两台机器的风冷平台需要用封闭钢板连接。2台机器总占地面积为长×宽122.20m × 40.24m。每个风冷平台由6根立柱支撑。单机4台需要悬臂布置，稳定性差，增加了平台钢量。风机和驱动装置安装在冷凝器平台的风机桥上。项目根据当地气象条件,年度和夏季风向频率最高的装饰空冷岛倾向于风,因此,采取适当的解决方案扩展长度的一列空冷岛的方向,但在一定程度上,增加空气流动的冷却风扇,改善流动空气冷却系统的传热特性,减少机组背压,以及防冻液在空冷蒸汽凝汽器组中的冷凝。根据ACC最低要求热负荷之间的关系数据和空气温度,当汽轮机开始在寒冷冬天的这个项目和类似工程经验在过去,真空隔离阀的数量需要在启动空气电容器时分别设置为。

2.1.2方案二 双机空冷平台合并布置

每台机组配备12台A型框架基本冷却机组空压机，在一排蒸汽机房外并排布置3排、4排，与主厂房平行。2个单元的总面积为71.5 m × 52.32m。空气冷凝器第一排列柱与蒸汽机舱A柱中心的距离为12.0m，两者之间设有排汽客车。排气客车的低层布置。空气冷凝器平台为钢板，标高25.0m。两台机的风冷平台由9根柱子支撑。单单元无需悬臂布置，稳定性好，减少平台钢量。风机和驱动装置安装在冷凝器平台的风机桥上。单机真空隔离阀数量设置为一台单机。

方案一、方案二的平面布置见图1。

图1 方案一和方案二的平面布置

2.2各布置方案的技术分析

在第一种方案和第二种方案中，每台机器都配有12个冷却单元。与第二种方案相比，第一种方案的压降仅略低0.1kPa，散热能力略高，过冷程度小，有利于防冬霜。方案2:管道的流径越长，压降越大，散热能力降低，过冷程度越高。

从工厂的总平面布置来看，各方案没有大的差别，可以满足布置要求。方案1占地面积大，变压器全部布置在风冷平台下。所述的变压器部件设置在风冷平台下方，对变压器的运行影响不大，风机的进风通道畅通。但是，连接主排汽管与配汽管的水平段很难布置在较高的位置，所以最好布置在较低的位置。

3.结语

通过对煤化工项目热动力装置工程2台100 MW汽轮机排汽直接空冷系统布置设计研究，每台机组空冷平台以主排气管中心线为中心轴对称独立布置，投资较高，年运行成本也较大。对于煤化工项目热动力装置工程小型的直接空冷系统，2台机组的空冷平台合并布置，占地小，运行管理方便，投资要小，运行成本也较低。虽然2台机组的空冷平台合并布置的方案管道压降稍大，但对背压影响不到1%，几乎可以忽略。建议今后采用直接空冷系统煤化工项目热动力装置，对于机组空冷平台的设计宜采用合并布置的方案。

参考文献

[1]张晓燕，冯培一，闫福岐； 直接空冷系统在兆光电厂中的应用[J]； 电力设备； 2016年03期； 114-115.

[2]马义伟； 发电厂空冷技术的现状与进展[J]； 电力设备； 2016年03期； 9-11.