火力发电厂辅机循环水冷却方式的比较

赵 耀，李晓楠

(内蒙古电力勘测设计院，内蒙古 呼和浩特 010020)

火力发电厂汽轮机组排汽采用空冷系统时其辅机通常采用循环供水湿冷系统，主要的冷却设施是湿式机力通风冷却塔。随着空冷技术的发展，空冷技术也逐步应用在了辅机循环水冷却系统中。目前主要有两种，一是采用干式机力通风冷却器的冷却系统，另一是采用机力通风蒸发式冷却器的冷却系统。

1 系统组成

1.1 湿式机力通风冷却系统

(1)主机为空冷系统时，辅机循环水采用湿冷系统设置一套完整的辅机循环水系统设施，冷却水通过辅机循环水泵升压后送到主厂房内各辅机进行换热，升温后的水经过管道至湿式机力通风湿冷塔冷却降温，然后经辅机循环水泵继续循环使用。系统设施包括：辅机循环水泵房、辅机循环水泵、湿式机力通风湿冷塔、控制阀门及辅机循环水管道等。

(2)在湿冷系统中由于冷却水是开式的，冷却水与空气直接接触，传热传质同时存在，系统存在蒸发、风吹和排污损失，需要补充新鲜水。

(3)系统中的循环水水质为工业水。

(4)主厂房内部分设备冷却需要采用除盐水，因此设置水－水换热器及工业水升压泵闭式冷却系统，通过换热器用循环水冷却。

1.2 干式机力通风冷却系统

(1)辅机循环水在闭式系统中冷却，经过辅机换热器升温后的循环水，经管道引至设在干式机力通风冷却塔内的散热器，通过冷空气冷却散热器，从而达到对流经散热器的冷却水的冷却、降温。降温后的循环水直接回到辅机循环水泵，经水泵升压后进入辅机散热器，转入下一个循环。系统的设施包括：辅机循环水泵(房)、干式机力通风冷却塔(内含散热器、轴流风机、地下储水箱、补水泵、喷雾设施)、控制阀门及辅机循环水管道等。

(2)空冷系统的冷却水不与空气直接接触，仅有传热，没有传质，但为保证冷却水的出水温度，空冷塔内部辅助少量喷雾水，当气温高时，对散热器喷雾降温，系统补充水少，为了防止水在蒸发冷却器内结垢，冷却水的水质为除盐水。当外部需要喷水降温时，也采用除盐水。

(3)系统中的循环水的水质为除盐水，冬季可切换至主机循环水系统运行。

(4)主厂房内不需设置传统的水－水换热器及工业水升压泵即闭式冷却系统。

1.3 蒸发式冷却系统

(1)辅机循环水在闭式系统中冷却，通过辅机循环水泵将冷却水直接送至辅机设备进行冷却，升温后的水进入到蒸发冷却器内，经过空气或蒸发水冷却降温后再回到辅机循环水泵房，通过辅机循环水泵进行循环使用。辅机蒸发冷却系统的设施包括：辅机循环水泵房、辅机循环水泵、蒸发冷却塔、喷淋水系统、控制阀门及辅机循环水管道等。为了防止水在蒸发冷却器内结垢，冷却水的水质为除盐水。

(2)空冷系统的辅机循环冷却水不与空气直接接触，但为保证冷却水的出水温度，一般在环境温度6℃以上时进行外部喷水降温，喷水采用工业补充水即可。

(3)系统中的循环水的水质为除盐水，冬季可切换至主机循环水系统运行。

(4)主厂房内不需设置传统的水－水换热器及工业水升压泵即闭式冷却系统。

2 干式机力通风冷却系统与机力通风蒸发冷却系统区别

(1)两种系统的冷却机理不同。

机力通风间接空冷系统的冷却水通过翅片管束与空气换热，但不与空气直接接触，仅有传热，没有传质，但夏季高温段可通过向散热器进风口喷雾化的水降低空气进风温度，使系统达到夏季工况的条件和要求。一般在环境温度高的时段喷水降温，水质要求除盐水。

机力通风蒸发冷却系统是一种将水冷与空冷，传热与传质过程融为一体的冷却系统，其工作原理是冷却介质通过蒸发冷却塔把热量传给塔内管束外壁的水膜，水膜迅速蒸发带走热量，蒸发后的湿空气由上方的风机抽走，并由下面再进来新的冷空气进行冷却，以此循环。一般在环境温度高于6℃时喷水，水质采用工业水补充水。

(2)两种系统的冷却设施不同。

干式机力通风冷却系统散热器通常采用是间接空冷系统常用的铝管铝翅排管束，冷却管束组成冷却三角，冷却三角进风侧设置百叶窗。系统设充水及排水系统，由贮水箱、输水泵、充水管道和阀门等组成。水箱布置在冷却塔(间冷塔)内地面以下，输水泵布置在间冷塔地下泵房内。设置喷淋水泵，水泵布置在塔内，降温水从冷却塔出水管道引接，系统包括喷头、喷淋水泵、管道、阀门及管道支吊架、管件和配件等。喷淋水和辅机循环冷却水是互通的，水质一样，都为除盐水。

机力通风蒸发冷却系统的蒸发冷却塔由冷却器管束和填料组成，冷却器管束由不锈钢或无缝钢管盘绕而成，在冷却管束上设有喷淋水系统，喷淋水通过换热后水温较高，在换热器底部设有填料和集水池来冷却、收集喷淋水，收集到的喷淋水通过喷淋泵提升后循环使用。喷淋水与辅机循环冷却水是独立的，不互通，水质不同。

3 案例

在某电厂(2×350 MW机组)主机冷却采用空冷系统。辅机选择三种冷却方式进行比较。辅机循环水见表1。

表1 辅机冷却水量

3.1 各系统设施配置

3.1.1 湿式机力通风冷却系统

采用母管制供水系统。2台机组配3台辅机循环水泵，1座湿式机力通风冷却塔，设置1条压力进水管和1条压力回水管。经冷却塔冷却后的辅机循环水，通过钢筋混凝土沟自流至辅机循环水泵前池，经辅机循环水泵升压，通过压力进水管，冷却辅机设备，辅机排出的热水由回水压力钢管送回冷却塔冷却，循环使用。

辅机循环水泵：

流量：Q=1650 m3/h

扬程：H= 0.45 MPa

电动机功率：250 kW

数量：3台(2运1备)

冷却设施：

总处理水量：Q= 3500 m3/h

风机功率：75 kW/格

数量：3格

3.1.2 干式机力通风冷却系统

(1)系统过程

系统采用母管制供水系统。2台机组配3台辅机循环水泵，1座干式机力通风冷却塔，设置1条压力进水管和1条压力回水管。经冷却塔冷却后的辅机循环水，通过管道回至辅机循环水泵，经循环水泵升压，通过压力进水管，至主厂房冷却机务辅机设备，热水送回冷却塔冷却，循环使用。

目前国内辅机循环冷却水系统的最高允许水温为38℃左右。气温与闭式冷却水的温差按6℃～7℃左右考虑。对本案例工程，所对应的气温(干球温度)为30.5℃左右。根据工程气象条件，气温在31℃以上的小时数为186 h(典型年气温)。超过该温度时开始向散热器管束喷水。

辅机循环水进入空冷器内的换热管束，当环境温度低于30.5℃时，间接空冷塔不用喷水，只依靠风机抽吸冷空气来冷却换热管束内的循环水；当温度高于30.5℃时，开启喷淋水泵，将喷淋水送至换热管束上方的喷淋水布水系统，喷淋管向下喷向换热管束，在换热管束外形成均匀的水膜，水膜吸收管内的热量，并向空气蒸发汽化，带走热量，以达到冷却管束内循环水的目的。

(2)干式机力通风冷却塔计算结果见表2。

(3)设备配置

1套干式机力通风冷却塔。其中包括间接空冷塔(内含散热器、轴流风机、地下储水箱、补水泵、喷雾设施)、控制阀门及辅机循环水管道等。辅机循环冷却水泵，设置3台(2运1备)，水泵型式为单级双吸离心清水泵。设置1根D920×10循环水给水管及1根D920×10循环水回水管，管道采用焊接钢管。

表2 干式机力通风冷却塔计算结果

辅机循环水泵：

流量：Q=1500 m3/h

扬程：H=40 m

电动机功率：310 kW

数量：3台(2运1备)

3.1.3 机力通风蒸发冷却系统

(1)系统流程

系统采用母管制供水系统。配1台辅机循环水泵，1套蒸发冷却器，设置1条压力进水管和1条压力回水管。经蒸发冷却器冷却后的辅机循环水，通过管道回至辅机循环水泵，经循环水泵升压，通过压力进水管，至主厂房冷却机务辅机设备，热水送回冷却塔冷却，循环使用。

辅机循环水进入空冷器内的换热管束，当环境温度6℃以上时，进行喷水，在换热管束外形成均匀的水膜，水膜吸收管内的热量，并向空气蒸发汽化，带走热量，以达到冷却管束内循环水的目的。环境温度6℃以下时，依靠风机抽吸冷空气来冷却换热管束内的循环水。

(2)机力通风蒸发冷却器计算结果见表3。

表3 机力通风蒸发冷却器计算结果

(3)设备配置

1套机力通风蒸发冷却器。其中包括蒸发冷却塔、喷淋水系统、喷淋水箱、控制阀门及辅机循环水管道等。辅机循环冷却水泵设置3台(2运1备)，水泵型式为单级双吸离心清水泵。厂区设置1根D920×10循环水给水管及1根D920×10循环水回水管，管道采用焊接钢管。

辅机循环水泵：

流量：Q=1500 m3/h

扬程：H=40 m

电动机功率：310 kW

数量：3台(2运1备)

喷淋水泵：

流量：Q=11 m3/h

扬程：H=9 m

电动机功率：5.5 kW

数量：12台

3.2 方案技术经济比较

技术经济比较结果见表4。

表4 技术经济比较

3.3 结论

(1)从对比中知，辅机循环水冷却方案，干式机力通风冷却系统虽节约用水，但目前一次性投资和年总费用均高于其他方案。

(2)从节水角度考虑，机力通风蒸发冷却系统年耗水量比湿式机力通风冷却系统湿冷方案节省一半以上。

干式机力通风冷却系统虽节约用水，但除盐水的制备成本较高，故年水耗费用比机力通风蒸发冷却系统方案高。

从电耗、水耗及年固定费用综合比较，机力通风蒸发冷却系统方案最小。故本工程辅机循环水冷却方式最终采用机力通风蒸发冷却系统。

4 结语

通过对三种辅机循环水冷却方式的比较以及工程实际案例的介绍，可以推进火电厂辅机循环水系统的冷却技术的发展，不断地提高使用效能，节约资源。

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[4]丁尔谋．发电厂空冷技术[M]．北京：水利电力出版社，1992．