电厂蒸汽动力装置系统中如何减少管道散热

郭效军 薛帅 程君 史家桐

摘 要：一种降低发电厂空冷机组排汽压力的节能冷却方法及系统，用于解决管道过多散热问题。该方法通过设置制冷设备，同时采用三种措施降低空冷机组排汽压力：a.水环式真空泵的工作液经过冷却器被制冷循环设备制取的冷冻水冷却，温度降低到设计值;b.工业除盐水经过冷却器被制冷循环设备制取的冷冻水冷却，一部分通过喷嘴对空冷机组轴流风机的出口空气进行蒸发冷却;另一部分进入汽轮机排汽管道;c.凝结水经过凝结水泵分成两部分，一部分进入汽轮机回热器送往锅炉，另一部分经过冷却器被制冷循环设备制取的冷冻水冷却，进入汽轮机排汽管道与排汽混合，吸收汽化潜热。上述改进可有效降低发电厂空冷机组排汽压力，保证机组夏季安全经济运行。

关键词：蒸汽管道应力分析 节能减排 控制污染

（一）技术领域

本发明涉及一种发电节能技术，尤其是能够在蒸汽动力装置系统提高空冷机组热经济性、降低发电厂空冷机组排汽压力的节能冷却方法及系统。

（二）背景技术

其中直接空冷机组以空气为冷却介质通过翅片管束直接冷却汽轮机的乏汽，由于具有节水性好、对环境污染小、运行相对稳定、初投资少以及可适用于大中小型机组等优点，所以得到了重点推广，在目前已建成的空冷机组中，采用直冷系统的比例已超过了 50%。但是，直接空冷机组在夏季高温季节普遍存在出力受阻、不能满发、运行经济性差、受风向风力影响出力波动明显等一系列问题。由于直接空冷机组的冷却能力取决于进入空冷器空气的干球温度，因而受环境气温的影响较大。另外，夏季处于用电负荷需求高峰期，需要机组维持较高负荷运行，因而形成了夏季机组出力受阻与发电负荷需求高的尖锐矛盾。以某电厂200 MW直接空冷机组为例，每年夏季由于气温高，使机组背压升高超限，导致机组不能带满负荷运行，夏季高温时段的机组负荷常被限制在180 MW以下。直接空冷机组空冷凝汽器空间巨大，处于负压状态，因此空气进入汽轮机排汽空间的几率大大增加，形成气阻，大大降低了换热效果，进一步推高了排汽压力。而抽吸不凝性气体的水环真空泵由于工作液的温度过高，超过饱和而汽化，严重影响了真空泵的抽真空能力，致使空冷器内不凝结气体不能及时被抽走，如果长时间运行在汽化工况下，不但空冷散热器换热恶化，真空变差，还会引起真空泵叶轮气蚀，影响设备安全运行。为了提高直接空冷机组夏季的出力，有些电厂采用提高空冷风机转速的方法来改善换热效果，但由于在夏季空冷风机基本上已处于全速运行，提速空间不大，即使能够有所提高也增加了电耗，但效果却不明显;也有电厂采用直接向翅片管束散热器喷淋大量除盐水的方式来强化换热效果。这种方式虽然可以提高机组的真空，但由于水温仍然较高，因此需要喷入较多的化学水，由于制水成本高，浪费严重;发明内容本发明用于克服已有技术的缺陷而提供一种解决空冷机组夏季出力受阻的降低发电厂空冷机组排汽压力的节能冷却方法及系统。

本发明所称问题是由以下技术方案解决的：

a.将空冷机组的水环式真空泵的工作液经过冷却器被制冷循环设备制取的冷冻水冷却，温度降低到设计值，提高真空泵的出力;

b.将空冷机组所用的工业除盐水经过冷却器被制冷循环设备制取的冷冻水冷却，经水泵加压，一部分通过喷嘴对空冷机组轴流风机的出口空气进行蒸发冷却，以降低空冷散热器的入口空气温度，从而降低排汽压力;另一部分进入汽轮机排气管道与排汽混合，吸收汽化潜热，维持空冷器真空;

降低发电厂空冷机组排汽压力的节能冷却方法及系统，所述排汽管道凝结水冷却装置包括空冷机组的凝结水箱及排汽凝结水管路、凝结水泵、排汽凝结水冷却支路、凝结水雾化喷嘴，排汽凝结水管路连接凝结水箱，凝结水泵位于排汽凝结水管路上，排汽凝结水冷却支路连通排汽凝结水管路，排气凝结水冷却支路经凝结水冷却器连通凝结水雾化喷嘴，凝结水雾化喷嘴位于空冷机组的排汽管道处。

同时采用三种措施降低空冷机组排汽压力，解决空冷机组夏季出力不足、负荷不稳定和经济性差等问题，在现有空冷機组设备的基础上增设制冷设备和相应的冷却器、冷却循环管路。其改进要点如下：1.水环真空泵工作液冷却装置将水环式真空泵工作液由制冷循环设备冷冻水冷却，工作液的温度接近设计值，提高真空泵的出力;2.工业除盐水冷却装置将工业除盐水由制冷循环设备冷冻水冷却，一部分对空冷散热器入口空气进行雾化加湿，可以降低入口空气温度，降低空冷机组排汽压力;另一部分进入汽轮机排汽管道，与排汽混合，吸收汽化潜热;3.排汽管道凝结水冷却装置将排汽管道凝结水由制冷循环设备制取的冷冻水冷却，与排汽混合吸收汽化潜热，更好的维持空冷器的真空。上述三种冷却装置共同作用，有效降低发电厂空冷机组的排汽压力，保证机组的夏季安全经济运行。

（三）具体实施方式本发明的方法

在空冷机组中设置制冷设备，将制冷设备制取的冷冻水分为三路对空冷机组的相关部分进行冷却。其一：水环式真空泵的工作液经过冷却器被冷冻水冷却，温度降低到设计值，能够提高真空泵的出力;其二：工业除盐水经过冷却器被冷冻水冷却，通过水泵加压，一部分通过喷嘴对空冷机组轴流风机的出口空气进行蒸发冷却，降低空冷散热器的入口空气温度，从而降低排汽压力;另一部分进入汽轮机排汽管道，与排汽直接混合，吸收汽化潜热;其三：凝结水经过凝结水泵分成两部分，一部分凝结水进入汽轮机回热器送往锅炉，另一部分经过冷却器被冷冻水冷却，进入汽轮机排汽管道与排汽混合，吸收汽化潜热，维持空冷器真空。

结 论

1.一种降低发电厂空冷机组排汽压力的节能冷却系统，其特征在于，它包括制冷设备、冷冻水循环泵、水环真空泵工作液冷却装置、工业除盐水冷却装置、排汽管道凝结水冷却装置，其中，水环真空泵工作液冷却装置中设置真空泵冷却器，工业除盐水冷却装置中设置除盐水冷却器，排汽管道凝结水冷却装置中设置凝结水冷却器，所述冷冻水循环泵位于连通制冷设备的冷冻水管路）上，冷冻水管路并联真空泵冷却器、除盐水冷却器和排汽管道凝结水冷却器并形成循环回路; 所述水环真空泵工作液冷却装置包括水环式真空泵和汽水分离器，由水环式真空泵、汽水分离器、真空泵冷却器和管路、阀门构成水环真空泵工作液冷却回路; 所述工业除盐水冷却装置包括由管路连接的除盐水箱、除盐水加压泵、除盐水冷却器、除盐水雾化加湿喷嘴、除盐水雾化冷却喷嘴，除盐水雾化加湿喷嘴位于空冷机组的轴流风机空气出口处，除盐水雾化冷却喷嘴位于空冷机组的排气管道处; 所述排汽管道凝结水冷却装置包括空冷机组的凝结水箱及排气凝结水管路、凝结水泵、排气凝结水冷却支路、凝结水雾化喷嘴，排气凝结水管路连接凝结水箱，凝结水泵位于排气凝结水管路上，排气凝结水冷却支路连通排气凝结水管路，排气凝结水冷却支路经凝结水冷却器连通凝结水雾化喷嘴，凝结水雾化喷嘴位于空冷机组的排气管道处。

参考文献

[1] 美国机械工程师学会.ASME核电规范与标准[S].美国： 美国机械工程师学会出版社，2004.

[2] 美国机械工程师学会.ASME 压力管道规范B31，动力管道[S].美国：美国机械工程师学会出版社，2004.

[3] 宋岢岢.工业管道应力分析与工程应用[M].北 京：中国石化出版社，2011.