660MW两机一塔间冷塔散热器双层布置及塔型研究.docx

    660MW两机一塔间冷塔散热器双层布置及塔型研究    StudyoftheArrangementofTwoLayersHeatExchangersandtheTowerShapefor660MWTwoUnitsusingoneIndirectDryCoolingTowerZhangXin-haiZhangShu-shengTaiyuanCity，ShanxiProvinceSummary：当2×660MW机组采用两机一座间冷塔时，为了减少占地，节省循环水泵电耗，提高防冻能力，提出一种散热器新型双层布置方案同时，为了满足这种布置的间冷塔底部直径要求，在双曲线塔型无法实现的情况下，又提出三次样条曲线间冷塔塔型方案通过给出新方案的技术经济数据，表明：两种技术方案结合可形成一种具有减少占地、经济、节能、防冻等特点的新型间冷塔设计技术该技术在场地狭小地区布置间冷塔变为可能，在投资基本相当的情况下，比常规布置每年可节省数百万元电费，且具有无水扇段百叶窗主动开启的防冻措施Keys：660MW两机一塔，散热器双层布置，塔型，减少占地，节能，防冻Summary：Whencoolingsystemsoftwosetsof660MWunitsisbuiltwithoneindirectDrycoolingtower（IDCT），twolayersarrangementsolutionofheatexchangers（HE）willbeProposedfordecreasingconstructionland，savingcirculatingpumpenerge，andavoidingfreezeofHE.BasedonthissolutionofsmallerbottomdiameterofIDCT，hyperbolatowershapedonotmeetthisrequirement，thusgather，thesolutionofcubicsplinefuctiontowershapeisproposedforIDCT，andheregivetechnicalandeconomicDataofnewsolutions，statingthattwosolutionswillbemadeupofonenewdesigentechnologyofIDCT.Usingthistechnology，itispossibletobuildIDCTinsamllerfield，millionsofelectriccostwillbesavedinnearlythesameinvestmentincomparisonwithconventionalIDCT，andforwardlyopeninglouversofnowatersectorswillbeusedforanewantifreezingmeasuresinwinter.Abstract：660MWTwoUnitsOneIDCT，HEDouble-layerArrangement，TowerShape，SavingConstructionLand，SavingElectricityConsumpution，AntifreezingMeasures.0.引言近几年，国内火电空冷机组大量采用间接空冷系统，特别是600MW级及以上项目逐渐增多，如何创新设计大型间冷塔引起了重视。

以前，在2台350MW机组上已经提出[1]并相继采用了散热器塔外垂直布置的两机一塔方式；现在，2台660MW机组在场地较为宽松的地区采用一机一塔的方式，在场地较为紧张的地区也开始采用“两机一塔”的方式虽然比一机一塔已经节省了占地，但是由于其规模相当于1320MW的间冷塔，其占地还很大尽管可以采用高而少的散热器来减少占地，但却带来散热器水侧阻力增加的弊端和百叶窗难以同步控制的不足能否进一步减少占地，能否进一步节约电耗，能否进一步提高防冻性能，这些都是特大型间冷塔设计中重点考虑和解决的问题，甚至成为在电厂选址、机组容量确定、烟塔合一等电厂建设过程中的制约因素1.散热器现有布置介绍1.1散热器采用常规单层布置的缺点间接空冷系统散热器有多种布置型式，文章[2]已经给出了从135MW～1000MW机组的间接空冷散热器各种布置方式的比较其中，针对1000MW级机组间冷塔，给出了采用大基管（?25）铝制四排管塔外垂直布置方式占地没有优势的结论现在，已经开发了大基管铝制六排管，而且散热器冷却三角高度可达到28m用这种散热器，特大型间冷塔散热器采用塔外垂直布置方式可以进一步缩小占地但是，同时也牺牲了原来的铝制四排管较好的热力性能和水侧阻力性能，即：热力性能降低、水侧阻力增加；引起散热面积增加和循环水泵功耗增加。

另外，冷却三角增高，相应的百叶窗增高，同步操控更困难，空气漏点增多，防冻问题更为严峻1.2散热器早期双层布置的不足早期国内有些项目采用钢制散热器，受加工制造的限制，单片管束长度最长不超过15m显然，大型间冷塔无法采用这种单层塔外垂直布置的散热器，因此，需要双层布置理论上双层合计可高达30m，但在实际工程中散热器仅采用了25m，与铝制六排管散热器高度基本相当这种双层布置仅仅是散热器本体在水侧进行了上下分层[3]，各层并没有独立的冷却扇段进出水管同时，空气侧也没有分层，即上下两层冷却三角仍采用同一个百叶窗该布置仅可节省电耗，并不具有进一步减少占地和提升防冻能力的功能由于钢制散热器价格较高，目前已经退出了国内空冷市场2.散热器新型双层[4]布置的优点目前电厂大型间冷塔主要采用大基管的铝制四排管和铝制六排管散热器2台660MW机组两机一塔，按仍然采用热力和水力性能较优且有成熟运行经验的铝制四排管散热器，进行双层布置上下两层完全独立，有独立的冷却扇段进出水管、有独立的百叶窗为了便于下层散热器吊装检修，上层散热器可以采用向塔中心收缩的错位布置方式1000MW级机组一机一塔时也可以采用这种方式另外，对于660MW机组一机一塔或者2台350MW机组两机一塔时，可以采用小基管（?18）的铝制六排管进行类似双层布置。

此布置方式的主要优点如下：2.1减少占地考虑到间冷塔X支柱土建造价因素，每层散热器高度不宜超过18m，则两层散热器总高度可达到36m与常规的单层28m高度相比，在管束宽度一致、冷却三角夹角相同的条件下，散热器双层布置的外圈周长可进一步减少25%即：散热器采用大基管铝制四排管新型双层布置与采用大基管铝制六排管常规单层布置相比，理论上可再减少25%的塔底散热器外缘直径减少散热器外缘直径，也对塔周围建筑物影响圈缩小，因此可以节省占地2.2节约电耗新型双层布置不仅具有常规单层布置每个散热器水侧是并联系统的特点，同时上下两层水侧循环水也是并联系统无论是新型双层布置还是常规单层布置，水侧均采用双流程设2×660MW机组循环水量为2×60000m3/h，如采用双层布置，需要18m高冷却三角上下层共2×192个，散热器水侧有122880根18m长?25的基管；如采用单层布置，需要28m高冷却三角206个，散热器水侧有98880根28m长?25的基管两种布置，散热器基管直径相同，但是水流程长分别为36m和56m；流量相同，基管数量不同，基管内流速不同，分别为1.24m/s和1.54m/s从散热器进口到出口水阻分别为4.12m和7.77m，前者比后者可节省水泵轴功率约1350kW，按年利用小时数5000小时、电价0.3元/kWh计算，每年可节省约203万元电费。

2.3可提高防冻能力间冷塔通常的防冻措施是：根据散热器冷却扇段出口水温，通过调节百叶窗开度来控制通过散热器的空气量从实际运行电厂调研了解到：由于百叶窗较长（一般大于24m）且为单拉杆，加之设备制造误差以及磨损等原因，往往经过一段运行时间后，很难保证扇段各百叶窗以及各百叶窗叶片开度一致性，特别是无法保证百叶窗全关时的严密性，导致百叶窗冬季出现“漏风”问题由于运行的间冷塔有较强的自然抽力，虽然百叶窗显示是全“关闭”状态，但通过缝隙所漏的空气量，对于散热器而言，仍然属于“过量”，所以容易造成处于运行状态的散热器冻结新型双层布置，在冬季寒冷时段运行时，采用疏而不堵的方式，即：停运并排空上层或下层某些冷却扇段散热器内的循环水，对排空的扇段的百叶窗采取主动打开一定开度，形成冷空气通风旁路该冷空气与流经运行散热器的热空气在塔内混合后，混合空气的温度低于热空气温度，且与塔出口环境空气温度差值减小，使得间冷塔抽力减小间冷塔抽力减少，又进一步减少了正处于运行且百叶窗在“关闭”状态扇段的冷空气的漏风量冷源减少，有效缓解了散热器冻结的危险性，提升了间冷塔的防冻性能该技术也可用于已投运的散热器常规布置的电厂改造。

2.4可满足烟塔合一运行要求当间冷塔内设置烟囱或脱硫装置，即采用“烟塔合一”或“三塔合一”时，在冬季某些时段，常规布置方式是将所有百叶窗关闭关闭后，对于散热器而言，漏风量“过量”；但对于间冷塔出口而言，整塔的空气量又显“不足”根据德国VDI3784-1990冷却塔排放评估的启准条件，“烟塔合一”塔出口处的密度弗洛德数需大于0.35根据其计算公式，该数值与间冷塔出口空气流速相关性最大如果采用新型双层布置，按照本文2.3节所述，冬季主动开启非运行扇段的百叶窗，一方面，提升了散热器防冻能力，另一方面，总的空气流量增加，能够满足塔出口处的最小弗洛德数的要求3.采用新型双层布置的间冷塔型变化3.1间冷塔几何形状特点及减少塔底直径的方法散热器双层布置优点之一是散热器最外圈直径可以减少，相应地，就要求间冷塔塔体结构零米处塔底部直径也要缩小现行《水规》[5]规定了自然通风冷却塔的一些几何参数取值范围如：壳底子午线倾角为16°～20°，塔高与底径的比为1.2～1.6，并规定自然通风冷却塔一般宜采用双曲线型，在具体工程中，经分析论证可以采用其他几何形状型式自然通风间冷塔与湿冷塔有所不同，其空气流量约是湿冷塔的4倍。

因此，不仅要求有较高的进风口，同时也要求有较大的出口直径文章[6]通过对间冷塔几何尺寸取值的研究，给出间冷塔塔出口直径的合理计算方法以及塔高与底部直径最优比值在1.0～1.2之间的范围按此比例，间冷塔塔型属于“矮胖”型当2×660MW采用两机一塔时，为了充分发挥散热器效率（需要较大的抽力），同时也为了减少占地，在技术条件许可范围内，应尽可能采用较高的塔即使如此，按照《水规》规定和间冷塔出口直径要求，如采用双曲线塔筒形状，塔高与底部直径的比值也还是位于1.2附近，塔仍属于“矮胖”型与本文想要达到的塔出口直径和塔高保持不变、底部直径尽可能缩小的“直筒”型塔型有较大差距缩小塔底直径的方法之一是：采用小子午线倾角的间冷塔，已经进行过1000MW级间冷塔研究表明，壳底子午倾角可达到11°～12°[7]另一种缩小塔底直径的方法是：在符合现行规范精神及参数条件下，采用三次样条曲线型塔筒，下文将进行详细介绍3.2三次样条曲线函数构建及间冷塔的应用3.2.1三次样条函数的特点a）在节点处有对应的函数值：Sxi=yi，i=0，1，2，…，n（1）b）节点处具有连续的一阶、二阶导数：S'xi-0=S'xi+0，i=1，2，…，n（2）S''xi-0=S''xi+0，i=1，2，…，n（3）c）适合的样条函数Si（x）在各区间?i：（xi-1，xi）存在：Six=aix3+bix2+cix+di（4）i=1，2，…，n按此可以构建函数，但是需要求解4n阶的线性方程组确定函数系数，如用于三个节点的间冷塔就需要求解八元一次方程组，计算较复杂，不是理想的方法。

3.2.2利用弯矩法[8]构建三次样条曲线函数即利用各节点的二阶导数Mi作为未。