浅谈火力发电厂冷端系统设计优化

刘天成 1 杨坤 2 张磊 3

通用技术集团工程设计有限公司

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摘要：我国目前的电力能源生产仍然以火力发电为主，在能量的转换过程中伴随着巨大的能耗。火力发电厂的冷端系统设计主要是针对发电所用的汽轮机而言的，汽轮机在电能生产过程中作为能量转换装置的核心设备，是产电能耗的重要部分，为了达到火力发电厂能耗降低并优化其成本结构的目的，对火力发电厂的冷端系统设计进行合理的优化是很有必要的。本文分析了火力发电厂冷端设备的性能特点，以及影响其运行的主要因素，进而提出了相关的设计优化措施。

关键词：火力发电；汽轮机；冷端系统；设计优化

火力发电厂的整个系统中，汽轮机冷端系统是起到重要辅助功能的组成部分，能够在汽轮机工作完成后对其产生的余量乏气进行冷却处理，在很大程度上与火力发电厂的安全、稳定运行密切相关，并影响了系统的经济成本。现阶段，国内众多的火力发电厂项目在冷端系统的设计中还存在一些明显的问题有待解决，它直接影响了火电厂汽轮机的运行效率，同时也与火力发电厂的初投资相关，从能源节约的角度考虑，冷端系统的优化设计需要广大设计工作者引起重视。

1 火电厂冷端系统的现状和问题

1.1 冷端系统设计的现状

汽轮机的低压缸末级组、冷却用设备共同组成了火力发电厂的冷端系统，其中冷却用设备包括有凝汽器、冷却塔以及循环水泵，另外还包括循环水的供水系统和空气处理系统。从冷却介质的不同来看，可以把冷端系统分成两个部分，分别配备换热设备和其他子系统所需设备。通常，冷端系统所使用的设备对于系统经济性的影响一方面在于汽轮机进气处理的内功，另一方面则是其他能耗设备的用电对于电厂的影响。一般火力发电厂为电热联产，目前火力发电厂的冷端系统采用的为间接空冷系统，每一台汽轮机会配备单台冷却塔一一对应，对空气冷却器的散热器的类型会进行则由处理，通常冷端空冷设计被压为10KPa/28KPa，留有一定的富余量，保证设计在实际施工中能够满足要求，冷却塔的进出水温度会进行具体的计算结合环境温度和机组热量来进行确定。循环水泵的选择一般情况下为一对三，一台汽轮机的冷端系统配备三台百分比为50的定速循环水泵，实现两用一备的要求。

1.2 冷端系统设计中存在的问题

火力发电厂的汽轮机冷端系统是发电系统中不能缺少的散热设备，对于电厂的安全稳定运行起到了非常重要的作用。在实际的系统设计过程中我们往往会遇到以下问题，首先，目前大部分系统设计采用了汽轮机与冷却塔一一对应的设计模式，它能够节约年耗电量，在冬季的使用过程中不易发生冻结，但是，往往火电厂没有足够的安装空间，一机一塔的设计需要较大的占地面积，设备的初投资以及运行年经常费相对较高。其次，目前冷端的散热器类型主要有三种，在间接空冷系统中散热器要进行择优处理，间接空冷系统由于本身的设计问题难以进行合理的适配，散热器的类型单一，规格不够全面使得在进行优选的过程中实际上不能够满足整体的设计要求，空冷散热器进行定制和优选，在很大程度上使得冷端系统的成本提高了很多，系统造价往往会超过设计时的预算。另外，空冷系统设计过程中由于设置了较高的富余，在各个参数的设计中往往是超量处理的，虽然能满足工程要求以及获得效益，但是造成了一定程度的浪费。循环水泵相对来说初投资在可以接受的范围内，通常水泵会处于高效区进行稳定的运行，同时也伴随着较高的能耗，方案设计过程中，由于火电厂本身就已经没有较多的空余空间，很难在进行循环水泵房的设置，因此，设计人员需要对水泵的选型以及配置方式进行合理的优化。

2 冷端系统设计优化的具体内容

2.1 有关冷却塔的设计优化

在进行方案设计过程中，设计者必须结合对应的火力发电厂的实际情况来进行考虑，由于在实际的火力发电厂汽轮机冷端系统设计中冷却塔的设计有一机一塔和两机一塔的设计方案，在实际设计选型时，可以对具体的方案进行必要的经济计算比较分析，通常，汽轮机的背压相同时，两机一塔的设计方案在土建方面的初投资会较高，但是对比散热性能的差异和水泵的配置，在管道配置和其他的设计方面，两机一塔的方式有足够的应用优势，在综合比较后应该进行选用。

2.2 间接空冷散热器管型的选择优化

通常散热器的管型包括有6排管、4排管、3排管几种类型，设计过程中，优选方案非常的重要，不同的管型在占地面积以及外机配置上的差异不大，但是结构设计使得他们的散热性能有了明显的差别，在冷却要求相同的前提下，钢制散热器的总散热面积会比一般形式的高出很多，铝制的6排管结构则在它的后面，四排管的散热面积是最小的。但是，四排管的散热器在很大成度上减小了系统的总阻力，使得系统运行不需要克服较多的余压阻力，在进行择优处理时设计者应该综合考虑。根据多个工程实践来看，目前采用阻力最小的4排管能够在满足设计要求的同时使得系统更加的稳定。

2.3 冷端系统优化的具体建议

首先，在进行火力发电厂冷端系统优化时，我们需要对系统汽轮机和空冷系统整体的真空严密性进行保证，在安装施工过程中必须进行漏水和堵塞情况的排查。其次，对于真空运行效率的保证可以与市政的中央空调冷源进行联合运行。最后，在进行循环水系统设计的过程中，设计者应该充分的对循环水的节能性进行考虑，采取一定的供热改造技术对其进行优化，对于系统运行的管理也需要进一步加强。

3 结束语

冷端系统的优化设计在一方面是对机组建设的初投资进行合理的控制，设计优化能够大幅度降低系统建设初投资，体现出经济性特点，另一方面，冷端系统的优化设计还能够使得系统运行更加的灵活，使得汽轮机发电机组的运行工况得到保障。

参考文献：

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[3]袁新勇.探讨火力发电厂热力系统“冷端”运行优化模型[J].电工文摘 2012，（06），60-62.