用于超临界机组或者超超临界机组的间接空冷系统和方法

摘要

本发明提供一种用于超临界机组或者超超临界机组的间接空冷系统和方法，其中，间接空冷系统包括：钢制喷射式凝汽器，用于：将乏汽与冷却水进行直接接触混合换热；循环水泵组，用于：将受热冷却水进行升压以获得升压冷却水；钢制散热器，用于：将升压冷却水与空气进行对流换热冷却，获得所述冷却水；水轮机，用于：在所述冷却水送至钢制喷射式凝汽器的过程中对所述冷却水进行调压，同时回收能量；采用碱性水工况运行的给水系统，连接钢制喷射式凝汽器，用于：补充所述冷却水。本发明能够使喷射式凝汽器采用普通的碱性水，解决了海勒式间接空冷系统难以应用在300MW级以上超临界机组的技术难题，水质控制系统简单易行，降低了水处理系统的投资。

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽轮发电机组冷却系统，特别是涉及一种用于超临界或者 超超临界火力发电厂汽轮机组末端冷却的JCST(Jet Condenser steel  exchangers，喷射式凝汽器结合钢制散热器)间接空冷系统和方法。

背景技术

汽轮发电机组的冷却技术，包括湿冷技术和空冷技术，湿冷技术是散热器 主要采用水来进行冷却，据统计，一台1000MW湿冷机组的耗水量高达 2200m3/h，这就限制了我国″三北″缺水地区电力工业的发展。

空冷技术是散热器主要采用空气进行冷却，是一种节水效果显著的新技 术，若采用空冷技术后，火电厂可以节约用水80％以上，1000MW机组的耗 水量可降低到450m³/h左右，因此空冷技术为我国北方富煤缺水地区电力工业 的可持续发展提供了技术保障。

近年来，国内已经投产了数台300MW、600MW空冷电站，运行实践证 明：直接空冷机组虽然初投资小，但对外界风环境比较敏感，运行费用较高， 间接空冷机组虽然初投资稍高一些，但抵御外界大风的能力较强，运行费用较 低。

目前，国际上用于发电厂机组末端冷却的间接空冷系统有两种，一种是海 勒式间接空冷系统；另一种是哈蒙式间接空冷系统。海勒式间接空冷系统采用 的是喷射式凝汽器和福哥型铝管铝片散热器的一种间接空冷系统，其散热器垂 直布置在空冷塔周围；哈蒙式间接空冷系统采用的是表面式凝汽器和钢管钢片 散热器的一种间接空冷系统，其散热器水平布置在冷却塔内。下面分别进行详 细介绍：

一、海勒式间接空冷系统

海勒式间接空冷系统主要由喷射式凝汽器和装有福哥型散热器的空冷塔 构成。福哥型散热器是由外表面经过防腐处理的圆形铝管、套以铝翅片的管束 组成的冷却三角，系统中的冷却水是高纯度的中性水，中性冷却水进入喷射式 凝汽器直接与汽轮机排汽混合并将其冷凝，受热后的冷却水绝大部分由冷却水 循环泵送至空冷塔散热器，经与空气对流换热冷却后通过调压水轮机将冷却水 再送至喷射式凝汽器进入下一个循环。受热的循环冷却水的极少部分经凝结水 精处理装置处理后送至汽轮机回热系统。

海勒式间接空冷系统的优点是采用喷射式凝汽器，传热效果好；其缺点是 在循环冷却水和给水混合在一起时，凝汽器为碳钢材质，空冷散热器为铝材质， 存在钢-铝腐蚀问题，整个系统必须采用高纯度中性水，使机组给水水质控制 和处理困难，对超临界机组尤为突出。目前，国际上应用海勒系统投运的机组 在300MW等级。

二、哈蒙式间接空冷系统

哈蒙式间接空冷系统是由表面式凝汽器与装有钢管钢片散热器的空冷塔 组成。与常规的湿冷系统基本相仿，不同之处是用表面对流换热的空冷塔代替 蒸发冷却换热的湿冷塔，用碱性除盐水代替循环水，用密闭式循环冷却水系统 代替开敞式循环冷却水系统。

哈蒙式间接空冷系统类似于湿冷系统，不同之处冷却水系统密闭循环，优 点是冷却水系统与汽水系统分开，两者水质可按各自要求控制。哈蒙式间接空 冷系统缺点是表面式凝汽器端差大，在配置相同规模的空冷散热器时，热力循 环效率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于超临界机组或者超超临界机组的间接空冷 系统和方法，能够使喷射式凝汽器采用普通的碱性水，解决现有技术对水质要 求较高、热力循环效率低的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于超临界机组或者超超临界机组 的间接空冷系统，包括：

钢制喷射式凝汽器，用于：将汽轮机排出的乏汽与冷却水进行直接接触混 合换热，并获得受热冷却水；

循环水泵组，用于：将所述受热冷却水进行升压以获得升压冷却水；

钢制散热器，安装在空冷塔周围，所述钢制散热器用于：将所述升压冷却 水与空气进行对流换热冷却，以获得所述冷却水；

水轮机，用于：在所述冷却水送至所述钢制喷射式凝汽器的过程中对所述 冷却水进行调压，同时回收能量；

采用碱性水工况运行的给水系统，连接所述钢制喷射式凝汽器，所述给水 系统用于：补充所述冷却水。

优选地，上述的间接空冷系统中，还包括：

凝结水精处理装置，用于：将所述受热冷却水的一部分进行凝结精处理后 送至汽轮机回热系统，所述受热冷却水的一部分占所述受热冷却水总量的 1.5％至2.5％。

优选地，上述的间接空冷系统中，所述钢制喷射式凝汽器的端差所处的范 围为0.4℃至0.6℃，所述钢制喷射式凝汽器的材质为碳钢。

优选地，上述的间接空冷系统中，所述钢制散热器为钢制翅片管散热器， 是由外表面经过热浸锌防腐处理的椭圆形钢管、套以钢翘片的管束组成的冷却 三角，所述冷却三角垂直布置在所述空冷塔外围。

优选地，上述的间接空冷系统中，所述循环水泵组为负压进水；

所述钢制喷射式凝汽器的冷却水喷射压头由所述水轮机调节。

优选地，上述的间接空冷系统中，所述冷却水为除盐水，并且在密闭循环 状态的水系统中循环。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种用于超临界机组或者超超临界机 组的间接空冷方法，包括如下步骤：

钢制喷射式凝汽器将汽轮机排出的乏汽与冷却水进行直接接触混合换热， 并获得受热冷却水；

循环水泵组将所述受热冷却水进行升压以获得升压冷却水；

安装在空冷塔周围的钢制散热器将所述升压冷却水与空气进行对流换热 冷却，以获得所述冷却水；

在所述冷却水送至所述钢制喷射式凝汽器的过程中，水轮机对所述冷却水 进行调压；

采用碱性水工况运行的给水系统，连接所述钢制喷射式凝汽器，补充所述 冷却水。

优选地，上述的方法中，还包括：凝结水精处理装置将所述受热冷却水的 一部分进行凝结精处理后送至汽轮机回热系统，所述受热冷却水的一部分占所 述受热冷却水总量的1.5％至2.5％。

本发明至少存在以下技术效果：

1)该系统采用钢制翅片管空冷散热器，与喷射凝汽器以及整个给水系统 设备材质相同，则水质控制简单易行，只要采用常规的碱性水工况，就能控制 设备和管道腐蚀的发生。

2)相对于海勒式间接空冷系统，本发明可以降低对水质的要求，解决了 海勒式间接空冷系统难以应用在300MW级以上超临界机组的技术难题，并且 降低了水处理成本。

3)相对于哈蒙式间接空冷系统，本发明喷射凝汽器，汽轮机排出的乏汽 与冷却水在喷射式凝汽器内直接接触混合换热，端差约0.5℃，端差小，换热 效果好，热力循环效率高。

4)本发明中，由于冷却水在循环冷却过程中完全为密闭循环运行，因此 不产生水的损耗，理论上该系统耗水为零，是一种节水型的工业冷却水系统。

5)本发明中，循环水泵为负压进水，凝汽器冷却水喷射压头由水轮机调 节，同时回收系统能量。

6)本发明中，采用钢制翅片管空冷散热器，冷却三角垂直布置在空冷塔 外围，空冷塔体型小，基建投资省。

附图说明

图1为本发明的JCST间接空冷系统的结构示意图；

图2为本发明的JCST间接空冷方法的步骤流程图。

其中，附图标记说明如下：

锅炉1，过热器2，汽轮机3，钢制喷射式凝汽器4，凝结水泵5，凝结水 精处理装置6，凝结水升压泵7，低压加热器8，除氧器9，给水泵10，高压 加热器11，循环水泵组12，水轮机13，钢制散热器14，空冷塔15，旁路节 流阀16，发电机17。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对 具体实施例进行详细描述。

图1为本发明实施例提供的JCST间接空冷系统的结构示意图。如图1所 示，本发明实施例提供一种用于超临界机组或者超超临界机组的间接空冷系 统，包括：

用于将汽轮机3排出的乏汽与冷却水进行直接接触混合换热，并获得受热 冷却水的钢制喷射式凝汽器4；

用于将所述受热冷却水进行升压以获得升压冷却水的循环水泵组12；

用于将所述升压冷却水与空气进行对流换热冷却，以获得所述冷却水的钢 制散热器14，所述钢制散热器14安装在空冷塔15周围；

用于在所述冷却水送至所述钢制喷射式凝汽器的过程中对所述冷却水进 行调压，同时回收能量的水轮机13；

用于补充所述冷却水并采用碱性水工况运行的给水系统，连接所述钢制喷 射式凝汽器。

其中，所述钢制散热器14为钢制翅片管散热器，是由外表面经过热浸锌 防腐处理的椭圆形钢管、套以钢翘片的管束组成的冷却三角，所述冷却三角垂 直布置在所述空冷塔15外围。

可见，本发明汲取了现有间接空冷系统的优点，采用喷射式凝汽器和钢制 翅片管散热器组成的JCST间接空冷系统，具有海勒式间接空冷系统喷射式凝 汽器换热效果好的优点，同时采用钢制翅片管散热器，解决了海勒系统钢铝两 种不同材质水质控制和处理的困难。是建设超临界间接空冷机组的理想方案。

如图1所示，在钢制喷射式凝汽器4内，由汽轮机3排出的乏汽与冷却水 直接接触混合换热之后，乏汽凝结将潜热传递给冷却水，受热后的冷却水绝大 部分由循环水泵组12升压后送至空冷塔15周围的钢制翅片管散热器内，经与 空气对流换热冷却后通过水轮机13再送至喷射式凝汽器进入下一轮循环。2％ 左右的冷却水经凝结水精处理装置后送至汽轮机回热系统。

因此，本发明实施例提供的JCST间接空冷系统还包括：

用于将所述受热冷却水的一部分进行凝结精处理后送至汽轮机回热系统 的凝结水精处理装置6，所述受热冷却水的一部分占所述受热冷却水总量的 1.5％至2.5％。

所述凝结水精处理装置6一端连接凝结水泵5，另一端连接凝结水升压泵 7，然后依次连接低压加热器8、除氧器9、给水泵10、高压加热器11、最后 送至锅炉1，锅炉1产生的蒸汽经过过热器2后推动汽轮机3，汽轮机3带动 发电机17发电。

所述钢制喷射式凝汽器4的端差所处的范围为0.4℃至0.6℃，优选为0.5 ℃，所述钢制喷射式凝汽器4的材质为碳钢。所述循环水泵组12为负压进水； 水轮机13为调压水轮机，并联有旁路节流阀16。所述钢制喷射式凝汽器4的 冷却水喷射压头由所述水轮机13调节。所述冷却水为除盐水，并且在密闭循 环状态的水系统中循环。

图2为本发明的JCST间接空冷方法的步骤流程图，如图2所示，本发明 实施例提供一种用于超临界机组或者超超临界机组的间接空冷方法，包括如下 步骤：

步骤201，钢制喷射式凝汽器将汽轮机排出的乏汽与冷却水进行直接接触 混合换热，并获得受热冷却水；

步骤202，循环水泵组将所述受热冷却水进行升压以获得升压冷却水；

步骤203，安装在空冷塔周围的钢制散热器将所述升压冷却水与空气进行 对流换热冷却，以获得所述冷却水；

步骤204，在所述冷却水送至所述钢制喷射式凝汽器的过程中，水轮机对 所述冷却水进行调压；

步骤205，采用碱性水工况运行的给水系统，连接所述钢制喷射式凝汽器， 补充所述冷却水。

上述方法还包括：凝结水精处理装置将所述受热冷却水的一部分进行凝结 精处理后送至汽轮机回热系统，所述受热冷却水的一部分占所述受热冷却水总 量的1.5％至2.5％。

本发明的案例之一，即2台600MW超超临界空冷机组采用本发明的JCST 间接空冷系统。相比哈蒙式间接空冷系统，热力循环效率提高0.5％，机组煤 耗降低1％以上，两台600MW超临界空冷机组每年节省标准煤18000吨；相 比海勒式间接空冷系统，解决了钢铝两种不同材质下水质控制和处理难题，水 质控制简单易行，两台600MW超临界空冷机组水处理系统的投资节省300万 元。

由上可知，本发明实施例所述的JCST间接空冷系统具有以下优势：

1)该系统采用钢制翅片管空冷散热器，与喷射凝汽器以及整个给水系统 设备材质相同，则水质控制简单易行，只要采用常规的碱性水工况，就能控制 设备和管道腐蚀的发生。

2)相对于海勒式间接空冷系统，本发明可以降低对水质的要求，解决了 海勒式间接空冷系统难以应用在300MW级以上超临界机组的技术难题，并且 降低了水处理成本。

3)相对于哈蒙式间接空冷系统，本发明喷射凝汽器，汽轮机排出的乏汽 与冷却水在喷射式凝汽器内直接接触混合换热，端差约0.5℃，端差小，换热 效果好，热力循环效率高。

4)本发明中，由于冷却水在循环冷却过程中完全为密闭循环运行，因此 不产生水的损耗，理论上该系统耗水为零，是一种节水型的工业冷却水系统。

5)本发明中，循环水泵为负压进水，凝汽器冷却水喷射压头由水轮机调 节，同时回收系统能量。

6)本发明中，采用钢制翅片管空冷散热器，冷却三角垂直布置在空冷塔 外围，空冷塔体型小，基建投资省。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。