火电厂空冷凝汽器系统热控设计
发布时间：2013-12-14
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冷凝汽器
导读：
一、概述 水资源是基础性的自然资源和战略性的经济资源，是经济社会可持续发展、维系生态平衡和和谐环境的基础。我国水资源总拥有量居世界第6位，人均水资源拥有量居世界第28位，是一个严重缺水的国家，在我国北...
一、概述
水资源是基础性的自然资源和战略性的经济资源，是经济社会可持续发展、维系生态平衡和和谐环境的基础。我国水资源总拥有量居世界第6位，人均水资源拥有量居世界第28位，是一个严重缺水的国家，在我国北方局部地区已经出现了严重的淡水资源危机。
电力工业作为国民经济基础产业和重要能源行业，同时也是工业用水大户。
我国火电机组发电量占总发电量的80%以上，同时火力发电厂也是耗水大户，它的耗水量约占工业用水的20%。为解决火力发电厂用水问题，目前在富煤缺水地区选择空冷方式已经成为主导方向。空冷机组没有冷却塔的蒸发损失，与同容量湿冷机组相比，可实现节水3/4-4/5。
丰镇发电厂三期扩建工程2×6OOMW机组位于内蒙古自治区丰镇市，汽机排汽冷却采用机械通风直接空冷方式，空冷设备供货商为德国巴克杜尔公司。
二、空冷系统介绍
丰镇发电厂三期扩建工程汽机为亚临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽轮机，由上海汽轮机有限责任公司供货。丰镇发电厂空冷系统按单元设置，每台机组一套。
空冷凝汽器系统主要由以下几个分系统构成:
●汽轮机排汽系统
汽机排汽进入排汽装置Ⅰ和排汽装置Ⅱ,然后从两个排汽装置分别引出2个大口径管道，将蒸汽排至"A"列外的空冷凝汽器区域。
●凝结水系统
空冷凝汽器通过向大气释放热量对汽机排汽或汽机旁路的减温过热蒸汽进行冷却。空冷凝汽器区域由8组"A"屋顶型翅片管排组成，每组管排又包含7个单元。每个单元由10个翅片管束组成。"A"屋顶型翅片管下方装设有空冷风机。空冷风机选用变频调速风机。总共56个冷却单元。蒸汽流经翅片管束，在空冷风机的强制通风冷却下，蒸汽冷凝成水，在"A"屋顶型翅片管下方汇集后流回排汽装置。
●抽真空系统
抽真空系统的功能是在机组启动和正常运行时排出汽轮机、空冷凝汽器和其它辅助设备和管道中的空气，建立和维持机组真空。
真空维持设备采用3台水环式机械真空泵，其中1台为100%容量，另2台为50%容量。
三、空冷系统热控设计
丰镇发电厂三期工程空冷岛招标采用整岛招标和部分设备业主证订货相结合的方式。由巴克杜尔公司完成整个空冷岛的基本设计，设计院依据巴克杜尔公司提供的基本设计文件，完成空冷岛系统施工图的详细设计。空冷岛外的一些设备，例如真空泵等，巴克杜尔公司负责选型设计，然后由业主进行采购。
有巴克杜尔公司提供的空冷岛基础设计图纸资料，来做空冷系统施工图设计就方便多了。空冷岛内部设备(包括风机、油站、端子接线箱、甚至于电缆通道等)的安装、布置，我们可以不用考虑太多，已经很完善了，只需作一下校核的工作。我认为对于整岛招标的空冷岛的设计，对于设计院来讲，主要应着眼于接口上的设计。而对于热控专业来说，主要有以下几个方面。
(1)电缆敷设
对于电缆敷设，空冷系统供货厂家有基本设计。空冷平台上方风机甲板上的直接利用即可，电气电缆和热控电缆分开，在风机甲板的两侧，分边敷设。详见下图:
本工程空冷平台标高40米，空冷平台架在16根混凝土柱子上（就单元机组而言)，在设计时应考虑电缆沿哪个柱爬下，应预先在该柱上预留埋件。爬下后进入电缆沟道，0米下的电缆沟道由电气专业统一考虑。空冷系统电缆敷设设计需要热控专业、电气专业及空冷岛供货厂家一起配合和确定。另外需注意，风机甲板上的电缆桥架应竖向放置，如上图所示，以减小迎风方向的横截面，以免影响换热效果。
(2)空冷系统热控测点设置与选型
空冷岛内部测点的选型和设置，由空冷岛厂家负责设计和供货，这里不再赘述。主要讨论以下几点:
●空冷排汽管道上的测点设置与选型
空冷凝汽器系统的主要目的是降低汽轮机排汽温度和排汽压力，提高汽轮机循环热效率。在两个大口径排汽管道上设置的压力和温度，均为三冗余设置，采用三取中或取均值的方式，将排汽压力和排汽温度和不同机组负荷下的压力和温度的设定值进行比较，来调节空冷风机的转速，实现机组背压控制，同时投入排汽的压力和温度保护。
巴克杜尔公司的系统模型内函数的压力运算均按绝对压力，因此压力变送器选用绝对压力变送器，若选择差压变送器则还应实时测量当地大气压力;由于排汽温度较低，选用普通热电阻即可满足测量要求。
●环境温度、风向及风速的设置与选型
空冷系统靠风机吹动，空气对流方式冷却汽机排汽，换热效果受环境影响较大，需监视环境温度，风向和风速。环境温度选用一体化温度传感器。每台机组的3个环境温度传感器的具体安装位置为空冷机组侧面风机墙安装1个，空冷机组后面风机墙安装2个，均为穿空冷围墙安装。风向、风速传感器选用维萨拉公司产品。根据巴克杜尔公司的建议，风向、风速传感器的安装位置在距空冷岛30米外，高度5米左右的空地上。
(3)空冷控制系统
丰镇发电厂三期工程单元机组监控系统采用分散控制系统(DCS)，在集中控制室内，以彩色CRT、键盘、鼠标以及彩色大屏幕显示器为单元机组主要监视和控制手段。由DCS的操作员站完成对单元机组各工艺系统(包括空冷系统)的程序启停、自动调节、连锁保护及设备单独操作等功能。空冷控制系统将纳入单元机组DCS。由机组DCS供货厂家完成空冷监控系统的设计。单元机组网络结构图如下:
机组DCS选用上海FOXBORO公司I/Aseries系统。I/Aseries的网络系统结构是按节点(NODE)概念来构成的。节点独立运行，完成自动控制的各种功能，并可通过兼容网络与其他Foxboro或非Foxboro节点相连。节点总线(NODEBUS)的结构形式为总线结构，通讯符合:IEEE802.3(Ethernet以太网)。空冷系统为单元机组DCS网络的一个节点。FOXBORO公司负责统一规划空冷控制系统和单元机组DCS的网络结构、电源和接地等。空冷控制系统的电源柜、控制柜放在空冷凝汽器区域0米设就地控制室。机组正常运行时空冷系统的监控在单元机组集中控制室的操作员站上完成，就地无人值班。为满足启动运行初期空冷系统调试的需要，在空冷就地控制室内设操作员站和工程师站。
空冷操作员站与机组操作员站选型相同，采用WP5lF工作站，64位UltraSPARC RISC处理机，650M主频，512M内存;显示器为三星21"彩色液晶显示器，214T型，分辨率为1920x1440，采用UNIX的Solaris操作系统。工程师站为SUN公司的AP51工作站，操作系统为UNIXSolaris操作系统。每台操作员站均配有鼠标、专用键盘和标准键盘。鼠标和专用键盘用于机组运行的正常监视和操作，标准键盘用于组态和调试。
空冷控制系统设有三对控制器，机柜及10点统计见下表。
空冷系统DCS电源柜接受来自电气UPS馈线屏的UPS电源及电气汽机保安MCC的保安电源各1路，分别向空冷系统各DCS机柜、空冷操作员站及空冷工程师站供电。
空冷系统的所有信号均在空冷DCS机柜侧接地，每个控制机柜的系统地和屏蔽地铜排用接地电缆接至空冷DCS电源柜，在空冷DCS电源柜汇集后接至空冷就地电气接地网。
(4)其它设计中存在问题——供货
厂家提供基本设计；
(5)空冷系统监控宜纳入机组DCS，并在机组DCS招标及设计时统一规划设计空冷控制系统。
本文为实际工作总结，可为其他火电厂热控专业设计人员进行空冷系统设汁提供参考。
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