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【摘要】 北方联合电力有限责任公司乌拉山发电厂空冷机组装机容量为2×300MW，空冷凝汽器等設备为哈空调产品。因乌拉山发电厂风沙较大，通过一年多的实际运行决定对空冷凝汽器管束喷淋改造，以求达到最热季管束降温的目的，增加发电效率。
【关键词】 喷淋降温；喷淋装置；解决；办法
【中图分类号】 TU721.3【文献标识码】 B 【文章编号】 1727-5123（2012）03-031-03
北方联合电力有限责任公司乌拉山发电厂空冷机组装机容量为2×300MW，空冷凝汽器等设备为哈空调产品。因乌拉山发电厂所处地区风沙较大，空冷换热装置的散热器表面比较脏污，且空冷换热装置的换热面积设计裕量偏小，同时汽轮机的排汽量大于空冷装置的设计进汽量。通过一年多的实际运行决定对空冷凝汽器管束加装喷雾强化换热装置，以求达到最热季管束降温的目的，增加机组效率。现具体进行介绍。
乌拉山发电厂#4、5机组分别于2006年6月12日和9月28日投入生产。
1直接空冷系统的特点
直接空冷机组非常节水，尤其在内蒙等西北地区尤为重要，为我国合理利用水资源具有重要意义。但是也有电厂投资过大，内蒙地区风沙大，空冷风机损坏严重等问题。同时在夏季负荷接待能力较水冷机组差，经济性能较低。
1.1影响空冷效率的因素。空冷凝汽器的性能与环境因素密切相关，而空冷凝汽器的性能除了环境因素的影响之外，还与
直接空冷机组原则性热力系统图
空冷凝汽器的参数选择有直接关系，我们不断优化这些参数可以使空冷凝汽器的初投资与运行费用最少。
设计参数
汽轮机排汽流量t/h662.21
排汽焓kj/kg2518
设计环境温度℃ 34
海拔高度 m1022
保证值 停5%风机，背压不大于28 kpa
在环境温度一定、热负荷一定、背压相同的条件下，空冷凝汽器换热面积是迎面风速的函数即
A0=F（Unf-1）
A0——换热面积
Unf——迎面风速
迎面风速越高换热面积越小，我们可以通过提高迎面风速使空冷凝汽器设备总量最小，从而减少初投资。由于环保意识加强人们对噪声的影响非常在意从而提出非常严格的噪声设计条件，在这种情况下设备总量就不见得是优化的主导因素，又增加噪声这一限制条件使得优化变得复杂起来即
C=F（A0，S）
C——空冷凝汽器年固定费用
S——噪声
由于换热面积A00、噪声S都是迎面风速Unf的函数，因此最终确定迎面风速Unf作为优化变量。
下面是我厂风机转速110%时的工程热力性曲线，由此我们可以看出，在风机转速、环境温度及负荷确定时，机组背压是确定的，而机组背压是直接影响提高机组效率降低热耗率及煤耗的主要因素。目前我厂空冷岛存在机组在夏季运行时背压高于设计值，致使负荷带不满的问题。而机组负荷300MW，环境温度30℃时，背压达42Kpa。远远达不到设计值要求。严重时，环境温度32.4℃，负荷26～27MW，机组背压能达48Kpa，凝结水温度可达79℃。机组在极其不安全不经济工况下运行，机组背压设计65kPa跳机。
众所周知，机组背压变化1kPa，300MW机组将影响煤耗2g/kWh左右。因此如何降低背压是我厂节能减排的重要课题。
1.2降低排汽背压的方法。对于汽轮机来讲，降低排汽的方法最直接的就是降低冷却介质的温度。水冷凝汽器可采用将工业水同循环水联通的办法降低循环水温度，提高凝汽器的真空。而空冷机组受环境温度的限制，只能采取喷水降温的方法，降低冷却风机周边空气的温度来提高真空， 喷水是指提高气体空气湿度的过程，利用水的蒸发吸热来降低空气温度。
常用的加湿方法有：⑴向气体直接加入饱和蒸汽或过热蒸汽。此法简单易行，空气温度基本不变或略有升高；⑵向气体喷水，水的汽化使气体增湿。此法有两种操作方式：首先，将气体适当加热，然后与温度恒定的循环水接触，这称为绝热增湿（或恒液温增湿）。在这种增湿过程中气体温度降低，极限温度为绝热饱和温度。其次，将水适当加热，然后与气体接触，接触过程中气体湿度增高而水温降低，这称为水冷却增湿；⑶保持气体中含有的水汽量不变，降低气体温度，使相对湿度增大，此称为降温加湿。
2方案说明（以下也以2台机组作说明）
对直接空冷装置进行冷却是降低空冷机组背压的一种有效手段。冷却原理有两种：⑴蒸发冷却；⑵喷雾冷却；乌拉山项目若采用喷雾冷却方式，则需要除盐水的量为200t/h左右，而目前乌拉山制水系统的能力是满出力运行时为125t/h。
为了节约用水，考虑空冷凝汽器喷淋降温系统方案利用的是喷雾冷却方式。
2.1提供的的空冷凝汽器喷淋降温系统有如下几个特点。⑴采用专用方型喷嘴，提高雾化喷淋面积及效果，几乎无水滴落下，不会对风机电机及地面设备造成影响；⑵直接对管束翅片进行喷淋，迅速降低管束翅片温度，大大提高换热效率；⑶采用分区雾化喷淋的方式（即将1台机组分为4个单元，每次雾化喷淋2列管束），在降温的同时，减少3/4的水量，降低电耗及水耗，节省运营成本；⑷采用全自动方式，减少人工操作，可随时对任一管束进行雾化喷淋，提高了设备操作的灵活性。
3整个方案由多级水泵装置、管路、喷淋装置、控制装置四个部分组成
3.1多级水泵装置。由进水手动闸阀、多级水泵、进出口软管等组成。多级水泵进水口接自乌拉山电厂除盐水（压力要求≥0.2MPa）管路，在进水管路上配置DN100进水软管、DN100手动闸阀和Y型DN100过滤器。为防止水流冲击，在水泵出口安装一根DN100缓冲软管在多级水泵上还有一路DN80排水口，并在排水管路上安装一只DN80手动闸阀。本工程共设2台多级水泵，一台机组配套一台高压泵。 3.2管路部分。在多级水泵出口的橡胶软管（起缓冲作用）后接DN100的不锈钢管，不锈钢管沿立柱竖直接入空冷凝汽器平台上，在平台上横向安装一根DN100的不锈钢管。在横向不锈钢管上每座A型塔处安装一只DN100/DN80三通，三通接DN80的电动蝶阀，在A型塔内部安装1路DN80/DN65/DN50/DN40的不锈钢分管路，两台机组共设16组分管路。在2台机组的横向不锈钢管中间安装1只手动截止阀，可使2台机组的水泵互为备用。（本工程从水泵出口至各喷嘴的压降约为0.7MPa）
3.3喷淋装置。在每根不锈钢分管路上安装喷淋装置，1台空冷风机上安装2路DN25喷淋分管路，在每路喷淋分管路上安装4只方形喷射实心锥形喷嘴（TG-SQ-1/4型），每只喷嘴可实现4000×5000mm的喷淋面积，在每台空冷风机上方的管束上可实現大于80%的喷淋冷却面积。1座A型塔共安装有10路DN25喷淋分管路和40只方形喷射实心锥形喷嘴。经过喷嘴出口的水流在空冷风机及高温管束的作用下可完全雾化，经估算落下的水流小于总水量的2%，考虑在空冷风机的电机风扇上方安装1只防雨伞，防止落下的水流进入风机电机内。
方形喷射实心锥形喷嘴喷水效果图
注：方形喷射实心锥形喷嘴的喷射区呈现方形，喷射效果在其喷射区内分布均匀，液滴大小中等到偏大。这种喷射非常适合矩形区域覆盖或喷射。其在不同压力具有不用的流量范围。（本工程喷嘴入口压力约为0.3MPa）
方形喷射实心锥形喷嘴性能参数
3.4控制装置。每台机组配1只程控柜（程控柜带以太网接口，可与DSC联接），可实现对多级水泵启停、DN80-DN40的不锈钢分管路上电动蝶阀（编为#1～6）的开关的自动控制，每台机组现场温度仪的监控，每台机组运行流程为：现场温度仪信号上限接通或DCS给出启动指令，打开#1#2电动蝶阀——10秒后启动多级水泵——2分钟后打开#3#4电动蝶阀——10秒后关闭#1#2电动蝶阀——2分钟后打开#5#6电动蝶阀——10秒后关闭#3#4电动蝶阀——2分钟后打开#1#2电动蝶阀——10秒后关闭#5#6电动蝶阀，管路物循环切换，多级水泵连续运行。即分3个单元对1台机组空冷器管束进行喷淋冷却。则至现场温度仪信号下限接通或DCS给出停止指令，程控系统停止运行。
风机房内（A型塔内部）喷嘴布置图
4实施情况说明
#5机组于2008年6月底安装完成并投入使用，#4机组于2008年7月安装完成。在#5机投入运行后，发现喷嘴离管束较远，落水太多；安装#4机时，在喷嘴前加装500mm的加长管，喷淋效果较好，随后#5机也进行了改装。
控制装置
5效益分析
按测试报告参数，用水量33.304吨/小时，环境温度23.65℃，背压平均降低了3.9 Kpa计算。
5.1空冷喷淋运行成本。每小时用除盐水33.304吨，除盐水每吨4元，用电每小时30KW，每度电按0.3元计算。
每小时共消耗成本=33.304×4+30×0.3=142.2元
5.2因投空冷喷淋产生的效益。上述试验条件，平均环境温度23.65℃，背压平均降低了3.9Kpa，按背压每降低1Kpa，可降低煤耗2.15g/kwh，标煤单价260元/吨。
每小时可节约=3.9×2.15×300000×0.001×0.26=654.42元
5.3年运行可节约收益。按年运行3个半月，每天运行12小时计算可节约：（654.42-177）×12×30×3.5=645397.2元。
注：以上计算数据较保守，实际运行收益更好一些，有以下原因：⑴采集以上数据时，平均环境温度较低，对背压的影响较小；⑵标煤单价按260元/吨计算，根椐实际情况较低；⑶从往年的运行看，在热天时，从中午十一点到下午六点环境温度较高时，背压可达到48Kpa，最低也42Kpa；而今年投喷淋后背压最高38Kpa，大部分时间在32Kpa以下，这个时间段喷淋投入的经济性最好。以上效益计算没有考虑进去。如考虑上这一时段，经济性应该是相当可观的。
6结论
加装喷淋降温强化换热装置后，降低了发电机组的背压，机组的真空度有了提高，节约了冷却水的用量，同时降低了煤耗，提高了机组效率。
参考文献
1丁尔谋.发电厂空冷技术[M].山西省电力工业局水利电力出版社，
1992
2齐复东等编著.电站凝气设备和冷却系统[M].水利电力出版社，1990
3魏松涛.有关空冷汽轮机值得商榷的几个问题[J].空冷专委会第二
次学术年会论文集，2000
【关键词】 喷淋降温；喷淋装置；解决；办法
【中图分类号】 TU721.3【文献标识码】 B 【文章编号】 1727-5123（2012）03-031-03
北方联合电力有限责任公司乌拉山发电厂空冷机组装机容量为2×300MW，空冷凝汽器等设备为哈空调产品。因乌拉山发电厂所处地区风沙较大，空冷换热装置的散热器表面比较脏污，且空冷换热装置的换热面积设计裕量偏小，同时汽轮机的排汽量大于空冷装置的设计进汽量。通过一年多的实际运行决定对空冷凝汽器管束加装喷雾强化换热装置，以求达到最热季管束降温的目的，增加机组效率。现具体进行介绍。
乌拉山发电厂#4、5机组分别于2006年6月12日和9月28日投入生产。
1直接空冷系统的特点
直接空冷机组非常节水，尤其在内蒙等西北地区尤为重要，为我国合理利用水资源具有重要意义。但是也有电厂投资过大，内蒙地区风沙大，空冷风机损坏严重等问题。同时在夏季负荷接待能力较水冷机组差，经济性能较低。
1.1影响空冷效率的因素。空冷凝汽器的性能与环境因素密切相关，而空冷凝汽器的性能除了环境因素的影响之外，还与
直接空冷机组原则性热力系统图
空冷凝汽器的参数选择有直接关系，我们不断优化这些参数可以使空冷凝汽器的初投资与运行费用最少。
设计参数
汽轮机排汽流量t/h662.21
排汽焓kj/kg2518
设计环境温度℃ 34
海拔高度 m1022
保证值 停5%风机，背压不大于28 kpa
在环境温度一定、热负荷一定、背压相同的条件下，空冷凝汽器换热面积是迎面风速的函数即
A0=F（Unf-1）
A0——换热面积
Unf——迎面风速
迎面风速越高换热面积越小，我们可以通过提高迎面风速使空冷凝汽器设备总量最小，从而减少初投资。由于环保意识加强人们对噪声的影响非常在意从而提出非常严格的噪声设计条件，在这种情况下设备总量就不见得是优化的主导因素，又增加噪声这一限制条件使得优化变得复杂起来即
C=F（A0，S）
C——空冷凝汽器年固定费用
S——噪声
由于换热面积A00、噪声S都是迎面风速Unf的函数，因此最终确定迎面风速Unf作为优化变量。
下面是我厂风机转速110%时的工程热力性曲线，由此我们可以看出，在风机转速、环境温度及负荷确定时，机组背压是确定的，而机组背压是直接影响提高机组效率降低热耗率及煤耗的主要因素。目前我厂空冷岛存在机组在夏季运行时背压高于设计值，致使负荷带不满的问题。而机组负荷300MW，环境温度30℃时，背压达42Kpa。远远达不到设计值要求。严重时，环境温度32.4℃，负荷26～27MW，机组背压能达48Kpa，凝结水温度可达79℃。机组在极其不安全不经济工况下运行，机组背压设计65kPa跳机。
众所周知，机组背压变化1kPa，300MW机组将影响煤耗2g/kWh左右。因此如何降低背压是我厂节能减排的重要课题。
1.2降低排汽背压的方法。对于汽轮机来讲，降低排汽的方法最直接的就是降低冷却介质的温度。水冷凝汽器可采用将工业水同循环水联通的办法降低循环水温度，提高凝汽器的真空。而空冷机组受环境温度的限制，只能采取喷水降温的方法，降低冷却风机周边空气的温度来提高真空， 喷水是指提高气体空气湿度的过程，利用水的蒸发吸热来降低空气温度。
常用的加湿方法有：⑴向气体直接加入饱和蒸汽或过热蒸汽。此法简单易行，空气温度基本不变或略有升高；⑵向气体喷水，水的汽化使气体增湿。此法有两种操作方式：首先，将气体适当加热，然后与温度恒定的循环水接触，这称为绝热增湿（或恒液温增湿）。在这种增湿过程中气体温度降低，极限温度为绝热饱和温度。其次，将水适当加热，然后与气体接触，接触过程中气体湿度增高而水温降低，这称为水冷却增湿；⑶保持气体中含有的水汽量不变，降低气体温度，使相对湿度增大，此称为降温加湿。
2方案说明（以下也以2台机组作说明）
对直接空冷装置进行冷却是降低空冷机组背压的一种有效手段。冷却原理有两种：⑴蒸发冷却；⑵喷雾冷却；乌拉山项目若采用喷雾冷却方式，则需要除盐水的量为200t/h左右，而目前乌拉山制水系统的能力是满出力运行时为125t/h。
为了节约用水，考虑空冷凝汽器喷淋降温系统方案利用的是喷雾冷却方式。
2.1提供的的空冷凝汽器喷淋降温系统有如下几个特点。⑴采用专用方型喷嘴，提高雾化喷淋面积及效果，几乎无水滴落下，不会对风机电机及地面设备造成影响；⑵直接对管束翅片进行喷淋，迅速降低管束翅片温度，大大提高换热效率；⑶采用分区雾化喷淋的方式（即将1台机组分为4个单元，每次雾化喷淋2列管束），在降温的同时，减少3/4的水量，降低电耗及水耗，节省运营成本；⑷采用全自动方式，减少人工操作，可随时对任一管束进行雾化喷淋，提高了设备操作的灵活性。
3整个方案由多级水泵装置、管路、喷淋装置、控制装置四个部分组成
3.1多级水泵装置。由进水手动闸阀、多级水泵、进出口软管等组成。多级水泵进水口接自乌拉山电厂除盐水（压力要求≥0.2MPa）管路，在进水管路上配置DN100进水软管、DN100手动闸阀和Y型DN100过滤器。为防止水流冲击，在水泵出口安装一根DN100缓冲软管在多级水泵上还有一路DN80排水口，并在排水管路上安装一只DN80手动闸阀。本工程共设2台多级水泵，一台机组配套一台高压泵。 3.2管路部分。在多级水泵出口的橡胶软管（起缓冲作用）后接DN100的不锈钢管，不锈钢管沿立柱竖直接入空冷凝汽器平台上，在平台上横向安装一根DN100的不锈钢管。在横向不锈钢管上每座A型塔处安装一只DN100/DN80三通，三通接DN80的电动蝶阀，在A型塔内部安装1路DN80/DN65/DN50/DN40的不锈钢分管路，两台机组共设16组分管路。在2台机组的横向不锈钢管中间安装1只手动截止阀，可使2台机组的水泵互为备用。（本工程从水泵出口至各喷嘴的压降约为0.7MPa）
3.3喷淋装置。在每根不锈钢分管路上安装喷淋装置，1台空冷风机上安装2路DN25喷淋分管路，在每路喷淋分管路上安装4只方形喷射实心锥形喷嘴（TG-SQ-1/4型），每只喷嘴可实现4000×5000mm的喷淋面积，在每台空冷风机上方的管束上可实現大于80%的喷淋冷却面积。1座A型塔共安装有10路DN25喷淋分管路和40只方形喷射实心锥形喷嘴。经过喷嘴出口的水流在空冷风机及高温管束的作用下可完全雾化，经估算落下的水流小于总水量的2%，考虑在空冷风机的电机风扇上方安装1只防雨伞，防止落下的水流进入风机电机内。
方形喷射实心锥形喷嘴喷水效果图
注：方形喷射实心锥形喷嘴的喷射区呈现方形，喷射效果在其喷射区内分布均匀，液滴大小中等到偏大。这种喷射非常适合矩形区域覆盖或喷射。其在不同压力具有不用的流量范围。（本工程喷嘴入口压力约为0.3MPa）
方形喷射实心锥形喷嘴性能参数
3.4控制装置。每台机组配1只程控柜（程控柜带以太网接口，可与DSC联接），可实现对多级水泵启停、DN80-DN40的不锈钢分管路上电动蝶阀（编为#1～6）的开关的自动控制，每台机组现场温度仪的监控，每台机组运行流程为：现场温度仪信号上限接通或DCS给出启动指令，打开#1#2电动蝶阀——10秒后启动多级水泵——2分钟后打开#3#4电动蝶阀——10秒后关闭#1#2电动蝶阀——2分钟后打开#5#6电动蝶阀——10秒后关闭#3#4电动蝶阀——2分钟后打开#1#2电动蝶阀——10秒后关闭#5#6电动蝶阀，管路物循环切换，多级水泵连续运行。即分3个单元对1台机组空冷器管束进行喷淋冷却。则至现场温度仪信号下限接通或DCS给出停止指令，程控系统停止运行。
风机房内（A型塔内部）喷嘴布置图
4实施情况说明
#5机组于2008年6月底安装完成并投入使用，#4机组于2008年7月安装完成。在#5机投入运行后，发现喷嘴离管束较远，落水太多；安装#4机时，在喷嘴前加装500mm的加长管，喷淋效果较好，随后#5机也进行了改装。
控制装置
5效益分析
按测试报告参数，用水量33.304吨/小时，环境温度23.65℃，背压平均降低了3.9 Kpa计算。
5.1空冷喷淋运行成本。每小时用除盐水33.304吨，除盐水每吨4元，用电每小时30KW，每度电按0.3元计算。
每小时共消耗成本=33.304×4+30×0.3=142.2元
5.2因投空冷喷淋产生的效益。上述试验条件，平均环境温度23.65℃，背压平均降低了3.9Kpa，按背压每降低1Kpa，可降低煤耗2.15g/kwh，标煤单价260元/吨。
每小时可节约=3.9×2.15×300000×0.001×0.26=654.42元
5.3年运行可节约收益。按年运行3个半月，每天运行12小时计算可节约：（654.42-177）×12×30×3.5=645397.2元。
注：以上计算数据较保守，实际运行收益更好一些，有以下原因：⑴采集以上数据时，平均环境温度较低，对背压的影响较小；⑵标煤单价按260元/吨计算，根椐实际情况较低；⑶从往年的运行看，在热天时，从中午十一点到下午六点环境温度较高时，背压可达到48Kpa，最低也42Kpa；而今年投喷淋后背压最高38Kpa，大部分时间在32Kpa以下，这个时间段喷淋投入的经济性最好。以上效益计算没有考虑进去。如考虑上这一时段，经济性应该是相当可观的。
6结论
加装喷淋降温强化换热装置后，降低了发电机组的背压，机组的真空度有了提高，节约了冷却水的用量，同时降低了煤耗，提高了机组效率。
参考文献
1丁尔谋.发电厂空冷技术[M].山西省电力工业局水利电力出版社，
1992
2齐复东等编著.电站凝气设备和冷却系统[M].水利电力出版社，1990
3魏松涛.有关空冷汽轮机值得商榷的几个问题[J].空冷专委会第二
次学术年会论文集，2000