直接空冷系统介绍

直接空冷凝器器系统介绍 1、 系统简介 直接空冷凝汽器系统（英文Air Cooled Condenser System，缩写为ACC）是指汽轮机的排汽直接用空气来冷凝，空气与蒸汽间进行热交换。所需冷却空气，通常由机械通风方式供应。直接空冷的凝汽设备称为空冷凝汽器，这种空冷系统的优点是设备少，系统简单，基建投资较少，占地少，空气量的调节灵活。该系统一般与高背压汽轮机配套。这种系统的缺点是运行时粗大的排汽管道密封困难，维持排汽管内的真空困难，启动时为造成真空需要的时间较长，机组效率低，一次能源消耗大。 2、 系统构成概述 1、 概述 通常ACCS一般主要由以下几部分构成： · 排汽管道和配汽管道 · 翅片管换热器 · 支撑结构和平台 · 风扇及其驱动装置 · 抽真空系统 · 排水和凝结水系统 · 控制和仪表系统 2、 冷凝过程 空气冷却器一般采用屋顶结构（或称A型框架结构）。 来自汽轮机的尾汽通过排汽管道和配汽管道输送到翅片管换热器。配汽管道连接到汽轮机的排汽管道和位于上部的翅片管换热器。蒸汽被直接送入换热器的翅片管道内。蒸汽携带的热能由经过换热器翅片表面的冷却空气带走，冷却空气是由置于管束下面的轴流风机驱动的。 换热器一般采用KD布置方式，即顺流冷凝－反流冷凝的布置方式。 70％到80％的蒸汽在通过由上部的配汽管道到顺流冷凝的换热器中被冷凝成凝结水，凝结水流到底部的蒸汽/凝结水联箱中。顺流管束称为冷凝管束或称K管束。 其余的蒸汽在成为D管束的反流管束中被冷凝，蒸汽是由蒸汽/凝结水联箱向上流动的，而凝结水由冷凝的位置向下流到蒸汽/凝结水联箱中并被排出。 这种KD形式的布置方式确保了在任何区域内蒸汽都与凝结水有直接接触，因此将保持凝结水的水温与蒸汽温度相同，从而避免了凝结水的过冷、溶氧和冻害。 从汽轮机到凝结水箱的整个系统都是在真空状态下。由于采用全焊接结构，从而保证整个系统的气密性。由于在与汽轮机连接的法兰处不可避免地会有空气漏进冷凝系统中，为了保持系统地真空，在反流管束的上端未冷凝的蒸汽和空气的混合物将被抽出。通过在上端部位的过冷冷却，使不可冷凝蒸汽的汽量被减小了。 反流（D）部分的应保证在任何运行条件下，不会在顺流（K）部分造成完全冷凝，以避免过冷和溶氧以及冻害的危险。 在不同热容量和环境温度下，通过调节空气流量的变化来控制汽轮机尾气的排汽压力。 3、 换热器 热浸锌翅片管具有从管子到翅片良好的导热性能。这是由于在翅片根部和管子的间隙被充满锌而具有毛细总用。 由于钢制管子和钢制翅片是同种材质，从而避免热应力的产生，而热应力对热传导不利。 由于翅片管束必须承受极大的阻力，它们必须具有很高的强度。钢制翅片可以抵抗典型的机械冲击，比如冰雹、清洗设备的高压水（200bar），或维护工人的体重。在运输和安装过程中不易损坏。由于钢制翅片管束具有较短的深度，因此更能适宜清洗设备的高压水的冲击。 而且，热浸锌翅片管具有良好的防腐性能和长达超过25年的使用寿命。 4、 支撑结构和平台 根据实际经验，屋顶型结构的空气冷凝器具有可靠的凝结水排水功能并且减少了占地面积。 支撑结构由可组合的全钢的支撑梁和加强拉条的框架构成。 钢结构用于支撑： －由圆形风机座的平台构成的冷凝器平台 －安装换热器管束的屋顶型结构（A型框架）（支撑在冷凝器平台上） －带栏杆的通道（通到平台） －四周的风墙，用于放热空气回流和自然风影响 A型框架结构内装有用于分隔各台风机/换热器单元的隔墙，以便防止冷凝器平台上的冷却空气的回流。 风墙和隔墙是用波纹钢板制成。 通过步道或/和楼梯可通往冷凝器平台。 在屋顶型结构的顶部配备有在单轨或横梁上滑动的吊车，用于安装或拆卸像风扇和驱动机构等沉重的设备。 5、 风扇和驱动装置 利用风扇安装梁，机械驱动轴流风扇被安装在换热器下面的风扇平台上。 每个风机单元由风扇、电机和传动机构（齿轮或三角皮带传动）组成，并配有防逆转机构。 一般采用双速电机。但为了避免太大的压力波动和/或减少辅机的能耗，通常采用单速电机并利用变频器控制电机的转速。（见控制和仪表系统） 为了降低的进风处的空气阻力和气流的噪音，风机的扇环被直接安装在平台下面。 风扇的型式可以根据全厂的噪音控制要求选定。从型到极低噪音型均可由不同的生产厂家得到。扇叶的材质可以是玻璃纤维增强塑料（FRP）或铝质以适应不同的性能要求。 6、 排气管道和配汽管道 在夏季和冬季运行时，蒸汽（对应于排汽压力）比容的变化会导致蒸汽流速的升高和降低以及相应的压力损失。 蒸汽的流速是其密度的函数，通常为40－80m/s。 在投资较少的条件下，通过蒸汽排汽管道和换热器表面积的优化设计，可以将对应于较小初始温差（ITD）的压力损失降低到最小。 配汽管道的直径的设计与翅片管内的流速有关，以便确保相同的蒸汽流量进入到各翅片管中。 由于管道采用完全焊接的碳钢结构，因此不会有泄漏发生。 自1972年以来，高达5.5米直径的管道一直在使用中。 排气管道始于汽轮机的排汽口，其截面积通常为长方形，通过一个过渡件与管道的直径段相连。直段的管道配有加强环。管道上的不锈钢膨胀节用于减小由于管道的热膨胀和位移导致的汽轮机法兰的应力和位移。 配备的人孔用于常规检查。排汽管道还配有必须的固定和浮动支座。 为了保护冷凝系统，以免管道承受过高的压力，安装隔膜和安全阀被安装在由平台可以接近的管道上。 7、 抽真空系统 抽真空系统用于在启动时和正常运行时从冷凝系统中除去不可冷凝的气体。 若非特别制定，启动系统将被设计成在60分钟内使蒸汽汽封系统达到100mbar的真空。启动程序必须根据锅炉和汽轮机的启动程序而定，并且不同的电厂会有不同的解决（如垃圾焚烧电站，联合循环电厂等）。 对于正常运行时的抽气，配备一套冗余的真空保持系统（2×100％）。 设计泄漏量根据HEI标准确定。 抽真空系统使用射汽抽气器或水环真空泵，或组合起来使用。 在大多数情况下使用射汽抽气器，因为其不易发生故障（没有旋转部件）。射汽抽气器仅需少量的维护工作，而且价格低。 水环真空泵比射汽抽气器昂贵，并且需要一些维护工作，但具有较低的能耗。 由于需要冷却水，水环真空泵需要比汽轮机/l冷凝器压力下的饱和温度低13－15℃的冷却水。 8、 排水和凝结水系统 在排汽管道的最低点，设置了一个排水箱（热井）用于排出在管道中收集的凝结水。 凝结水靠重力从蒸汽/凝结水联箱的管路经过凝结水管路流到凝结水箱，对于使用射汽抽气器的抽真空系统，凝结水也来自于表面冷却器。凝结水箱配备有液位计、必要的管接头、检查孔和箱体固定地脚装置。凝结水箱的容量设计成可收集5－10分钟期间的凝结水。正常运行的液位是其直径的50％。 如果不能实现靠重力将凝结水收集到凝结水箱，则需要在热井下方配备排水泵以便将凝结水输送到凝结水箱。 2×100％（或3×50％）配置的凝结水泵被设置在凝结水箱的下方以便将凝结水送回电厂的凝结水系统（限于ACC系统），并且如果有的话，会通过抽真空系统的表面冷凝器。 凝结水箱位于蒸汽/凝结水联箱管路下方，同时其位置应比凝结水泵的位置尽量可能地越高越好，以便提供充分的吸入压力从而可以使用标准的水平布置的水泵。 由于一台凝结束泵在保持长期运行（用于保证有充足的冷却水流过射汽抽气器的冷却器），一套排水/回水控制阀和管路构成的凝结水系统被用来确保即使在低负荷的运行条件下，凝结水箱中也有充足的水位。 9、 控制和仪表系统 对于非设计条件下的运行状态和特殊运行方式（设计条件指正常运行状态），比如启动、旁路运行、防冻措施和停机等，需要仪表和控制系统来控制冷凝器机组安全地运行，并且满足汽轮机需要的运行条件。 辅助设备如泵、抽真空系统和水箱必须配备就地检测仪表。 控制系统至少由下列部分构成： －蒸汽背压和蒸汽温度检测 －在蒸汽/凝结水箱管路中地温度检测 基本上，直接空冷系统地控制和议表系统用来控制在需要的背压下风扇的转速。 在正常运行条件下，电厂的控制系统会设定一个背压值，它与ACC控制系统的背压值进行比较。如果实际的背压值高于设定值，则风机被调解到较高转速，如果低于设定值，则调解到较低转速。 单速或双速电机可以通过接线线路进行转换，从而给电机一个的启动时间间隔。 利用变频器可以实现风机转速的无级调速，它也可被选用于控制系统并有下列优点： －当只有少量风机时可以连续调节汽轮机的排气压力从而避免了大的压力波动。 －可以将风机的转速调解到需要值从而减少风机的能耗。 控制单元可以设计成利用PLC控制，其主要构成包括一个主控单元、有缓冲电池的电源单元、有存储模块的CPU单元、模拟输入、数字输入、数字输出、手动转换开关、显示单元以及如果需要的话，一组用于与电厂控制系统进行数据交换的数据总线。 另一种方案是将ACC的控制系统和整个电厂的过程控制系统结合在一起。 3、 典型配置 （1） 典型设计范围 直接空冷系统作为一个整体，供货商应对其整体性能负责。卖方的设计范围一般从汽轮机的排汽装置出口(包括膨胀节)开始,经空冷器至排汽装置热井入口的全部工艺系统。 序号 项目 内容 设计分工 设计深度 备注 1 系统优化计算 包括空冷风机的风量、风速、噪音的优化计算等。 供货商 详细设计 2 系统热力计算 供货商 详细设计 水力计算 供货商 详细设计 空气动力计算 供货商 详细设计 管道应力计算 供货商 详细设计 排汽管道系统各项压力损失计算 供货商 详细设计 3 直接空冷系统的总体布置设计、空冷平台及挡风墙高度的优化设计。 重点论述环境风对空冷系统的影响，以及减少影响的工程措施。应通过数模试验来验证结论的正确性。 供货商 详细设计 4 空冷凝汽器、风机、支撑平台及挡风墙的设计。 钢平台下的钢桁架、钢筋混凝土支撑柱(提供直径和璧厚及柱顶、柱底荷载内力，柱顶与桁架的连接方式及简图) 供货商 基本设计 设计院 详细设计 5 排汽管道系统 包括从主厂房内排汽装置出口至空冷凝汽器入口的全部排汽管道及疏水管道的设计。 供货商 详细设计 6 抽真空系统 包括从空冷凝汽器接口至抽真空设备接口的全部抽真空管道的设计（包括真空泵的选型和计算）。 供货商 详细设计 7 凝结水系统 包括空冷凝汽器的凝结水出口至排汽装置热井入口的全部凝结水管道的设计。补水直接补入空冷器配汽管上，补水设计分界线一般在在空冷平台以下200mm，其上部分（包括喷嘴）由供货商负责设计。 供货商 详细设计 8 电气系统的设计 空冷系统厂用电源系统的设计； 供货商 详细设计 空冷系统照明、检修、防雷接地 供货商 基本设计 系统内的电缆（动力电缆、控制电缆及信号电缆等）通道、电缆托架、电缆穿管和支吊架 供货商 详细设计 空冷系统的防雷系统 供货商 基本设计 空冷系统的伴热防冻 供货商 基本设计 9 控制系统 各系统PID图、DCS I/O、调节系统框图、控制逻辑图等 供货商 详细设计 10 清洗系统 平台以上的部分，设计分界线在空冷平台下200mm处，接口靠近混凝土支柱。 供货商 详细设计 11 支撑空冷凝汽器平台的土建结构部分 供货商 基本设计 12 主变等布置 主变等布置在汽机房A列外的空冷平台下。供货商在进行空冷系统区域的布置时，应与买方协调配合，充分考虑这些设备的布置空间和带电距离，并应保证这些设备维修方便，运行安全。 供货商 设计院 配合设计 13 其他的保证系统完善的设计 包括电梯（基本设计）、楼梯（基本设计及详图设计）、步道、起吊设施、阀门等所有检修平台等。 供货商 基本设计或 详细设计 （2） 600M机组ACC典型供货范围 序号 名称 规格 单位 数量 供货 范围 产地 制造商 备注 1 空冷凝汽器系统 1.1 管束 单排管或 多排管 片 640 卖方 德国 GEA德国工厂 GEA 中国 GEA廊坊工厂 560 (单排) 中国 SPX天津工厂 SPX 中国 SPX张家口工厂 1.2 排汽管道（包括内支撑、外加固肋及导流板） DN6000/4200/3000 吨 约68.5 买方 中国 电建施工单位 1.3 蒸汽分配管（与空冷器直接连接的管道） DN3000/2600/1500 件 8 卖方 中国 中国华电 苏源电力 或相当 1.4 膨胀节 DN6000/3000 个 30 买方 中国 南京晨光 南通诺玛特 北京航天 或相当 1.5 支吊架（包括刚性、弹性、恒力等） 买方 中国 力赛佳 江苏苏源 江阴石化 或相当 1.6 真空蝶阀 DN3000 个 2～4 买方 进口 科隆巴赫（德国） 阿达姆斯（德国） 索兰坡 （英国） 1.5 管板、管束下联箱 管板和管束下联箱随同管束整体供货 卖方 1.6 防爆膜 买方 中国 1.7 管束下联箱支撑导轨 热浸镀锌导轨 中国 中国华电、苏源电力、或相当 2 凝结水系统 2.1 管道及支吊架 DN125/200/ 250/350/500/600碳钢管道 吨 约40 卖方 中国 中国华电 苏源电力 或相当 2.2 管道 买方 中国 2.3 阀门 买方 中国 3 抽真空系统 3.1 管道及支吊架 DN125/200/ 250/350/500/600碳钢管道 含在2.1中 卖方 中国 中国华电 苏源电力 或相当 3.2 管道 DN150/300 吨 约15 买方 中国 3.3 阀门 蝶阀和止回阀 买方 4 补水系统 4.1 喷嘴 卖方 中国 中国华电 苏源电力 或相当 4.2 管道及支吊架 DN125/200/ 250/350/500/600碳钢管道 含在2.1中 卖方 中国 5 空冷器清洗系统 5.1 接头 卖方 进口 德国J&W 意大利GSC 5.2 冲洗装置底架 卖方 进口 德国J&W 意大利GSC 5.3 喷嘴 卖方 进口 德国J&W 意大利GSC 5.4 高压软管 卖方 进口 德国J&W 意大利GSC 5.5 导轨（水平及竖向） 卖方 进口 德国J&W 意大利GSC 5.6 连接件 卖方 进口 德国J&W 意大利GSC 5.7 控制盘和操作按钮 卖方 进口 德国J&W 意大利GSC 5.8 驱动装置及电缆滑线 卖方 进口 德国J&W 意大利GSC 6 电气系统 6.1 冲洗装置驱动电机 卖方 进口 德国J&W 意大利GSC 6.2 电气系统 买方 买方范围内 7 仪表和控制系统 7.1 控制逻辑软件（说明书） 卖方 GEA SPX 7.2 凝结水和抽真空温度计 卖方 欧洲 WIKA,FISHER-ROSEMUNT,ABB或其他 8 混凝土支柱以上全部钢结构部分重量 吨 约3300 买方 中国 9 钢筋混凝土支柱截面尺寸（外径和壁厚）及数量 DN4200x200 根 16 买方 中国 电建施工单位 10 空气供给系统 10.1 轴流风机 8.91m或9.14m 台 56 买方 中国或进口 保定惠阳 江苏申海 豪顿华 意大利comfico 荷兰Howden Cooling Fans 10.2 电动机 220V 90～135kW 台 56 买方 中国或进口 上海电机厂 湘潭电机 佳木斯电机 大连电机 西门子（合资或进口） ABB（合资或进口） 10.3 齿轮箱 减速比约14:1 台 56 买方 进口或合资 FLENDER SEW HANSEN 或相当 10.4 导风筒 与风机配套 台 56 买方或卖方 国产或进口 同以上风机厂商 10.5 防护网 台 56 买方或卖方 国产或进口 10.6 密封板 买方或卖方 10.7 振动开关 买方或卖方 GEA SPX 10.8 变频器 台 56 买方或卖方 进口或合资 SIEMENS ABB AB 或相当 - 10 -