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为了顾及发电与节水的矛盾,在我国北方产煤区发展空冷机组十分必要。空冷发电技术是采用空气冷却作为电站冷源一种发电方式,它起源于20世纪30年代,在德国、美国、南非等国均有应用。目前南非空冷机组装机容量居世界第一位。在火电厂得到应用的空冷系统有三种,一种是直接空冷系统,即gea系统;一种是采用混合式凝汽器的间接空冷系统,即海勒式;还有一种是采用表面式凝汽器的间接空冷系统。世界上第一台1500kw直接空冷机组,于1938年在德国一个坑口电站投运,已有60多年的历史。世界上几个典型空冷机组是:1958年投运的意大利空冷电站2x36mw机组、1968年投运的西班牙160mw电站空冷机组、1978年投运的美国怀俄明州wodok电站365mw空冷机组、1987年投运的南非matimba电站6x665mw直接空冷机组。
与湿冷机组相比,空冷机组具有如下特点:
1、节水能力强。与湿冷机组比,可节约66%--84%的耗水量的能力,增加了火电厂厂址选择的灵活性,不必担心水资源的变迁、减量与水量加价。大型燃煤空冷电厂为实施“节水最大化、排放最小化(零排放)”创造了条件。从统计的数据看,最低节水率在66%,最高的达到84%。比如,常规湿冷火电厂全厂耗水量按设计装机容量计算,每百万千瓦约为一吨每秒。按年运行8000小时计,年耗水量约3000万吨,可供一座中型城市50万居民的生活用水。而如果火力发电厂汽轮机采用空气冷却系统(简称发电厂空冷系统)作为冷源,若其耗水量仅以节约66%计算,同样使用一吨每秒的水量,可建三百万千瓦的空冷电站。空冷机组年节水量约XX万吨,按每吨水价1~2元计,可节省XX~4000万元,五年可节省1~2亿元。
2、发电煤耗高。由于空冷机组比湿冷机组背压高,其循环热效率约低5%;空冷机组的发电煤耗约增加3%~8%。以600mw机组相比,空冷机组发电煤耗比湿冷机组煤耗高约10~15g/kw.h.空冷电厂的实质是以煤换水,即多耗掉燃煤才能大幅度节水。
但从另一方面来说,在我国的广大北方地区,年平均气温较低,尤其在漫长的冬季,室外空气温度常常达到零下十几度甚至零下二十几度,考虑到空冷汽轮机组以及空冷系统的安全运行,水蒸汽的冷凝温度却不能太低,这中间的温差如果能够采用复合循环加以利用,是可以较大幅度提高空冷机组的发电效率,从而降低整个机组的发电煤耗,提高整个机组的经济效益。计算表明:600mw低温型复合循环机组与初参数相同的复合循环机组相比,可以使煤耗率降低8.3%;取所比较的直冷机组煤耗为290g/kwh,则在冬季运行时,相同工况下低温复合循环机组煤耗将降低20 g/kwh以上。
3、占地占空间大。取消了庞大湿式冷却塔,消除了从塔顶逸出的雾气团对环境的热污染与淋水噪声;但空冷电厂的空冷凝汽器装置需要庞大的空间位置(例如600mw机组的空冷凝汽器装置需3.6万m3空间约为同容量常规电厂凝汽器空间的12倍),同时又必须供应大量环境空气;空冷式火力发电厂需具备较大的施工场地,复杂的调试及完善的防冻、降噪声措施;
4、增加了投资成本。采用空冷式火力发电技术系低温位、小温差、特大散热量的空气冷却热交换装置。该装置体积庞大,价格昂贵(1套600mw直接空冷装置约3亿元人民币),可与电站锅炉价格相比,应列入电站四大设备(即锅炉、汽轮机、发电机、空冷装置)之一;空冷电厂基建投资有所增加,全厂总投资约增加4%~8%;
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