光热电站辅机冷却方式选择

光热电站辅机冷却方式选择

李小君

山东电力建设第三工程有限公司，山东青岛， 266100

摘要：辅机冷却水系统是光热电站比较重要的系统之一，其投资较大，关系到电厂的安全和经济运行。以我公司甘肃某项目投标技术方案为例，说明在保证辅机安全的前提下，对辅机冷却水系统采用干湿联合冷却方案和干式冷却方案从系统的布置、运行、节水等方面的进行优化和比较，提出适合于项目工程的辅机冷却水系统配置方案的思路和意义。

关键词：辅机冷却水系统，干湿联合冷却，干式冷却，布置，运行，电耗

1.引言

通常光热电站都建在太阳能资源，但水源匮乏的地区，所以辅机冷却水系统的选取，在节水，节能上不仅有十分重要的意思，还关系到电厂的安全和经济运行。以我公司投标的甘肃某塔式熔盐太阳能热发电机组为例，对辅机冷却水系统采用干湿联合冷却方案和干式冷却方案从系统的布置、运行、节水等方面的进行优化和比较，提出适合于该光热电站工程的辅机冷却水系统配置方案。

辅机干式冷却方案与干湿联合冷却方案相比，电耗较高，但节水效果明显，年运行费用相对较低。本工程处于严重缺水的地区，水价较高，故辅机冷却推荐采用干式冷却系统，这也符合国家节能减排的基本国策。

1. 项目概况

甘肃某太阳能热发电新建工程规划容量1×100MW塔式熔盐太阳能热发电机组，电站位于甘肃省境内。该地区太阳能资源较丰富，日照百分率高，也是严重缺水的地区，水价较高。项目设计生活、消防及生产用水采用地下水，赤金峡水库地表水为备用水源。项目须按照资源节约型、环境友好型的社会要求，建设可靠性高、经济性好、自动化水平高、达到国际先进水平的太阳能光热示范电站。

2. 辅机冷却系统方案简介和配置

   1. 方案A：机械通风间接空冷系统(干冷系统方案)

此方案为空冷系统，即主厂房辅机冷却系统采用带机械通风空冷塔的单元制空冷系统，辅机冷却后的高温水通过管道输送至空冷塔的散热器进行冷却，冷却后的水再经过辅机冷却水泵升压后，通过管道输送至主厂房辅机冷却水系统。该系统为闭式循环冷却系统，冷却介质为除盐水。全厂辅机冷却水量约为655m3/h，主要设计参数及配置如下：

1. 厂区辅机冷却水系统设备配置:

1. 机械通风间冷塔

设计气温	15℃
夏季设计温度	31℃
辅机冷却水量	4x180 m3/h
空冷塔冷却水设计进水温度	27℃
空冷塔冷却水设计出水温度	≤20℃
夏季空冷塔冷却水设计进水温度	45℃
夏季空冷塔冷却水设计出水温度	≤38℃
空冷塔段数	4段
风机功率	90kW（变频风机）

辅机机械通风空冷塔示意图如下：

2. 辅助水泵

机械通风间冷塔配置喷淋加湿泵，清洗水泵，输水泵。主厂房内闭式冷却水系统采用除盐水作为补水水源及冷却介质，设2台100％容量的闭式循环冷却水泵。主要参数如下：

	喷淋加湿泵	清洗水泵	输水泵	闭式冷却水泵
流量	10m3/h	16m3/h	60m3/h	400m3/h
扬程	90m	80m	35m	60m
电动机功率	7.5kW	55kW	15kW	90kW
电压	380V	380V	380V	380V
数量	2台	2台	2台	2台

辅机间冷系统设有水喷雾系统,在环境气温夏季设计气温30℃的情况下开启水喷雾设施进行喷水降温，以保证辅机系统正常稳定运行。冬季运行当回水温度低于20℃时,将考虑采用百叶窗的自动控制手段加以调节。

1. 2. 方案B：辅机系统采用带蒸发冷却器的空冷(干湿联合冷却方案)

蒸发冷却器是一种常用的冷却设备,其实质是间接蒸发冷却技术与换热器的结合。它的主要原理是喷淋水在外壁上蒸发以冷却管内流体,并利用风机及时地把产生的水蒸汽带走,提高冷却效果。喷淋水部分被蒸发,其余被底盘收集,由循环水泵再送入喷嘴。在蒸发冷却器内,板内水不与空气直接接触,可以有效地防止尘土、杂物、细菌、可溶性固体等污染水体,解决了传统冷却水降温过程中的水质污染问题,提高了换热性能,并且能够延长系统各个设备的使用寿命。蒸发冷却器除了用于空调系统外,在冶金、化工、石油等行业中也被大量使用，并取得良好效果，目前在电厂辅机冷却方面开始应用。蒸发冷却器的结构简图如下图所示。

1 - 风机

2- 除雾器

3- 喷水系统

4- 板束

5- 过滤器

6- 上水管

7- 水箱

8- 循环水泵

根据气象参数，以干、湿球温度作为计算数据，通过优化计算，1台机组辅机冷却水共需要2台蒸发冷却器。单台设备参数如下：

此方案同样需要在主厂房内配置2台辅机循环冷却水泵，1台运行、1台备用，型式：双吸卧式离心泵，流量：Q=400m3/h，扬程：H=60m，电动机：P=90kW。

3. 方案技术及经济比较

4. 1. 系统运行的安全性

从夏季和冬季运行安全性上，对比两种方案，如下：

以上看出，从安全稳定运行方面，两种方案均可满足电厂辅机冷却水系统的要求。

1. 2. 年消耗水量

方案A--辅机采用空冷系统，由于是闭式循环系统，在设备、阀门和管道没有渗漏的情况下，系统不需要补水，只是夏季高温33℃以上时喷雾冷却。

方案B--辅机采用干湿联合冷却系统，由于存在水与大气的热交换，机械通风冷却塔有风吹、蒸发和排污损失，其中排污损失回收利用，不计算在耗水指标内。

注：方案A,年耗水量按环境气温≥33℃出现小时150h计算。 方案B年消耗水量按照机组运行3880h，用水量按照平均消耗水量计算。水价按照7.0元/吨计算。

1. 3. 占地面积

从上表看出，方案B占地面积方案A少占地约93m2。然而光热电站建设地区，往往地广人稀，建厂面积受限小，辅机冷却设备面积占比优势可以忽略。

1. 4. 运行费用

方案A，正常运行主要是辅机冷却水泵和空冷塔风机的运行费用。

方案B，除辅机循环水泵和机械通风冷却塔风机的运行费用外，还包括蒸发冷却器喷水冷却系统水泵等附属设备的运行费用，设备功率消耗和运行费用见下表：

1. 5. 经济比较

综上述分析，经济比较如下：

1. 6. 结论

经过以上技术和经济比较，方案A年总费用较方案B少，从经济方面考虑，方案A优于方案B。另外，本工程所在地区属于北方严重缺水地区，水作为非常宝贵的资源，也应尽量减少水消耗，所以本工程推荐采用方案A，即辅机冷却水系采用带机械通风冷却塔的间接空冷系统，该方案也符合国家节能减排的产业政策。

4. 总结

对于太阳能热发电电站的辅机冷却方式的选择，不仅要考虑技术和经济性，往往还要考虑项目所在地水资源的稀缺程度。国外有些光热电站，特别是非洲和中东，年可用水量都是限量的的，年耗水量是要排在设计考虑首位。所以太阳能热发电电站，需要根据现场条件综合考虑辅机冷却水方案的选择。

参考文献

［1］卢金文 机械通风间冷塔在电厂中的应用。科技资讯，2015，《科技资讯》杂志社有限公司

【作者简介】

姓名：李小君 工作单位：山东电力建设第三工程有限公司 职务：海外市场部技术主管

联系方式：手机：13969822950 邮箱：xiaojun.li@sepco3.com

通讯地址： 山东青岛市崂山区同安路882-1号 山东电力建设第三工程有限公司 邮编：266100

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