大一直接空冷说明书

直接空冷系统初步设计说明书

1. 概述

大同第一热电厂供热机组替代改造工程安装两台200MW供热机组，根据当地水源条件，汽轮机排汽冷却系统经可研审查确定，采用直接空冷系统。 1. 1电厂现况

大同第一热电厂经过四期扩建，总装机容量为257MW。其中1~ 3期均为中压机组，共建有9机9炉，装机容量为157MW。1990年前已分别报废1号机及1、2号炉，退役2、3、4号机及3、4、5号炉。其余5机4炉也计划逐步报废拆除。四期扩建2台50MW抽汽供热机组，已于1993年建成投产，代替1~3期的供热负荷。 1.2 直接空冷系统概述

众所周知，电厂空冷技术的最大特点就是节水，这一特点对在缺水地区建设火电厂时，对电厂的合理布局，以有限的水资源扩大建厂容量，缓解与当地工农业、生活争水的矛盾，保持当地经济可持续发展具有重要的作用。

电厂直接空冷技术应用已有几十年的历史，初期限于当时的技术条件，只是应用于一些小容量的汽轮发电机组。随着经验的积累和工业技术水平的发展，尤其是在二十世纪七十年代后，一些困扰直接空冷技术应用的问题和想法得到解决，电厂直接空冷技术的应用开始进入较快的发展期，相继在世界上一些富煤缺水地区为300MW、600MW级的大容量汽轮发电机组配置了直接空冷系统，

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如美国Wyodak电站、伊朗 Touss电站、南非Matimba 电站等，至今运行良好，直接空冷技术已与间接空冷技术并驾齐驱，甚至其发展速度超过了间接空冷系统。尤其是Wyodak电站、Touss电站等其运行环境基本与我国北方地区接近，为严寒季节的防冻问题积累了经验可供借鉴。

直接空冷系统是将汽轮机排出的乏汽，由管道引入称之为空冷凝汽器的钢制散热器中，由环境空气直接将其冷却为凝结水，减少了常规二次换热所需要的中间冷却介质，换热温差大，效果好。除此之外，其它的主要特点还有：

1. 汽轮机背压变幅大。汽轮机排汽直接由空气冷凝，其背压随空气温度变化而变化，我国北方地区一年四季乃至昼夜温差都较大，故要求汽轮机要有较宽的背压运行范围。

2. 真空系统大。汽轮机排汽要有大直径的管道引出，用空气通过钢制散热器冷凝排汽需要较大的冷却面积，因而导致真空系统的庞大。

3. 耗能大。直接空冷系统所需空气由大直径的风机提供（现也有考虑用冷却塔自然通风方案，但尚无实践），风机需要耗能，根据国外资料，直接空冷系统自耗电占机组发电容量的1.5 %左右。 4. 电厂整体占地面积小。由于空冷凝汽器一般都布置在汽机房顶或汽机房前的高架平台上，平台下仍可布置电气设备等，空冷凝汽器占地得到综合利用，使得电厂整体占地面积减少。

5. 冬季防冻措施比较灵活可靠。间接空冷系统的主要防冻手段是设

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置百叶窗来调节和隔绝进入散热器的空气量。若百叶窗关闭不严或驱动机构出现机械或电气故障，将导致散热器冻结。而直接空冷可通过改变风机转速或停风机或风机反转来调节空冷凝汽器的进风量直至吸热风来防止空冷凝汽器冻结，调节相对灵活，效果好且可靠。已有运行经验证明。

本期替代工程2×200MW供热发电机组排汽冷却系统，已在可研补充审查会上根据大同第一热电厂的实际情况审定为直接空冷系统。

2、厂址地理位置和气象条件 2.1 厂址地理位置

大同市位于大同盆地北部，三面环山，御河纵贯南北，十里河横穿东西，整个地势为西北高东南低，海拔一般在1000m以上。

大同第一热电厂位于大同市南郊区平旺乡平旺村以东的十里河西岸，距市中心约7Km 。北临北同蒲电气化铁路和大同至口泉的二级干线公路，西接大同电力技工学校，南侧是山西柴油机厂。厂址位于十里河西侧的河漫滩和Ι级阶地上，东南部地势平坦、开阔，西北部为丘陵山区。根据《山西省工程抗震设防烈度图》，大同地区基本地震烈度为7度。厂址地基土上部均为第四系全新统冲积层和人工填土，自上而下由杂填土和粉土、中沙、沙卵石、砂砾石夹粉土及粘性土组成。厂区地下水埋深大于30m。 2.2 厂址气象条件

厂址处气象要素目前采用大同气象站的有关资料。大同气象站

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位于大同市东门外曹夫楼村。 地理位置北纬40°06′， 东经113°20′,观测场海拔标高1066.7 m。气象站位于大同第一热电厂的东侧，直线距离约15m。

本地区属温带性季风气候，四季分明。冬季长而寒冷干燥；春季少雨干旱、风多风大；夏季短而炎热，雨量集中；秋季雨水少，凉爽宜人。

根据大同气象站1955年-1998年气象资料统计，常规气象资料见表2.2-1。

大同气象站逐月常规气象统计表（1955年-1998年） 表2.2-1

月份 项目 平均蒸发量（mm） 平均降水量（mm） 平均水气压（hpa） 平均气压（hpa） 平均气温（℃） 平均最高气温（℃） 平均最低气温（℃） 极端最高气温（℃） 极端最低气温（℃） 平均相对湿度（%） 平均最小相对湿度（%） 平均风速（m/s） 1 36.1 2.3 1.4 9.8 -11.1 -4.0 -17.0 11.2 -29.1 50 0 2.9 2 56.2 3.4 1.7 8.1 -7.3 0.2 -13.5 16.9 -27.6 47 0 3.1 3 123.2 9.4 2.8 6.0 -0.01 7.4 -6.2 23.5 -20.9 44 0 3.3 4 241.5 18.6 4.4 2.9 8.6 16.2 1.3 35.4 -15.6 40 0 3.9 5 331.5 29.7 6.9 0.9 15.7 23.1 8.1 35.5 -5.8 42 0 3.5 6 312.0 48.9 11.3 888.3 20.1 27.0 13.1 37.7 2.9 51 3 2.9 7 2.2 100.2 16.7 887.3 21.8 28.1 16.2 37.7 8.8 65 7 2.3 8 206.4 90.6 16.0 0.7 20.1 26.2 14.7 35.9 6.2 69 11 2.2 9 177.4 47.3 9.9 5.5 14.5 21.6 8.3 34.7 -3.4 61 6 2.4 10 134.9 21.4 5.8 9.4 7.6 14.9 1.6 27.5 -10.4 55 2 2.7 11 69.5 7.6 3.0 900.4 -1.4 5.5 -6.7 20.9 -24.0 52 3 2.9 12 39.5 1.6 1.7 900.3 -8.7 -1.9 -14.3 10.3 -27.6 51 8 2.9 年 381.1 6.8 5.0 6.6 13.7 0.5 37.7 -29.1 53 0 2.9 2. 3典型年小时气温统计

通过最近十年气象资料统计计算，确定1997年为典型年。小时累积频率计算成果见表2.3—1。

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1997年小时气温累积频率计算成果表 表2.3—1

量级 出现次数 累积次数 35.3 1 1 32.4 52 53 29.5 181 234 26.6 356 590 23.7 404 994 20.8 575 1569 17.9 757 1569 15.0 674 3000 12.1 617 3617 9.2 607 4224 6.3 615 4839 3.4 577 16 0. 5 670 6086 -2.4 656 6742 -5.3 532 7249 -8.2 381 7655 -11.1 423 8078 -14.0 321 8399 -16.9 236 8635 -19.8 99 8734 -22.7 22 8756 -23.3 4 8760 最大值：35.3 最小值：-23.3 年平均小时气温：8.0℃ 累积频率% 0. 0 0. 6 1. 7 6.7 11.3 17.9 26.6 34.2 41.3 48.2 55.2 61.8 69.5 77.0 83.0 87.4 92.2 95.9 98.6 99.7 100.0 100.0 典型年最热月6、7、8三个月十六个方位风速大于4m/s的出现的小时数统计资料见表2.3-2。

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最热月十六个方位风速大于4m/s的统计表 表2.3-2 方位 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW 2.3 气象极值

最大冻土深度cm： 186 最大积雪深度cm： 22 极端最高气温℃： 37.7 极端最低气温℃： -29.1

3、直接空冷系统优化计算及系统热力计算 3.1 系统工艺流程

汽轮机排出的乏汽经由主排汽管道引出汽机房“A”列外，垂直

出现的小时次数 6月 21 0 2 0 20 2 12 1 14 2 21 2 19 4 47 9 7月 29 0 1 0 3 5 19 3 12 2 7 0 3 0 10 3 8月 25 0 3 0 3 1 24 0 16 1 23 0 2 2 20 7 合计 75 0 6 0 26 8 55 4 42 5 51 2 24 6 77 19 SXED 6

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上升至一定高度后，水平分管，再从水平分管分出支管，垂直上升，引至空冷凝汽器顶部。蒸汽从空冷凝汽器上部连箱进入，与空气进行表面换热后冷凝。冷凝水由凝结水管汇集，排至凝结水箱，由凝结水泵升压，送至凝结水精处理间处理后，送至汽轮机热力系统。 3.2. 优化计算

优化计算的目的，就是根据建厂当地气象条件，电厂性质和其它实际情况，以空冷系统冷却面积为主，以年总费用为目标函数，进行多方案比较，寻求符合电厂实际的最佳方案。

3.2.1.基础数据 3.2.1.1.典型年气象条件 厂址标高： 1060m

大气压力： 5hpa（平均值）; 年平均气温： 8℃；

典型年最高气温： 35.3℃；（出现小时数：1h） 典型年最低气温： -23.3℃；（出现小时数：1h） 设计空气温度： 16 ℃； 3.2.1.2 汽轮机尾部参数 汽轮机型号：

设计背压： 16kpa； 设计排热量： 275.7MW； 最高满发背压：29.82kpa； 最大排热量： 294.4MW；

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最高极限背压：65kpa；

阻塞背压： 6.7kpa;（采暖抽汽时3.9kpa） 最小排热量： 77.9 MW（采暖抽汽工况）。 3.2.1.3其它数据

投资收益率：10%；

折旧费用率：3.33%（按30年使用寿命计）； 维修费用率：1.6% ； 年运行小时数：6000h； 经济运行年限：30a。

3.2.3 优化计算方法

优化计算采用年费用最小法。即：算出每个方案每年的运行费用，

再按每个方案的初投资，平均分摊到经济运行年限期内，分摊值加上年运行费用即为年总费用。年总费用最小的方案就是理论上最优的方案。 本系统优化中，空冷凝汽器选择5种冷却面积，分别为：484851m2，441170m2，407818m2，365308m2，347371m2 ，组成5个方案。年运行小时按三种方法分摊到运行年内，即：1.根据比例平均分摊到全年；2.集中占满低温段，不足6000h部分由大于5℃的时段按比例分摊补齐。3. 根据比例平均分摊到全年，但去掉小于5℃的时段。成本电价按0.1、0.15、0.2元3种电价进行计算。

3.2.4 优化计算结果

优化计算结果（年总费用表）见表3.2.4—1；3.2.4—2；3.2.4—3。

因为本工程汽轮机机型已定，本次优化计算是在汽机末级叶片一

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定的情况下，且按空冷凝汽器迎面风速为2.5m/s的条件下进行的。根据计算结果可以看出：三种小时分摊法对优化结果有影响，但不明显，基本不影响优化结果。同时可以看出，在充分考虑了冬季的小时段后（第二种小时分摊法），面积有向小的方向移动的趋势，应该符合本工程实际情况。

从计算结果可以看出，在成本电价为0.15元-0.2元/kWh时，最优的冷却面积在407818m2—441770m2之间，若成本电价为0.1元/kWh时，最优区段向面积小的方向移动。考虑到大同是我国的煤炭基地，煤价相对较低，同时大同又是严寒地区，特别是本工程又是采暖供热机组，空冷凝汽器冬季的防冻是一个关键因素，种种原因要求空冷凝汽器的面积不宜过大，以避免给以后的冬季运行带来不便，给企业带来较大的经济负担。但同时考虑到本工程的直接空冷机组在我国尚属首次，考虑一定的裕量，初步拟定空冷凝汽器面积为441170m2。 年总费用表（第一种小时分摊法） 表3.2.4—1

空冷凝汽器面积m2 484851 441170 407818 365308 347371 年总费用（万元） 1318 年总费用（万元） 1357 年总费用（万元） 1396 1278 1329 1381 1258 1325 1393 1263 1366 1470 备 注 1265 成本电价0.10元 1383 成本电价0.15元 1501 成本电价0.20元 5.2年总费用表（第二种小时分摊法） 表3.2.4—1

空冷凝汽器面积m2 484851 441170 407818 365308 347371 年总费用（万元） 12 1218 1190 1180 备 注 1175 成本电价0.10元 SXED 9

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年总费用（万元） 1276 年总费用（万元） 1288 1240 1262 1223 1256 1242 1304 1247 成本电价0.15元 1320 成本电价0.20元

年总费用表（第三种小时分摊法）表3.2.4—1

空冷凝汽器面积m2 484851 441170 407818 365308 347371 年总费用（万元） 1346 年总费用（万元） 1399 年总费用（万元） 1452 1301 13 1427 1278 1355 1432 1268 1373 1479 备 注 1267 成本电价0.10元 1385 成本电价0.15元 1504 成本电价0.20元 3.3 热力和空气动力计算

根据优化结果，确定一台200 MW机组直接空冷系统散热面积为441170m2。居此进行热力和空气动力计算。 3.3.1 基础资料

设计气温： 16℃; 当地大气压： 5hpa; 设计点排汽量 436.22t/h; 设计点热负荷： 275.7MW； 最大排汽量： 463.29 t/h； 最大热负荷： 最小排汽量： 115.6t/h 最小热负荷： 77.9MW 最高满发背压： 29.82kpa

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散热面积： 441170m2。 3.3.2 计算结果

设计背压： 16kpa；

散热器迎风面风速： 顺流：2.59m/s, 逆流：2.51m/s; 空气流量： 顺流：418.05m3/s,逆流：273.33 m3/s； 空气侧阻力损失： 顺流：149.4pa, 逆流：139.7 pa; 最高满发背压对应气温： 30.5℃。 4、直接空冷系统设备选择 4.1空冷凝汽器

空冷凝汽器采用钢制大直径椭圆翅片管。椭圆管规格为100×20mm，壁厚为1.5mm。目前来看，钢翅片与椭圆管结合方式有两种，一种是矩形翅片嵌套在椭圆管上，翅片规格为119×45mm，厚度为0.35mm。另外一种是把钢片直接缠绕在椭圆管上，翅片管外表面热浸锌。

空冷凝汽器管束分为顺流管束和逆流管束。每个管束宽2.425m，由两排翅片管组成，迎风侧第一排为49根，翅片间距4mm，第二排50根，翅片间距2.5mm，两排错列布置。管束高度：顺流为8.85m，逆流为5.73m。 8个管束组成一组空冷凝汽器。8个管束以接近60°角组成等腰三角“Ａ”型结构，“A”形两侧分别为4个管束。每台机组由6个冷却单元组成，每个冷却单元有4组空冷凝汽器，其中3组为顺流空冷凝汽器，1组逆流空冷凝汽器。 4.2风机

每组空冷凝汽器配置一台轴流式风机，变频调速，每台机组共配置

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24台风机。风机参数为：

顺流凝汽器 逆流凝汽器 风机直径(m)： 8.53 8.53 风机转速(r.p.m)： 变频调速 变频调速 空气流量(m3/h)： 450 300 风 压(pa)： 145 145 风机轴功率(kw)： 133 85 迎风面风速(m/s)： 2.57 2.57 电动机配套功率(kW) 160 110 电 压(V)： 380 380 台 数： 18 6 4.3 空冷凝汽器表面冲洗设备

根据大同地区风沙大、灰尘多的情况，考虑每年应冲洗空冷凝汽器外表面1-2次，将沉积在空冷凝汽器翅片间的灰、泥垢清洗干净，保持空冷凝汽器良好的散热性能。清洗手段有压缩空气和高压水两种。从资料来看，高压水冲洗比压缩空气清洗效果好，故本设计采用高压水冲洗。拟考虑设移动式冲洗装置两套，每台机一套。清洗水压为150 bar，该装置由空冷凝汽器供货商配套。 4.4凝结水箱及凝结水泵 4.5抽真空设备 4.6 系统控制设备 4.6.1控制方式与控制水平

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①控制方式

由于汽机采用直接空冷系统，空冷设备紧靠主厂房布置，且与机组关系密切，故本空冷系统在集中控制室进行控制，不另设单独的控制室。

空冷系统在主厂房的分散控制系统（DCS）中设置的控制器（站）监控。与空冷系统有关的功能包括：数据采集和处理系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、辅机顺序控制系统（SCS）。各系统间通过总线共享信息。

另外，在控制室同时还设置了部分主要参数的后备常规显示仪表和热工信号报警装置。

②控制水平

在控制室内，以计算机控制系统的CRT及键盘为中心，实现空冷系统的正常启停和安全运行。在集中控制室对系统的监视和控制可达到如下水平：

在就地运行人员的配合下，实现系统的启停； 实现正常运行工况的监视和调整； 实现异常工况的报警和紧急事故处理。 4.6.2控制系统的功能 4.6.2.1数据采集与处理系统

数据采集与处理系统主要功能包括： ----数据采集与处理； ----工况显示； ----打印记录；

----性能计算和历史数据存贮和检索等。

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4.6.2.2模拟量自动调节系统

空冷系统模拟量控制主要包括空冷凝汽器出口温度调节。由于直接空冷是汽轮机排汽直接由空气来冷凝，空气与蒸汽间进行交换，所需冷却空气由轴流风机供应。而由于一年中环境温度变化很大，风速及风向不同，故所需投入的轴流风机组数及每个轴流风机转速经常变化，为节省风机所消耗的能源，同时便于调节，空冷凝汽器出口温度的控制拟通过变频调节装置，调节顺流及逆流轴流风机转速，从而调节风量及风速实现。

每台轴流风机配变频调节装置一套，每台机组设24套，变频调节装置布置在空冷凝汽器旁边的房间内。

另外，每组散热器凝结水管水柱高度，通过在散热器凝结水总管上的调节阀来调节。 4.6.2.3顺序控制系统

SCS的设计以子组级控制水平为主，即实现一套辅机系统内相关设备的程序控制；对逻辑规律性不强，但需远方操作的辅机、阀门、也纳入SCS系统，只设驱动级控制。 子组控制主要分以下几组：

空冷每组冷却风机及相关设备分别构成一个子组。 启动真空泵及相关设备构成一个子组。 启动运行真空泵及相关设备构成一个子组。

汽机本体疏水泵及相关设备构成一个子组。

凝结水喷水阀组 4.6.3主要设备选型原则

风机调速采用变频调节装置 配电箱选用抽屉式配电箱

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变送器采用智能型变送器 重要的开关量仪表采用进口产品

4.6.4其它与直接空冷有关的设备，如凝汽器、凝结水泵以及凝结水精处理等设备的保护与监控在热控专业初设说明书中说明。

4.7 电气设备 5、 凝结水精处理 5.1工艺流程

直接空冷机组凝结水水温较高，在运行过程中温度具有一定的波动，而树脂的产品性能对于耐高温具有一定的要求，对于强酸大孔型阳离子交换树脂的使用温度可高达100℃左右，用在空冷机组上没有问题；对于强碱Ι型大孔型阴离子交换树脂OH型的最高允许使用温度仅为60℃。而且凝结水温度过高会导致阴树脂交换容量降低，减少制水周期；还会导致分解率提高，而污染凝结水。

另外，为了防止酸碱再生过程中酸碱串入凝结水中而污染凝结水，拟采用体外再生空气擦洗高速阳床、阴床串联的凝结水精处理系统。这一系统当凝结水温在55～100℃时，可只打开阴床的旁路阀，阳床还可以运行，仍可除去水中的金属氧化物。由于直接空冷机组凝结水不存在高含盐量冷却水泄露的问题，机组在正常运行时凝结水中的有害阴离子较少，短时旁路阴床对凝结水水质不会有太大的影响。采用阳、阴树脂分床系统可避免树脂交叉污染，提高凝结水精处理出水质量。还可避免单设混床时需全部凝结水走旁路而不经任何处理。其原则系统如下：

主凝结水泵→高速阳床→树脂捕捉器→高速阴床→树脂捕捉器→低

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压加热器→除氧器。

每台机组各设阳、阴床3台，每台出力50％凝结水量。为了简化系统，便于运行中的控制调节，少占地，减少系统污染，拟采用中压凝结水精处理装置。

5．2 处理后的水质标准 硬度～0μmol／l

电导率≤0.2μs／cm（25℃） 二氧化硅≤15μg／l 钠≤5μg／l 铁≤8μg／l 铜≤3μg／l

5．3 凝结水精处理装置处理水量

根据热机部分的全厂平衡图得知，凝结水量和补水量见表4．6—1。 表4．6－1 200MW机组凝汽量和补水量 凝 汽 量 补 水 量 合计 （t／h） （t／h） （t／h） 纯凝汽工额定（蒸发量615.2t／508.1 32.1 0.2 况 h） 最大（蒸发量670t／h） 550 32.1 582.1 供热工况 额定（蒸发量615.2t／116 53.1 169.1 h） 最大（蒸发量670t／h） 90.9 53.1 144 注：以上计算为一台机组的水量。

从表4．6—1可知，凝结水精处理装置最大出力按582.1t／h设计，正常出力按0.2t／h设计。

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5．4 与热力系统的连接及运行方式

凝结水精处理高速阳床及高速阴床与热力系统连接采用单元制，即每台机组设一套精处理装置。凝结水精处理装置设于凝结水泵与低压加热器之间，凝结水经凝结水泵进入凝结水精处理装置处理后，进入低压加热器。

机组启动初期，凝结水水质较差，含铁量超过高速阳床及高速阴床允许进水标准时（＞1000μg／l），凝结水直接自凝汽器排放，不进入凝结水精处理装置。

为了防止高速阳床及高速阴床运行中压差过大或温度过高而损坏树脂，设计中考虑了保护措施。在每套凝结水精处理装置的高速阳床出入口母管及高速阴床出入口母管之间各装设了一个DN300mm的自动旁路阀和一个DN300mm的手动旁路阀。自动旁路阀采用电动蝶阀进行调节，当精处理装置压差大于0.30MPa时，控制室报警，自动打开旁路阀，部分凝结水通过旁路；当压差大于0.35MPa时调节阀全开；当水温高于50℃时高速阴床的调节阀全开，当水温高于75℃时高速阳床的调节阀全开。手动旁路阀为事故人工旁路。

高速阳床及高速阴床初投时，不能立即向系统送水，一方面由于水质不合格；另一方面树脂不密实容易产生偏流。为此，每组高速阳床及高速阴床设置了一台再循环泵。该泵将高速阳床或高速阴床出水送回各自的入口进行再循环，待水质合格且树脂层也进入工作状态才投入运行。这样不仅可以提高凝结水质量而且还可以减少清洗水耗。

高速阳床除去水中的阳离子，而且钠离子首先漏出，当高速阳床出水含钠量超过时，表明树脂失效，应进行再生。

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高速阴床除去水中的阴离子，降低了水的导电度。当高速阴床出水导电度超过0.2μs／cm或二氧化硅超过20μg／l时，表明树脂失效，应进行再生。

高速阳床及高速阴床的体外再生设备的投运、树脂再生、树脂输送，均采用程序控制。 5．5 体外再生系统

两台机组共用一套体外再生系统，采用二塔式体外再生系统。该系统包括阳树脂再生塔、阳树脂树脂贮存塔、阴树脂再生塔和阴树脂贮存塔。高速阳床及高速阴床的失效树脂由高速阳床及高速阴床送入各自再生塔后，先进行空气擦洗，然后再生，阳树脂用3％的盐酸溶液进行再生，进完酸后置换正洗，合格后送入阳树脂贮存塔内备用，阴再生塔内的阴树脂用4％的氢氧化钠溶液进行再生，进完碱后置换正洗，合格后送入阴树脂贮存塔内备用。

5．6 凝结水精处理设备的布置

凝结水精处理的高速阳床、高速阴床及再生设施，集中布置在主厂房A列外零米的房间内。

室内设有凝结水精处理间，再生间，控制室，酸碱计量间，水泵间。室外布置有冲洗水箱，中和池，空气贮罐。 6、直接空冷系统工艺布置 6.1系统总平面布置

空冷凝汽器总体上在汽机房“A”列外且平行“A”列布置。按电厂总平面布置的两个方案，汽机房朝向即空冷凝汽器主进风侧为：方案一为

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主厂房朝西北；方案二为主厂房朝东北。

从直接空冷的角度来看，直接空冷系统的总体布置主要考虑环境大风对系统散热的影响，即热风回流问题。一般按照国外的风洞试验成果和设计运行经验，原则上空冷凝汽器的主进风侧的迎风面应把全年或夏季的主导风向和大于4m/s 风速的出现频率结合考虑，选择4m/s以上风速出现频率较大的风向作为空冷凝汽器主进风侧的迎风面。其他方向风的影响则根据实际情况分析对系统的影响程度，考虑防范措施。

根据大同气象站的气象资料，全年的主导风向为N，NNW，夏季出现频率较多的风向有N，NNW，NW，E，ESE。从典型年6、7、8夏季风速大于4m/s的小时风速频率统计资料看，出现时间超过50小时的分别有：N，75小时、NW，77小时、WS，51小时、SE，55小时。从现有的风速、风向资料综合判断，方案一、方案二都是可行的，方案二更比较符合直接空冷系统的布置原则，因为从资料来看，在夏季八月份大于6m/s的风速比西南风发生的频率高，优于方案一。从夏季风速统计资料来看，两个方案均可能受到不利风向的影响：方案一受到SE风向的影响；方案二受到WS方向风的影响。具体影响程度有多大，目前尚不能比较确切的确定。另外，从山西省气象科学研究所在1992年3月13日至3月20日对大同一电厂附近区域大气边界层探测的资料分析，近地面层风的垂直结构受地形的影响比较显著，主导风向可能与大同气象站有所偏差，从现有1周观测资料看，主导风向有可能由NNW偏转成NNE。当然仅有几天的资料还不能确定厂址处与大同气象站的气象条件的差异，现已委托山西气科所正在做此项工作，待有结果后，在下阶段修正。

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综合以上因素，我们认为，直接空冷的散热能力受外界风的影响较大，合理确定空冷凝汽器的布置是主要工作之一，鉴于我们经验较少，不能比较确切地判定其影响程度，建议在下阶段进行风洞模拟试验，以便比较准确地确定其最佳布置和大风的影响程度及防范措施。 6.2.直接空冷系统工艺布置

低压缸排汽为一个排出口，低压缸出口与疏水箱刚性连接，排汽主管道从疏水箱上部接出。一条直径为DN4500 mm，管外部加加固环的水平排汽管，水平（管中心标高3.5 m）穿过汽机房至A列外，垂直上升至24 m标高后，分为两条DN3500mm水平管，从水平管上接出6条DN2000mm上升支管，上升至41.8m，水平与每个空冷凝汽器上连箱连接。在每个支管设有阀门，考虑在冬季采暖供热工况热负荷减小很多时，可切断几个散热单元，退出运行，以减少散热器翅片管冻结的可能性。排汽管道热补偿的设计，原则考虑是，排汽管道由于温度变化引起的位移由A列外排汽竖直管自补偿吸收，其位移和室外排汽管道上作用的风荷载，所产生的力和力矩，都不允许在汽轮机低压缸座上产生不能承受的反作用力和力矩。故拟在DN4500mm 竖管中下部设固定支撑，转角处为自由端，在6条DN2000 mm竖管上设补偿器，可保证竖管上下移动，将力排除在汽轮机之外。

每台机的空冷凝汽器搁置在散热器平台之上，平台标高为30m，24组空冷凝汽器分6个单元垂直A列布置，每个单元有4组空冷凝汽器，其中3组为顺流，1组为逆流，逆流空冷凝汽器放置在单元中部。24台风机设置在每组空冷凝汽器下部。

抽空气管接至每个冷却单元逆流空冷凝汽器的上部，运行中不断地

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把空冷凝汽器中的空气和不凝结气体抽出，保持真空。凝结水经空冷凝汽器下部的各单元凝结水管汇集至凝结水竖直总管，接至凝结水箱。在凝结水竖直总管上设调节阀，根据排汽量的大小，调节竖管的水位，一是防止形成汽、水双向流，二是保证凝结水箱内喷嘴的喷淋压力。

空冷凝汽器平台下靠近A列区域分别布置有空冷配电间、凝结水精处理间、精处理再生及凝结水泵间、以及凝结水箱，电气设施等。 7．直接空冷系统运行及控制 7.1系统启动

当直接空冷系统经过冲洗和调试等准备工作就绪后，即可进入投运状态。投运时先启动三台水环式真空泵抽取空冷凝汽器内的空气，当空冷凝汽器压力达到10kpa（暂定）左右时，允许由旁路进入25%左右的蒸汽流量。在蒸汽进入凝汽器期间，空冷凝汽器内压力有所升高，应控制锅炉的温度和压力，使系统内的空气能够比较顺利地排出。此时真空泵继续运行，抽取空冷凝汽器内剩余的空气。当空冷凝汽器压力再降低到30kpa左右(暂定)时， 启动顺流风机。当所有凝结水出口水温开始升高并高于环境空气温度时，关闭一台或两台真空泵，保持正常工作抽气状态。上述过程可有两种方式完成，即系统自动控制和手动控制。当汽轮机开始带负荷时，随着负荷的增加，每个单元风机从逆流到顺流、从中间单元向外依次启动，并且根据汽轮机背压和当时环境空气温度控制风机转速，直至全部投入。 7.2系统的运行和控制

在正常运行中，系统主要控制的项目是排汽压力和凝结水温度，以及凝结水管道的水位监控。在汽轮机允许安全运行的范围内，根据机组的发

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电负荷（空冷凝汽器的热负荷）和空气温度，调整进入空冷凝汽器的空气流量（即调整风机功率），使风机功率保持在最佳状态。在非冰冻时期，运行中要比较排汽温度和凝结水水温的差值，调整逆流凝汽器风机转速，使过冷度保持在一定范围内。正常情况下，进入凝结水水箱之前的凝结水竖管上的调节阀门处于设计开度状态，当汽轮机负荷变化和供热工况下，凝结水竖管水位下降至某值时，调节凝结水阀门，保持其一定水位，避免蒸汽反流至空冷凝汽器和保持凝结水在凝结水箱内的喷淋状态。 7.3 冬季运行防冻措施和控制

大同地区冬季气候寒冷，-5℃以下气温达10小时，最低-23.3℃，加之汽轮机采暖供汽，排至空冷凝汽器的热量约为设计点排热量的1/4，故空冷系统的防冻为设计中考虑的重要点之一。从工艺设计的角度，主要考虑的防冻措施有，1、设置逆流空冷凝汽器，防止凝结水在空冷凝汽器下部出现过冷进而冻结的可能性，另外可使空气和不凝结气体比较顺畅地排出，不致形成“死区”变成冷点使冻结水冻结而冻裂翅片管。顺流与逆流的散热面积之比约为4.6：1；二、在每个进入散热单元的蒸汽管道上设置阀门，当汽轮机排热量较小且气温较低时，切断某几个散热单元的阀门，将热量集中在剩余的散热单元中，增加其热负荷，停运的散热单元仍保持真空状态，可防止空冷凝汽器腐蚀，并可随时投运。三、加强系统监控，在每个散热单元中每一组凝结水出口、每个散热单元进汽口、凝结水出水管以及在逆流散热器风出口处分别设温度、压力、流量等测点，在冬季寒冷期，系统运行必须为自动控制。在冬季运行中如出现异常，控制系统及时发出指令，调整运行，同时发出警报，提请运行人员注意。

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7.4. 空冷凝汽器的停运

7.4..1 当汽轮发电机组停运且低压旁路进入空冷凝汽器汽量很少时，空冷凝汽器停运顺序为：首先关顺流凝汽器风机，然后关逆流凝汽器风机，真空破坏阀打开，空气排出阀关闭，真空泵关闭。

7.4.2 当机组正常运行时，需要停某个单元空冷凝汽器，其步骤是：先关闭单元进汽阀，然后停顺流凝汽器风机，最后停逆流凝汽器风机。保持单元真空状态。 8.存在的问题及建议

8.1鉴于电站直接空冷系统在我国尚无太多的运行实践，设计经验也比较少，因此本初步设计可能有考虑不周和欠妥之处，在下阶段还要继续对直接空冷系统的工艺设计进行深入研究，进一步完善本工程的直接空冷系统。

8.2 如前所述，直接空冷的总体布置主要受当地大风和相关建筑物的影响，从目前资料分析，两个总体布置方案在夏季最不利的工况下，都受到大风的影响。由于我们尚无经验，建议在下阶段进行风洞模拟试验，能够比较准确地确定影响程度和需要采取的防范措施和确定总平面布置方案。 8.3 每台机组的直接空冷系统配置有6台直径2000mm的真空阀门，要求阀门严密性能高，鉴于国产阀门很难满足此要求，建议阀门本体进口，执行机构由国内配套，尽量减少外汇支出。

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