電廠機組空冷系統(tǒng)優(yōu)化

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1、電廠機組空冷系統(tǒng)優(yōu)化電廠機組空冷系統(tǒng)優(yōu)化1.1 空冷系統(tǒng)優(yōu)化概述空冷系統(tǒng)優(yōu)化概述為了節(jié)約有限的水資源，目前我國北方缺水地區(qū)新建火力發(fā)電廠的冷卻系統(tǒng)普遍采用空冷系統(tǒng)。由于空冷系統(tǒng)所使用的空冷散熱器比較昂貴，在火力發(fā)電廠中，空冷系統(tǒng)是與汽輪機、鍋爐并列的造價較高的重要系統(tǒng)。間接空冷系統(tǒng)能夠提供更低的運行背壓，是近年來較為常用的排汽冷卻系統(tǒng)。冷端系統(tǒng)規(guī)模大小的選擇對工程效益影響較大。如果空冷系統(tǒng)規(guī)模偏小，會造成夏季及其他不利條件下汽輪機背壓過高，影響電廠運行經(jīng)濟性和安全性；如果空冷系統(tǒng)規(guī)模偏大，會造成無謂的投資浪費，冬季空冷系統(tǒng)防凍問題突出。因此，空冷系統(tǒng)規(guī)模的大小應(yīng)根據(jù)廠址所在地氣象及技術(shù)經(jīng)濟條件

2、，結(jié)合汽輪機技術(shù)參數(shù)進行技術(shù)經(jīng)濟分析和優(yōu)化計算后取得，空冷系統(tǒng)優(yōu)化應(yīng)在滿足技術(shù)條件的前提下使得系統(tǒng)年總費用最低。1.2 本工程空冷優(yōu)化的特點本工程空冷優(yōu)化的特點本工程屬于供熱機組，冬季一部分蒸汽用于采暖供熱。在進行空冷優(yōu)化時重點考慮使得系統(tǒng)在純凝工況下以較低的投資盡可能多發(fā)電。由于在供暖季節(jié)采暖工況下，進入空冷系統(tǒng)的排汽量和熱負荷較少，按純凝工況優(yōu)化得到的空冷系統(tǒng)規(guī)模能夠滿足供暖季節(jié)采暖工況的冷卻任務(wù)。1.3 優(yōu)化計算基本數(shù)據(jù)優(yōu)化計算基本數(shù)據(jù)空冷系統(tǒng)優(yōu)化計算，采用年總費用最小法，即將空冷系統(tǒng)的投資按規(guī)定的回收率分攤到每一年中，再加上一年運行費、折舊費、大修費以及微增出力引起的補償電量的電費作為

3、年總費用，其值最小的方案為最優(yōu)。計算結(jié)果中的年總費用不是各方案的實際年總費用值，而是各方案比較的相對值。1.3.1 主機參數(shù)主機參數(shù)現(xiàn)階段空冷汽輪機已招標確定，供貨商為上海汽輪機廠，汽輪機型式：單軸、雙缸雙排汽（高中壓合缸）、表凝式間接空冷、抽汽供熱式空冷汽輪機。小機采用汽泵，主機、小機排汽全部進入ISC系統(tǒng)冷卻，汽輪機參數(shù)見表4-1。表4-1 汽輪機特性數(shù)據(jù)項 目單位THA工況TRL工況TMCR工況VWO工況阻塞背壓工況75%額定出力（滑壓）50%額定出力（滑壓）機組出力kW330250330267352941367318354791247618165065汽輪發(fā)電機組熱耗值kJ/kWh83

4、23.08890.68316.18312.18272.38450.28821.8項 目單位THA工況TRL工況TMCR工況VWO工況阻塞背壓工況75%額定出力（滑壓）50%額定出力（滑壓）主蒸汽壓力MPa(a)16.716.716.716.716.716.3211.05再熱蒸汽壓力MPa(a)3.5053.7443.7733.9483.7752.5951.768高壓缸排汽壓力MPa(a)3.8941.1601.1931.3871.1952.8831.965主蒸汽溫度538.0538538538538538538再熱蒸汽溫度538.0538538538538538538高壓缸排汽溫度326.03

5、32.2333.1337.7333.2301.1311.6主蒸汽流量kg/h10478581135531113553111923081135531758547502903再熱蒸汽流量kg/h880775944680949836995159949933648374438314背壓kPa1230121271212低壓缸排汽干度%93.3796.1793.1793.0693.5391.5597.05低壓缸排汽焓kJ/kg2432.32535.22427.42421.924162460.42519.9低壓缸排汽流量kg/h6497937005936947727233186849174941613507

6、27補給水率%0300000輔機冷卻水溫度-最終給水溫度272.4277.1277.5280.7277.5253231.2項 目40%額定出力（滑壓）30%額定出力（滑壓）高加全切工況額定抽汽供熱工況最大采暖抽汽工況機組出力13208699066330211325242272056汽輪發(fā)電機組熱耗值9109.69540.38626.47278.65767.4主蒸汽壓力9.0877.12416.716.716.7再熱蒸汽壓力1.4451.123.6543.7073.699高壓缸排汽壓力1.6061.2451.0601.1191.11主蒸汽溫度538538538538538再熱蒸汽溫度524500

7、538538538高壓缸排汽溫度313.8315.5331.7331.0330.7主蒸汽流量41031431936892624711355311135531再熱蒸汽流量360335282699901070946688946246背壓1212121212低壓缸排汽干度98.0299.0593.4092.6低壓缸排汽焓2543.12567.72432.92411.02567低壓缸排汽流量293749235223699924486559198965補給水率00000輔機冷卻水溫度-最終給水溫度220.7208.1183.6276.9276.81.3.2 冷卻設(shè)備冷卻設(shè)備采用FORGO T60型鋁制散

8、熱器，由18mm圓形鋁管套以600150mm的大片鋁翅片，片距2.883mm。散熱器布置在冷卻塔進風(fēng)口外側(cè)，沿塔周豎向布置。單臺機組循環(huán)水量為 38000m3/h，每臺機設(shè) 2 臺循環(huán)水泵，循環(huán)水泵布置在空冷塔內(nèi)的循環(huán)水泵房內(nèi)，兩臺機合用一座泵房。表面式凝汽器采用 TP316L 不銹鋼冷卻水管，管徑 25mm，壁厚 0.50mm，凝汽器面積為 21000m2。1.3.3 主要經(jīng)濟參數(shù)主要經(jīng)濟參數(shù)年利用小時數(shù)：5500 h投資回收期：20 年投資回收率：8%大修費率：2.5%發(fā)電成本：0.15 元/kW.h間冷空冷散熱器造價：85 元/m2冷卻塔進風(fēng)口頂標高處冷卻塔投影面積單位造價：5000 元

9、/m2微增出力引起的補償電量電價的折減系數(shù)：取 0.851.4 優(yōu)化計算優(yōu)化計算1.1.1 優(yōu)化計算方法優(yōu)化計算方法1.1.1.1 經(jīng)濟評價方法經(jīng)濟評價方法本工程以空冷系統(tǒng)年總費用最小法作為工程項目經(jīng)濟評價法，即按照火力發(fā)電廠水工設(shè)計技術(shù)規(guī)定(DL/T53392006)的規(guī)定，將工程多種可能實施的方案，按每一方案的一次投資與此方案實施后，在預(yù)測到的經(jīng)濟服務(wù)年限內(nèi)，逐年的支付運行費用，然后按動態(tài)經(jīng)濟規(guī)律將投資與費用均換算到指定年，再在經(jīng)濟服務(wù)年限內(nèi)等額均攤，最終比較各方案的年均攤值，取年最小費用的方案作為最佳方案。空冷系統(tǒng)年總費 NF 用可按下式計算：uMRiiiZNFnn1)1()1(即是指將

10、投資成本按規(guī)定的回收率分攤到每一年中，再加上一年運行費以及折舊、大修費等為年費用，其值最小時，說明此方案最為經(jīng)濟。式中：Z 空冷島投資；i 投資回收率；u 折算年運行費用；MR-大修費率；n 工程經(jīng)濟使用年限。1.1.1.2 計算方法計算方法壓力蒸汽的熱力性質(zhì)采用工業(yè)用 1967 年 IFC 公式(IFC-67)計算。凝汽器熱力計算和水力計算采用美國傳熱協(xié)會Heat Exchange Institute，INC.STANDARDS for steam surface Condeners.Ninth Edition.Ohio:HEI,1995(簡稱 9 版 HEI)中提供的方法。福哥鋁制散熱器熱

11、力特性計算采用電力工程水務(wù)設(shè)計手冊中提供的公式：bcfaK=Am w，通過歸納制造廠投標文件中的技術(shù)參數(shù)得出。自然通風(fēng)冷卻塔空氣動力計算采用電力工程水務(wù)設(shè)計手冊及發(fā)電廠空冷技術(shù)中提供的方法。根據(jù)電力工程水務(wù)設(shè)計手冊及發(fā)電廠空冷技術(shù)，自然通風(fēng)冷卻塔塔高與塔底直徑的比例范圍在 1.051.40 之間，自然通風(fēng)冷卻塔阿基米德數(shù)控制在 3 左右。1.1.2 優(yōu)化原則優(yōu)化原則1)滿足設(shè)計工況及夏季考核工況下的運行要求并留有一定的余量滿足安全運行的要求。2)滿足安全運行的前提下，所選方案年總費用較低。3)空冷散熱器面積應(yīng)與冷卻塔尺寸組成合理的搭配。1.1.3 優(yōu)化計算優(yōu)化計算1.1.3.1 優(yōu)化計算優(yōu)化計

12、算(1)設(shè)計氣溫按5法，即在系統(tǒng)優(yōu)化計算中，當設(shè)計氣溫低于5時，均按5進行計算，并考慮空冷電廠投運后局部空氣溫升的影響，由此計算出設(shè)計氣溫為16.068；由于主機已招標確定，以下參數(shù)根據(jù)設(shè)備技術(shù)協(xié)議已知：1)凝汽器：采用TP316L不銹鋼冷卻水管，管徑25mm，壁厚0.50mm，清潔系數(shù)0.9，凝汽器面積21000m2；2)循環(huán)水量：循環(huán)水量為38000m3/h，循環(huán)倍率按50，每臺機設(shè)2臺循環(huán)水泵；3)設(shè)計背壓(kPa)：12；4)設(shè)計ITD()：31.026；自然通風(fēng)塔配置：根據(jù)工程經(jīng)驗，在同等條件下，一機一塔方案與兩機一塔方案相比較，兩機一塔方案冷卻塔造價較小。在本工程廠址區(qū)域50年一遇

13、10m環(huán)境風(fēng)速32m/s(風(fēng)力等級為11級暴風(fēng))條件下，本工程一機一塔方案與兩機一塔方案的冷卻塔造價的差額相比一般風(fēng)速較小區(qū)域的二者間的差額更大。由于廠區(qū)總平面布置的局限，如采用一機一塔方案，對下期擴建有很大影響。因此，選擇兩機一塔方案作為本工程自然通風(fēng)塔配置方案，冷卻三角預(yù)設(shè)高度為25m。散熱器配置：采用FORGO T60型鋁制，散熱器布置在冷卻塔進風(fēng)口外側(cè)，沿塔周豎向布置，單一方案；本階段僅根據(jù)以上參數(shù)，對迎面風(fēng)速與空冷散熱器面積、冷卻塔尺寸的組合進行優(yōu)化計算。名義迎面風(fēng)速(m/s)：1.65、1.7、1.75、1.8、1.85、1.9、1.95、2.0、2.05、2.1共10個方案；計算

14、結(jié)果中按年費用前10名排序見表4-2。國電庫車發(fā)電有限公司二期（2330MW）擴建工程 第 14 卷 初步設(shè)計階段表 4-2 優(yōu)化計算輸出結(jié)果匯總表序號空冷器總面積(m2)設(shè)計風(fēng)速(m/s)設(shè)計ITD()設(shè)計背壓(kPa)凝汽器面積(m2)冷卻倍率散熱器高度(m)冷卻單元(個)空冷系統(tǒng)投資(萬元)循泵功耗(MWh)發(fā)電量(MWh)年費用(萬元)TMF()TRL背壓(kPa)TZS()0m散熱器外緣直徑(m)0m直徑(m)冷卻塔高(m)出口直徑(m)進風(fēng)口高(m)喉部高度(m)喉部直徑(m)1 21290561.62 31.02612 210005025218291162590138379534

15、70131.21 32.60 5.7471781701877027159682 20743031.66 31.02612 21000502521228094262113836800459231.21 32.87 5.5731731651827227155703 20231641.71 31.02612 21000502520727190265353837369447431.21 32.71 5.6191691611777627150744 19744741.76 31.02612 21000502520226333268583836915437731.21 32.80 5.5361651571

16、728027146785 19280241.80 31.02612 21000502519725629271883836628429731.21 32.85 5.4851611531688527143836 18846251.85 31.02612 21000502519324952275153836354422031.21 32.90 5.4161571491649227139907 18431401.90 31.02612 21000502518924798278483835939421131.21 33.00 5.3591541461679427142928 18034451.90 31

17、.02612 21000502518524203281973831816419731.21 33.99 1.8571511431659227140909 17654031.94 31.02612 21000502518124163285423830927421031.21 31.19 1.75814713917190271458810 17288881.98 31.02612 21000502517724173288963829959423031.21 31.42 1.641144136177882715086國電庫車發(fā)電有限公司二期（2330MW）擴建工程 第 14 卷 初步設(shè)計階段1.1.

18、3.2 優(yōu)化結(jié)果分析優(yōu)化結(jié)果分析由表4-2可見，各方案中，在設(shè)計風(fēng)速為1.898m/s，空冷系統(tǒng)投資較低，機組年費用最小。1.5 ISC系統(tǒng)推薦配置方案系統(tǒng)推薦配置方案結(jié)合本工程高溫時段長，大風(fēng)頻率高的工程特點，本工程采用表凝式間接空冷系統(tǒng)（兩機一塔方案），兩臺機組ISC系統(tǒng)配置推薦方案參數(shù)如下：序號項 目單位參數(shù)1散熱面積m218034452迎風(fēng)面風(fēng)速m/s1.903凝汽器面積（1 臺機）m2210004循環(huán)冷卻倍率505冷卻散熱器個數(shù)個1856冷卻散熱器高度m257設(shè)計氣溫C16.068設(shè)計水溫C36.89TMCR 工況設(shè)計背壓kPa1210TMCR 工況點 ITDC31.0311滿發(fā)氣溫C31.2112滿發(fā)設(shè)計水溫C58.613欠發(fā)時間h25014阻塞背壓對應(yīng)臨界氣溫C1.8615自然通風(fēng)塔工藝參數(shù)1)0m 散熱器外緣直徑m1512)X 柱處冷卻塔底部直徑m1433)冷卻塔高m1654)出口直徑m925)進風(fēng)口高m276)喉部高度m1407)喉部直徑m90