電廠機組空冷系統優化

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1、電廠機組空冷系統優化電廠機組空冷系統優化1.1 空冷系統優化概述空冷系統優化概述為了節約有限的水資源，目前我國北方缺水地區新建火力發電廠的冷卻系統普遍采用空冷系統。由于空冷系統所使用的空冷散熱器比較昂貴，在火力發電廠中，空冷系統是與汽輪機、鍋爐并列的造價較高的重要系統。間接空冷系統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。冷端系統規模大小的選擇對工程效益影響較大。如果空冷系統規模偏小，會造成夏季及其他不利條件下汽輪機背壓過高，影響電廠運行經濟性和安全性；如果空冷系統規模偏大，會造成無謂的投資浪費，冬季空冷系統防凍問題突出。因此，空冷系統規模的大小應根據廠址所在地氣象及技術經濟條件

2、，結合汽輪機技術參數進行技術經濟分析和優化計算后取得，空冷系統優化應在滿足技術條件的前提下使得系統年總費用最低。1.2 本工程空冷優化的特點本工程空冷優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。在進行空冷優化時重點考慮使得系統在純凝工況下以較低的投資盡可能多發電。由于在供暖季節采暖工況下，進入空冷系統的排汽量和熱負荷較少，按純凝工況優化得到的空冷系統規模能夠滿足供暖季節采暖工況的冷卻任務。1.3 優化計算基本數據優化計算基本數據空冷系統優化計算，采用年總費用最小法，即將空冷系統的投資按規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。計算結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 主機參數主機參數現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系統冷卻，汽輪機參數見表4-1。表4-1 汽輪機特性數據項 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 冷卻設備冷卻設備采用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口外側，沿塔周豎向布置。單臺機組循環水量為 38000m3/h，每臺機設 2 臺循環水泵，循環水泵布置在空冷塔內的循環水泵房內，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 主要經濟參數主要經濟參數年利用小時數：5500 h投資回收期：20 年投資回收率：8%大修費率：2.5%發電成本：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：取 0.851.4 優化計算優化計算1.1.1 優化計算方法優化計算方法1.1.1.1 經濟評價方法經濟評價方法本工程以空冷系統年總費用最小法作為工程項目經濟評價法，即按照火力發電廠水工設計技術規定(DL/T53392006)的規定，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，在預測到的經濟服務年限內，逐年的支付運行費用，然后按動態經濟規律將投資與費用均換算到指定年，再在經濟服務年限內等額均攤，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?？绽湎到y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采用工業用 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設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參數得出。自然通風冷卻塔空氣動力計算采用電力工程水務設計手冊及發電廠空冷技術中提供的方法。根據電力工程水務設計手冊及發電廠空冷技術，自然通風冷卻塔塔高與塔底直徑的比例范圍在 1.051.40 之間，自然通風冷卻塔阿基米德數控制在 3 左右。1.1.2 優化原則優化原則1)滿足設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)空冷散熱器面積應與冷卻塔尺寸組成合理的搭配。1.1.3 優化計算優化計算1.1.3.1 優化計算優化計

12、算(1)設計氣溫按5法，即在系統優化計算中，當設計氣溫低于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，由此計算出設計氣溫為16.068；由于主機已招標確定，以下參數根據設備技術協議已知：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0.9，凝汽器面積21000m2；2)循環水量：循環水量為38000m3/h，循環倍率按50，每臺機設2臺循環水泵；3)設計背壓(kPa)：12；4)設計ITD()：31.026；自然通風塔配置：根據工程經驗，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。在本工程廠址區域50年一遇

13、10m環境風速32m/s(風力等級為11級暴風)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速較小區域的二者間的差額更大。由于廠區總平面布置的局限，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塔配置方案，冷卻三角預設高度為25m。散熱器配置：采用FORGO T60型鋁制，散熱器布置在冷卻塔進風口外側，沿塔周豎向布置，單一方案；本階段僅根據以上參數，對迎面風速與空冷散熱器面積、冷卻塔尺寸的組合進行優化計算。名義迎面風速(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、結果中按年費用前10名排序見表4-2。國電庫車發電有限公司二期（2330MW）擴建工程 第 14 卷 初步設計階段表 4-2 優化計算輸出結果匯總表序號空冷器總面積(m2)設計風速(m/s)設計ITD()設計背壓(kPa)凝汽器面積(m2)冷卻倍率散熱器高度(m)冷卻單元(個)空冷系統投資(萬元)循泵功耗(MWh)發電量(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國電庫車發電有限公司二期（2330MW）擴建工程 第 14 卷 初步設計階段1.1.

18、3.2 優化結果分析優化結果分析由表4-2可見，各方案中，在設計風速為1.898m/s，空冷系統投資較低，機組年費用最小。1.5 ISC系統推薦配置方案系統推薦配置方案結合本工程高溫時段長，大風頻率高的工程特點，本工程采用表凝式間接空冷系統（兩機一塔方案），兩臺機組ISC系統配置推薦方案參數如下：序號項 目單位參數1散熱面積m218034452迎風面風速m/s1.903凝汽器面積（1 臺機）m2210004循環冷卻倍率505冷卻散熱器個數個1856冷卻散熱器高度m257設計氣溫C16.068設計水溫C36.89TMCR 工況設計背壓kPa1210TMCR 工況點 ITDC31.0311滿發氣溫C31.2112滿發設計水溫C58.613欠發時間h25014阻塞背壓對應臨界氣溫C1.8615自然通風塔工藝參數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)進風口高m276)喉部高度m1407)喉部直徑m90