火電廠(chǎng)直接空冷系統(tǒng)優(yōu)化應(yīng)用

王 東

(河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院, 鄭州 450007)

火電廠(chǎng)直接空冷系統(tǒng)優(yōu)化應(yīng)用

王 東

(河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院, 鄭州 450007)

結(jié)合西北某直接空冷火電廠(chǎng)的實(shí)際情況，分別對(duì)不同背壓、風(fēng)機(jī)風(fēng)速和風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)進(jìn)行組合。采用年總費(fèi)用最小法對(duì)直接空冷系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，對(duì)比分析各組合年總費(fèi)用，最終得出最優(yōu)方案，滿(mǎn)足發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行要求。

直接空冷； 冷端優(yōu)化； 背壓

火電廠(chǎng)空冷系統(tǒng)主要有三種類(lèi)型，即直接空冷系統(tǒng)、帶表面式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)和帶混合式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)[1]?；痣姀S(chǎng)直接空冷系統(tǒng)憑借其布置簡(jiǎn)單、操作運(yùn)行靈活及相對(duì)其他空冷系統(tǒng)造價(jià)較低等特點(diǎn)，在缺水干旱地區(qū)快速推廣開(kāi)來(lái)，逐漸成為這些地區(qū)火電廠(chǎng)冷卻系統(tǒng)的首選?？绽湎到y(tǒng)的配置影響凝汽器的背壓及發(fā)電機(jī)組的出力，因此對(duì)空冷系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)與合理配置至關(guān)重要。

1 直接空冷系統(tǒng)特點(diǎn)

直接空冷系統(tǒng)主要由排汽裝置、主排汽管道(包括大直徑膨脹節(jié)、大口徑蝶閥等)、空冷凝汽器、凝結(jié)水系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)(包括水環(huán)式真空泵)、風(fēng)機(jī)組(包括軸流風(fēng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、變頻器等)清洗水系統(tǒng)等設(shè)備構(gòu)成(見(jiàn)圖1)[2-3]。

圖1 直接空冷系統(tǒng)圖

汽輪機(jī)排出的乏汽經(jīng)由排汽聯(lián)合裝置、主排汽管道引出汽輪機(jī)房外，垂直上升至一定高度后，水平分管，再?gòu)乃椒止芊殖鲋Ч埽怪鄙仙?，引至空冷凝汽器頂部[4]。蒸汽從空冷凝汽器上部聯(lián)箱進(jìn)入，與空氣進(jìn)行表面換熱后冷凝。冷凝水由凝結(jié)水管匯集，排至汽輪機(jī)排汽聯(lián)合裝置，再經(jīng)凝結(jié)水泵升壓至凝結(jié)水系統(tǒng)。

2 優(yōu)化方法及參數(shù)

2.1主機(jī)主要參數(shù)

某電廠(chǎng)汽輪發(fā)電機(jī)組不同工況主要熱力數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 主汽輪機(jī)排汽量

該機(jī)組為高效超超臨界參數(shù)變壓直流鍋爐，參數(shù)為29.4 MPa/605 ℃/623 ℃，鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)工況為2 205 t/h；汽輪機(jī)為660 MW高效超超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸兩排汽、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)，參數(shù)為28.0 MPa/600 ℃/620 ℃；發(fā)電機(jī)冷卻方式為水-氫-氫冷卻方式。

2.2優(yōu)化計(jì)算方法

空冷系統(tǒng)年優(yōu)化設(shè)計(jì)是根據(jù)工程條件，在保證安全滿(mǎn)發(fā)的前提下，通過(guò)優(yōu)化計(jì)算選擇汽輪機(jī)冷端各主要參數(shù)合理經(jīng)濟(jì)的組合。系統(tǒng)優(yōu)化計(jì)算采用年總費(fèi)用最小法，即將投資按規(guī)定的回收率分?jǐn)傊撩恳荒曛校偌由弦荒甑娘L(fēng)機(jī)耗電費(fèi)、熱耗變化引起的燃料費(fèi)用為年總費(fèi)用，其值最小的方案為最優(yōu)。計(jì)算結(jié)果中的年總費(fèi)用是指各方案比較的相對(duì)值[5]。

空冷系統(tǒng)年總費(fèi)用NF，根據(jù)DL/T 5339—2006《火力發(fā)電廠(chǎng)水工設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定按下式計(jì)算[8]：

NF=PAFCR+μ

(1)

式中：NF為年費(fèi)用值；P為總投資現(xiàn)值；AFCR為年固定分?jǐn)偮?；μ為年運(yùn)行費(fèi)用，包括冷卻系統(tǒng)電耗、機(jī)組功率增量收益或運(yùn)行煤耗。

其中，

AFCR=CR+MR

式中：CR為資金回收系數(shù)；MR為大修等費(fèi)率，取2.5%。

式中：i為投資回收率，取8%～10%；n為工程經(jīng)濟(jì)使用年限，取n=20。

3 冷端的優(yōu)化

3.1方案組合

經(jīng)過(guò)大量試算后，參與系統(tǒng)優(yōu)化的設(shè)計(jì)背壓、凝汽器風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)、風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)風(fēng)速等分別按照表2中的方案進(jìn)行組合，優(yōu)化結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 背壓-風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)風(fēng)速優(yōu)化曲線(xiàn)

表2 優(yōu)化計(jì)算順序結(jié)果表

表2(續(xù))

3.2結(jié)果分析

(1) 通過(guò)對(duì)電價(jià)的敏感性分析得知：電價(jià)升高，設(shè)計(jì)背壓趨向小值，散熱面積趨于大值；相反，設(shè)計(jì)背壓趨向大值，散熱面積趨于小值。

( 2) 從總的優(yōu)化結(jié)果來(lái)看，背壓為12 kPa、風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)為56臺(tái)、設(shè)計(jì)風(fēng)速2.25 m/s時(shí)，方案最優(yōu)，考慮到節(jié)能降耗及噪聲影響等因素，風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)風(fēng)速可取2.15 m/s。

根據(jù)優(yōu)化分析，冷端系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要參數(shù)為：空冷凝汽器面積1 516 319 m2；空冷凝汽器風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)風(fēng)速2.15 m/s；風(fēng)機(jī)56臺(tái)；TMCR工況背壓設(shè)計(jì)值12 kPa，TRL工況夏季滿(mǎn)發(fā)背壓28 kPa。

4 結(jié)語(yǔ)

(1) 采用年總費(fèi)用最小法，對(duì)在不同背壓、風(fēng)機(jī)風(fēng)速和風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)條件下的直接空冷方案進(jìn)行優(yōu)化對(duì)比，可以得到相對(duì)最優(yōu)方案；并且根據(jù)電廠(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，優(yōu)化得到的直冷方案可較好滿(mǎn)足工程要求，使凝汽器背壓達(dá)到設(shè)計(jì)值。

(2) 風(fēng)機(jī)風(fēng)速采用較大值時(shí)，空冷凝器面積可選用較小面積，但是受到噪聲及電耗因素的影響，不宜大于2.15 m/s。

(3) 優(yōu)化計(jì)算中沒(méi)有考慮環(huán)境風(fēng)速對(duì)直接空冷的散熱效果的影響，環(huán)境風(fēng)速過(guò)大容易造成直接空冷系統(tǒng)散熱效果不好，造成計(jì)算所得到空冷凝汽器面積較小。

[1] 王釗, 楊建蒙, 趙興樓. 直接空冷技術(shù)及其應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 建筑節(jié)能, 2008, 36(3): 15-18.

[2] 范志強(qiáng). 噴霧冷卻系統(tǒng)對(duì)空冷島換熱性能影響的研究[D]. 保定: 華北電力大學(xué), 2010.

[3] 鄧永勝, 蘇咸偉, 趙現(xiàn)彬. 1 000 MW級(jí)機(jī)組直接和間接空冷系統(tǒng)比較[J]. 科技致富向?qū)? 2014(21): 283-284.

[4] 李日鑫. 電廠(chǎng)空冷系統(tǒng)選型研究[D]. 北京: 華北電力大學(xué), 2012.

[5] 龍國(guó)慶. 汽輪機(jī)設(shè)計(jì)背壓優(yōu)選對(duì)火電廠(chǎng)節(jié)能降造的影響分析[J]. 電力勘測(cè)設(shè)計(jì), 2010(5): 43-46.

OptimizationandApplicationofDirectAirCoolingSystemsinCoal-firedPowerPlants

Wang Dong

(Henan Electric Power Survey and Design Institute, Zhengzhou 450007, China)

Based on actual operation condition of a direct air cooling system in a coal-fired power plant in northwest China, an analysis was conducted on different combinations of the back pressure, fan velocity and fan quantity. Taking minimum total annual cost of the direct air cooling system as a target, an optimized calculation was performed, and subsequently an optimal scheme was obtained through comparative analysis on different schemes of the total annual cost, which can satisfy operation requirements of the coal-fired power unit.

direct air cooling; cold end optimization; back pressure

2017-01-12；

2017-03-20

王 東(1986—)，男，工程師，從事電廠(chǎng)水工工藝工作。E-mail: hny3727@163.com

TK264.1

A

1671-086X(2017)06-0453-03