直接空冷凝汽器改造優(yōu)化分析

翟英俊，王　威，石志奎，李翔宇

(中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司，長(zhǎng)春　130021)

國(guó)內(nèi)直接空冷凝汽器(ACC)機(jī)組中空冷凝汽器的形式按照管束排數(shù)劃分，有單排管、雙排管和三排管，應(yīng)用最多的為單排管[1-5]，其次是雙排管，最少的為三排管。管束形式的選擇很重要，因?yàn)榭諝庠诔崞荛g流動(dòng)的空氣阻力及翅片管的換熱系數(shù)是空冷凝汽器的關(guān)鍵性能，也是空冷凝汽器優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要參數(shù)?？諝庾枇Υ笮∮绊懣绽淠骼鋮s風(fēng)量，直接影響空冷風(fēng)機(jī)電耗。在空氣阻力性能方面，單排管具有明顯優(yōu)勢(shì)；且采用單排管空冷凝汽器，在相同迎面風(fēng)速下(相同冷卻風(fēng)量)，空冷風(fēng)機(jī)的靜壓小，軸功率減小，風(fēng)機(jī)能耗下降，所以，從空氣阻力性能分析，可考慮將已有雙排管改造成單排管。

1　某電廠雙排管直接空冷系統(tǒng)現(xiàn)狀

某600 MW直接空冷機(jī)組空冷凝汽器采用雙排管鋼翅片凝汽器?；軝M截面尺寸為100 mm×20 mm，翅片規(guī)格為119 mm×49 mm，翅片間距4.0 mm/2.5 mm。設(shè)置64個(gè)空冷單元，翅片管總面積1 653 379 m2。

通過(guò)對(duì)該電廠直接空冷系統(tǒng)空氣側(cè)風(fēng)量設(shè)計(jì)計(jì)算與實(shí)測(cè)對(duì)比[6-7]，風(fēng)機(jī)風(fēng)量的計(jì)算值較實(shí)測(cè)值小很多，實(shí)際發(fā)揮作用的風(fēng)量?jī)H有25%～37%。由于當(dāng)?shù)亓醯然覊m雜物較多，隨著運(yùn)行年限增加，翅片管之間積灰逐漸增多，且無(wú)法進(jìn)行有效清理，導(dǎo)致實(shí)際發(fā)揮作用的風(fēng)量較小、阻力過(guò)大，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的通風(fēng)和散熱性能。為提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，對(duì)機(jī)組雙排管散熱器進(jìn)行單排管改造更換。

2　改造方案分析

按1臺(tái)ACC機(jī)組改造進(jìn)行分析，空冷島雙排管順流管束尺寸為9 900 mm×3 020 mm，共計(jì)384片；逆流管束尺寸9 300 mm×3 020 mm，共計(jì)128片。根據(jù)雙排管與單排管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，更換為單排管后順流管束尺寸為10 000 mm×3 016 mm，共計(jì)384片；逆流管束尺寸9 500 mm×3 016 mm，共計(jì)128片，更換后總散熱面積為185.73×104m2。更換后的單排管尺寸與原雙排管尺寸相近，雙排管單個(gè)管束質(zhì)量約為10.0 t，更換后單排管管束質(zhì)量?jī)H為5.2 t，從荷載角度看，雙排管更換為單排管不會(huì)對(duì)空冷島結(jié)構(gòu)造成不利影響。

針對(duì)電廠實(shí)際情況，空冷島散熱器的更換可以按照3種方案考慮。方案1：1次全部更換；方案2：分2次更換(第1年更換1、2、7、8列，第2年更換3、4、5、6列)；方案3：分4次更換(第1年更換1、8列，第2年更換2、7列，第3年更換3、6列，第4年更換4、5列)。

對(duì)于方案1，可以分3種情況考慮。空冷島現(xiàn)有64個(gè)空冷單元，雙排管一次全部更換為單排管后散熱器面積為185.73×104m2(方案1A)；鍋爐最大蒸發(fā)量(TMCR)工況背壓10.8 kPa，散熱余量約27%，為達(dá)到節(jié)省初投資的目的，對(duì)空冷島散熱器的更換可為將64個(gè)空冷單元全部更換，但順流管束長(zhǎng)度9 m，更換后散熱器面積約為167.16×104m2(方案1B)；此外還可只更換56個(gè)空冷單元，每列預(yù)留一個(gè)單元不更換，更換后散熱器面積約為162.51×104m2(方案1C)。

3　投資與效益比較分析

對(duì)上述方案進(jìn)行靜態(tài)回收年限分析，確定方案的經(jīng)濟(jì)性，計(jì)算主要輸入原則如下。

a.靜態(tài)分析回收年限計(jì)算按照成本電價(jià)考慮。

b.機(jī)組利用時(shí)間采用機(jī)組實(shí)際運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

c. 改造前為進(jìn)一步降低機(jī)組背壓，夏季噴水降溫費(fèi)用計(jì)入到改造前后微增收益差值中。

d.雙排管改造成單排管后，風(fēng)機(jī)阻力減小，風(fēng)量增大，通過(guò)對(duì)原配置風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后的風(fēng)機(jī)消耗功率能耗差值計(jì)入改造前后微增收益差值中。

e.更換下來(lái)的雙排管按照將該部分廢品鋼材節(jié)省費(fèi)用計(jì)入初投資方案計(jì)算靜態(tài)回收年限。

3種改造方案工期均較長(zhǎng)，會(huì)影響到機(jī)組正常運(yùn)行，因3種方案影響機(jī)組發(fā)電量基本相當(dāng)，故均不計(jì)入靜態(tài)回收年限分析中。方案1A、方案1B、方案1C靜態(tài)分析回收年限分析見(jiàn)表1。

表1　方案1靜態(tài)回收年限分析

由表1可見(jiàn)，由于方案1A散熱器面積較大，改造后背壓更低，因此改造前后的盈利差最大，較方案1B和方案1C盈利都高，因此其靜態(tài)回收年限最短，最經(jīng)濟(jì)。

由方案1的3種方案比較可知64個(gè)單元雙排管全部更換為單排管較經(jīng)濟(jì)，因此方案2、方案3按照散熱器全部一次性更換為185.73×104m2單排管參與比較。方案2、方案3改造前后收益分析見(jiàn)表2，其中初投資方案2為8 045.0×104元，方案3為8 979.0×104元；靜態(tài)分析回收年限方案2為9.5年，方案3為10.7年，風(fēng)機(jī)能耗差值以年計(jì)。

表2　方案2和方案3改造前后收益分析　104元

由表1、表2可知，方案1A靜態(tài)分析回收年限8.9年；方案2靜態(tài)分析回收年限9.5年；方案3靜態(tài)分析回收年限10.7年。方案1A 64個(gè)單元雙排管一次全部更換為單排管，散熱器面積為185.73×104m2，回收年限最短、最為經(jīng)濟(jì)，因此，推薦按照方案1A進(jìn)行改造。

4　發(fā)電節(jié)約燃煤量及節(jié)能減排分析

通過(guò)本次空冷凝汽器由雙排管束改為單排管束，使機(jī)組運(yùn)行背壓大大降低，從而減少了機(jī)組的冷源損失。由于冷源損失的減少，機(jī)組的熱效率得到提高，汽輪機(jī)的熱耗率減少，機(jī)組的煤耗率下降。這樣可使電廠的熱經(jīng)濟(jì)性得到提高。根據(jù)機(jī)組運(yùn)行的實(shí)際背壓計(jì)算出改造前機(jī)組的純凝額定出力工況，冷季和熱季的發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率，以及進(jìn)行空冷凝汽器改造后的冷季和熱季的發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率。由此可算出，由于空冷凝汽器改造后機(jī)組的熱效率得到提高，發(fā)電煤耗率下降，一年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤量分析見(jiàn)表3。

表3600MW機(jī)組發(fā)電節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤量分析

項(xiàng) 目數(shù)值熱季改造前平均發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率/[g·(kW·h)]317.14熱季改造后平均發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率/[g·(kW·h)]305.44熱季年設(shè)備利用時(shí)間/h1475冷季改造前平均發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率/[g·(kW·h)]311.85冷季改造后平均發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率/[g·(kW·h)]304.39冷季年設(shè)備利用時(shí)間/h2801年發(fā)電量/(kW·h)2.565×109年發(fā)電節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤量/t22892

本次分析對(duì)空冷凝汽器由雙排管束改為單排管束，可有效控制煙塵、SO2和NOx的排放。改造后實(shí)現(xiàn)節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤量22 892 t/a，每年可減少煙塵、SO2、NOx和CO2排放總量分別約為95 t、344 t、794 t和5×104t，具有較好的環(huán)境效益。

5　結(jié)論及建議

a.從管束型式角度分析：?jiǎn)闻殴芸绽湓哂忻黠@優(yōu)勢(shì)，而且國(guó)產(chǎn)化也較成熟，升級(jí)改造推薦采用單排管替換原有雙排管。

b.從工藝角度分析：通過(guò)對(duì)多種更換方案進(jìn)行靜態(tài)回收年限分析可知，一次性全部更換單排管散熱器回收年限最短、經(jīng)濟(jì)性最好，推薦按照方案1A進(jìn)行改造。

c.從結(jié)構(gòu)角度分析：更換后的單排管尺寸與原雙排管尺寸相近，質(zhì)量較小，從荷載角度看，雙排管更換為單排管不會(huì)對(duì)空冷島結(jié)構(gòu)造成不利影響。

d.從煤耗角度分析：由于散熱器雙排管改造為單排管后汽輪機(jī)排汽背壓明顯下降，煤耗會(huì)有比較大的下降。經(jīng)計(jì)算機(jī)組的發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率改造后要比改造前低，熱季下降11.7 g/(kW·h)，冷季下降7.46 g/(kW·h)，一年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤22 892 t。

e.從節(jié)水角度分析：散熱器雙排管改造為單排管后可節(jié)省噴淋水量約為11×104t/a，對(duì)于地處水資源較匱乏地區(qū)，節(jié)水寶貴的水資源具有較大的社會(huì)效益。

f.從節(jié)電角度分析：通過(guò)對(duì)原配置風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后的風(fēng)機(jī)消耗功率理論上在TMCR工況可由改造前的7 720 kW降低為7 070 kW，若僅考慮熱季發(fā)電，每年節(jié)省廠用電量約96×104kW·h。

g.從環(huán)保角度分析：由于年節(jié)約標(biāo)煤總量約22 892 t。折合污染物排放，每年減少煙塵、SO2、NOx和CO2排放總量分別約為95 t、344 t、795 t和5×104t。具有很好的環(huán)境效益。

h.從冬季防凍角度分析：散熱器雙排管改造為單排管后，冬季機(jī)組運(yùn)行需注意最小防凍流量的控制，以免凍脹散熱器。

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