火電廠直接空冷系統(tǒng)優(yōu)化應(yīng)用

王 東

(河南省電力勘測設(shè)計院, 鄭州 450007)

火電廠直接空冷系統(tǒng)優(yōu)化應(yīng)用

王 東

(河南省電力勘測設(shè)計院, 鄭州 450007)

結(jié)合西北某直接空冷火電廠的實際情況，分別對不同背壓、風(fēng)機風(fēng)速和風(fēng)機臺數(shù)進行組合。采用年總費用最小法對直接空冷系統(tǒng)進行優(yōu)化計算，對比分析各組合年總費用，最終得出最優(yōu)方案，滿足發(fā)電機組正常運行要求。

直接空冷； 冷端優(yōu)化； 背壓

火電廠空冷系統(tǒng)主要有三種類型，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]。火電廠直接空冷系統(tǒng)憑借其布置簡單、操作運行靈活及相對其他空冷系統(tǒng)造價較低等特點，在缺水干旱地區(qū)快速推廣開來，逐漸成為這些地區(qū)火電廠冷卻系統(tǒng)的首選。空冷系統(tǒng)的配置影響凝汽器的背壓及發(fā)電機組的出力，因此對空冷系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計與合理配置至關(guān)重要。

1 直接空冷系統(tǒng)特點

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)機組(包括軸流風(fēng)機、電動機、減速機、變頻器等)清洗水系統(tǒng)等設(shè)備構(gòu)成(見圖1)[2-3]。

圖1 直接空冷系統(tǒng)圖

汽輪機排出的乏汽經(jīng)由排汽聯(lián)合裝置、主排汽管道引出汽輪機房外，垂直上升至一定高度后，水平分管，再從水平分管分出支管，垂直上升，引至空冷凝汽器頂部[4]。蒸汽從空冷凝汽器上部聯(lián)箱進入，與空氣進行表面換熱后冷凝。冷凝水由凝結(jié)水管匯集，排至汽輪機排汽聯(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主機主要參數(shù)

某電廠汽輪發(fā)電機組不同工況主要熱力數(shù)據(jù)見表1。

表1 主汽輪機排汽量

該機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，參數(shù)為28.0 MPa/600 ℃/620 ℃；發(fā)電機冷卻方式為水-氫-氫冷卻方式。

2.2優(yōu)化計算方法

空冷系統(tǒng)年優(yōu)化設(shè)計是根據(jù)工程條件，在保證安全滿發(fā)的前提下，通過優(yōu)化計算選擇汽輪機冷端各主要參數(shù)合理經(jīng)濟的組合。系統(tǒng)優(yōu)化計算采用年總費用最小法，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)機耗電費、熱耗變化引起的燃料費用為年總費用，其值最小的方案為最優(yōu)。計算結(jié)果中的年總費用是指各方案比較的相對值[5]。

空冷系統(tǒng)年總費用NF，根據(jù)DL/T 5339—2006《火力發(fā)電廠水工設(shè)計規(guī)范》規(guī)定按下式計算[8]：

NF=PAFCR+μ

(1)

式中：NF為年費用值；P為總投資現(xiàn)值；AFCR為年固定分?jǐn)偮剩沪虨槟赀\行費用，包括冷卻系統(tǒng)電耗、機組功率增量收益或運行煤耗。

其中，

AFCR=CR+MR

式中：CR為資金回收系數(shù)；MR為大修等費率，取2.5%。

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

3 冷端的優(yōu)化

3.1方案組合

經(jīng)過大量試算后，參與系統(tǒng)優(yōu)化的設(shè)計背壓、凝汽器風(fēng)機臺數(shù)、風(fēng)機設(shè)計風(fēng)速等分別按照表2中的方案進行組合，優(yōu)化結(jié)果見圖2。

圖2 背壓-風(fēng)機設(shè)計風(fēng)速優(yōu)化曲線

表2 優(yōu)化計算順序結(jié)果表

表2(續(xù))

3.2結(jié)果分析

(1) 通過對電價的敏感性分析得知：電價升高，設(shè)計背壓趨向小值，散熱面積趨于大值；相反，設(shè)計背壓趨向大值，散熱面積趨于小值。

( 2) 從總的優(yōu)化結(jié)果來看，背壓為12 kPa、風(fēng)機臺數(shù)為56臺、設(shè)計風(fēng)速2.25 m/s時，方案最優(yōu)，考慮到節(jié)能降耗及噪聲影響等因素，風(fēng)機設(shè)計風(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)機設(shè)計風(fēng)速2.15 m/s；風(fēng)機56臺；TMCR工況背壓設(shè)計值12 kPa，TRL工況夏季滿發(fā)背壓28 kPa。

4 結(jié)語

(1) 采用年總費用最小法，對在不同背壓、風(fēng)機風(fēng)速和風(fēng)機臺數(shù)條件下的直接空冷方案進行優(yōu)化對比，可以得到相對最優(yōu)方案；并且根據(jù)電廠實際運行情況，優(yōu)化得到的直冷方案可較好滿足工程要求，使凝汽器背壓達到設(shè)計值。

(2) 風(fēng)機風(fēng)速采用較大值時，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)化計算中沒有考慮環(huán)境風(fēng)速對直接空冷的散熱效果的影響，環(huán)境風(fēng)速過大容易造成直接空冷系統(tǒng)散熱效果不好，造成計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. 噴霧冷卻系統(tǒng)對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級機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. 電廠空冷系統(tǒng)選型研究[D]. 北京: 華北電力大學(xué), 2012.

[5] 龍國慶. 汽輪機設(shè)計背壓優(yōu)選對火電廠節(jié)能降造的影響分析[J]. 電力勘測設(shè)計, 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，從事電廠水工工藝工作。E-mail: hny3727@163.com

TK264.1

A

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