某燃煤電站間接空冷系統(tǒng)優(yōu)化

錢日成

【摘 要】本文根據(jù)電廠廠址的水文氣象條件以及機(jī)組運(yùn)行方式，對(duì)擬新建的燃煤空冷電站的間冷系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。通過對(duì)多個(gè)參數(shù)（設(shè)計(jì)背壓、總散熱面積 、凝汽器面積、冷卻倍率、冷卻塔塔型等）進(jìn)行計(jì)算分析，最終對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)提出了建議性結(jié)論。

【關(guān)鍵詞】燃煤電站;間接空冷系統(tǒng);優(yōu)化

中圖分類號(hào)： TM621文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）14-0029-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.14.013

Optimization of Indirect air Cooling System for a Coal-Fired Power Station

QIAN Ri-cheng

（Zhejiang Electric Power Design Institute， Hangzhou Zhejiang 310012， China）

【Abstract】According to the hydrological conditions and meteorological conditions of the power plant site and the operation mode of the unit， this paper offers optimization of the indirect air cooling system of the proposed coal-fired power station. By analyzing and calculating multiple parameters（such as design back pressure， total heat dissipation area， condenser area， cooling rate， cooling tower type， etc.），the paper finally draws propose suggestions for project design.

【Key words】Coal-fired power station; Indirect air cooling system; Optimization

0 概述

山西某燃煤電站項(xiàng)目擬建設(shè)2×600MW超超臨界低熱值煤發(fā)電機(jī)組。廠址位于山西省晉中市左權(quán)縣城以北，距離左權(quán)縣城（沿公路）約20km，機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)為5500小時(shí)。

1 氣象條件

左權(quán)縣氣象站累年常規(guī)氣象要素統(tǒng)計(jì)如下

平均氣壓889.2hPa，平均氣溫7.8℃，極端最高氣溫36.3℃，極端最低氣溫-33.0℃，平均相對(duì)濕度61%。

2 間接空冷優(yōu)化計(jì)算

2.1 間接空冷系統(tǒng)優(yōu)化概述

間接空冷優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的是根據(jù)本工程熱負(fù)荷、大氣溫度等條件，以及本工程汽輪機(jī)排汽參數(shù)，提出適合于本工程的空冷系統(tǒng)的配置方案。系統(tǒng)優(yōu)化計(jì)算采用年總費(fèi)用法，取年最小費(fèi)用的方案作為最佳方案。

2.2 機(jī)組參數(shù)

冷端系統(tǒng)的配置擬采用TMCR工況（主機(jī)排汽量957.270t/h，主機(jī)排汽焓2434t/h，小機(jī)排汽量100.912t/h，小機(jī)排汽焓2528.8kJ/kg）進(jìn)行優(yōu)化，并以夏季氣溫29℃（不滿發(fā)按200h計(jì)算）作為TRL工況（主機(jī)排汽量976.1t/h，主機(jī)排汽焓2576.9t/h，小機(jī)排汽量119.001t/h，小機(jī)排汽焓2631.7kJ/kg）來進(jìn)行校核。

2.3 設(shè)計(jì)氣溫

根據(jù)最新頒布的《火力發(fā)電廠水工設(shè)計(jì)規(guī)范DL/T5339-2006》9.8.2條規(guī)定，本工程考慮一定裕量的情況下，設(shè)計(jì)氣溫取設(shè)計(jì)溫度定為12.5℃。

滿發(fā)氣溫根據(jù)上述“水規(guī)”9.8.2條規(guī)定，本工程按不滿發(fā)小時(shí)數(shù)200h計(jì)算，夏季滿發(fā)氣溫為29℃。

2.4 優(yōu)化計(jì)算方法

空冷系統(tǒng)優(yōu)化計(jì)算，采用業(yè)界普遍采用的年費(fèi)用最小的優(yōu)化方法，即將空冷系統(tǒng)的投資按規(guī)定的回收率分?jǐn)偟矫恳荒曛校偌由弦荒赀\(yùn)行費(fèi)、折舊費(fèi)、大修費(fèi)以及微增出力引起的補(bǔ)償電量的電費(fèi)作為年總費(fèi)用，其值最小的方案為最優(yōu)。

空冷系統(tǒng)年總費(fèi)用NF根據(jù)“水規(guī)”規(guī)定按下式計(jì)算：

U-折算年運(yùn)行費(fèi)用，包括水泵的功耗、微增功率收益。

2.5 方案優(yōu)化

間接空冷系統(tǒng)的優(yōu)化首先按經(jīng)驗(yàn)選擇一定的冷卻倍率、凝汽器面積，散熱三角個(gè)數(shù)和合理的塔形，按照年總費(fèi)用最小法進(jìn)行優(yōu)化，然后根據(jù)其優(yōu)化結(jié)果最終確定冷卻倍率，凝汽器面積，空冷散熱器面積和冷卻塔尺寸。

2.5.1 基本參數(shù)

空冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)境風(fēng)速為4m/s;

電價(jià)：按照成本電價(jià)0.23元選取;

年利用小時(shí)數(shù)：5500h;

工程經(jīng)濟(jì)使用年限：20年;

微增出力引起的補(bǔ)償電量電價(jià)的折減系數(shù)，取0.80;

散熱器、凝汽器及其他設(shè)備投資根據(jù)目前市場價(jià)格綜合考慮。

2.5.2 方案配置

根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)以及大量設(shè)計(jì)工作，選取各個(gè)優(yōu)化參數(shù)的取值區(qū)間：

循環(huán)水冷卻倍率取：45、50、55

凝汽器面積取：36000、38000、40000（每臺(tái)）

散熱器冷卻三角數(shù)取：154、158、162（每臺(tái)）

冷卻塔塔形采取9種塔形進(jìn)行計(jì)算：

從數(shù)據(jù)中選擇年總費(fèi)用較優(yōu)的前10種方案排列如下：

從表中可以看出，隨著ITD的增加，間接空冷系統(tǒng)規(guī)模逐漸減小。冷卻塔及散熱器投資費(fèi)用逐漸減小，然而由于背壓升高而引起的微增功率減少也使得獲得的微增電費(fèi)收益逐漸減少，從而引起年運(yùn)行費(fèi)用的增加。工程優(yōu)化就是要選擇合適的冷卻系統(tǒng)規(guī)模，使得固定投資分?jǐn)偤瓦\(yùn)行費(fèi)用之和即年總費(fèi)用最小。

2.6 結(jié)果分析及結(jié)論

2.6.1 ITD值

由表1分析可得，在前10名方案中，最優(yōu)的ITD值基本上在33.1～33.8℃。相應(yīng)的背壓區(qū)間為9.87～10.24kPa.本工程推薦主機(jī)設(shè)計(jì)ITD為33.34℃，設(shè)計(jì)背壓10kPa。

2.6.2 循環(huán)水冷卻倍率

由表1可以看出，最優(yōu)的冷卻倍率為45和50倍為主，50倍的方案年總費(fèi)用稍有優(yōu)勢。同時(shí)在凝汽器面積、空冷塔及散熱器等配置均相同的情況下，50倍冷卻倍率對(duì)應(yīng)的背壓比45倍冷卻倍率對(duì)應(yīng)的背壓低0.2KPa左右。從長遠(yuǎn)來分析，煤炭屬于不可再生的資源，其價(jià)格有的上升的空間，設(shè)計(jì)傾向于采用較低的背壓，故推薦50倍的冷卻倍率。

2.6.3 凝汽器面積

根據(jù)表 1排名可知，在采用相同的空冷系統(tǒng)配置下，凝汽器面積采用36000m2、38000m2的方案的年總費(fèi)用均比40000m2小。因?yàn)楸敬沃鳈C(jī)和小機(jī)的排汽分別進(jìn)入各自凝汽器進(jìn)行冷卻，而在優(yōu)化計(jì)算的過程中是將凝汽器面積是將兩者作為一個(gè)整體計(jì)算，考慮凝汽器面積分開之后換熱效率有所降低，故凝汽器面積優(yōu)化本次推薦采用38000m2方案。同時(shí)計(jì)算得出小機(jī)排汽熱負(fù)荷僅占熱負(fù)荷總量的10%左右，所以取大機(jī)凝汽器面積為34000m2，小機(jī)凝汽器面積為4000m2的。

2.6.4 空冷散熱器面積

從表中可以看出，最優(yōu)的空冷散熱器三角數(shù)量為162個(gè)和158個(gè)，對(duì)應(yīng)的散熱器總面積為1416356m2和1381384m2。如果取較大的空冷器散熱面積，散熱器的設(shè)備費(fèi)用增加，雖然空冷塔高度略有降低，但會(huì)造成零米直徑的增加。模型分析表明，對(duì)于矮胖型空冷塔而言，其造價(jià)對(duì)零米直徑更為敏感，相應(yīng)的年總費(fèi)用增加，所以選取較小的空冷塔零米直徑較為合理。同時(shí)從節(jié)約用地方面考慮，應(yīng)該選用較小的零米直徑，即選用較小的冷卻三角個(gè)數(shù)。因此本工程冷卻三角個(gè)數(shù)定為158個(gè)，對(duì)應(yīng)的空冷面積為：138.1384萬m2，空冷塔零米直徑136米，塔高160米，出口直徑94米。

2.6.5 結(jié)論

由上表可知現(xiàn)階段汽輪機(jī)冷端參數(shù)的優(yōu)化配置推薦為：

a）一機(jī)三泵一塔一管單元制;

b）冷卻倍數(shù)50;

c）主機(jī)凝汽器面積34000m2，小機(jī)4000m2;

d）空冷塔配置：總散熱面積1381384m2，冷卻三角個(gè)數(shù)158個(gè)，冷卻三角高度24.5m，散熱器外沿直徑144m，零米直徑136m，塔高160m，出口直徑94m，喉部高度120m，喉部直徑90m;

e）設(shè)計(jì)氣溫下背壓為10kPa，夏季氣溫下背壓為25kPa。

【參考文獻(xiàn)】

[1]《火力發(fā)電廠水工設(shè)計(jì)規(guī)范DL/T5339-2006》.