循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化專題

閻俊超

提 ?要：本專題對綏中發(fā)電廠2x1000MW機組循環(huán)水系統(tǒng)進行了合理的配置，并采用年費用最小法，確定了經(jīng)濟合理的汽輪機冷端主要設(shè)備和構(gòu)筑物的技術(shù)參數(shù)。

關(guān)鍵詞：冷端設(shè)備、設(shè)計參數(shù)、年費用、循環(huán)水量、冷卻倍率

1 工程概況

現(xiàn)有工程于2000年投入生產(chǎn)發(fā)電，本工程按規(guī)劃擴建2×1000MW。電廠循環(huán)水系統(tǒng)冷卻水源采用渤海遼東灣海水，采用直流供水系統(tǒng)，電廠主機組凝汽器和輔機的閉式冷卻器的開式冷卻水采用渤海遼東灣海水，電廠和生活區(qū)的淡水水源取自大風(fēng)口水庫。

2 循環(huán)水系統(tǒng)組成

電廠工程規(guī)模為2×1000MW超超臨界燃煤機組，汽輪機凝汽器冷卻水采用海水直流供水系統(tǒng)，輔機和工業(yè)冷卻水采用除鹽水閉式循環(huán)系統(tǒng)，并利用水-水熱交換器，由海水供水系統(tǒng)供冷卻水。兩臺機組合建一座海水循環(huán)水泵房，每臺機組配置三臺循環(huán)水泵，夏季運行三臺水泵，春秋季運行二臺水泵，冬季及負荷小時運行一臺水泵。

3 取水海域的海洋水文要素

3.1 潮汐類型及特征值

3.1.1 高潮位（以黃海平均海水面為起算點）

百年-遇高潮位（P=1%）： ? ? ? ?1.71m

五十年-遇高潮位（P=2%）： ? ? 1.64m

3.1.2 低潮位

百年-遇低潮位（P=1%）： ? ? ? -2.88m

三十三年-遇低潮位（P=3%）： ? -2.58m

3.1.3 有關(guān)潮位、潮差值

平均海面： ? ? ? ? -0.017m

平均高潮位： ? ? ? 0.51m

平均低潮位： ? ? ? -0.45m

3.1.4 累積頻率潮位

P=10%高潮位： ? ?0.9m

P=90%低潮位： ? -0.05m

3.2 波浪

電廠所在海域的強浪向為：SE，常浪向為：SSW。2m水深SE浪向100年一遇3.1m，2m水深SSW浪向100年一遇3.1m。

3.3 海水水溫

最炎熱月份7、8、9月的海水水溫：1960-1983年的7、8、9 月日平均水溫累積頻率P=10%的水溫為：28.1℃。

3.4 冰情

電廠取水海域每年都有不同程度的結(jié)冰現(xiàn)象。最長冰期日數(shù)為147天。計算50年和100年-遇的最大冰厚分別為：泵房前68.5cm和73.2cm;泵房前5m等深線處30.8cm和33.0cm。

3.5 泥沙

廠區(qū)附近海底泥沙動態(tài)總趨勢，沒有大沖大淤過程，季節(jié)性的沖淤明顯，總的來說沖略大于淤。

3.6 海生物

采取措施防止海生物的附著。

4 循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化的目的

循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化的目的就是結(jié)合具體的廠址自然條件，煤，水，電價和汽輪機冷端設(shè)備主要價格，供排水系統(tǒng)主要構(gòu)筑物的造價和相關(guān)的年運行費，進行多方案經(jīng)濟、技術(shù)比較，尋求冷端設(shè)備和供水系統(tǒng)主要構(gòu)筑物最經(jīng)濟的設(shè)計參數(shù)，即選擇凝汽器面積、冷卻水量、循環(huán)水泵、循環(huán)水管溝、冷卻設(shè)備等最經(jīng)濟的配套組合方案。對于如本工程2×1000MW這樣大容量的電廠，尤其應(yīng)通過冷端優(yōu)化來確定汽輪機設(shè)計參數(shù)和選擇經(jīng)濟冷卻倍率及供水構(gòu)筑物的設(shè)計參數(shù)，以達到投資和運行費的綜合經(jīng)濟性。

參與冷端優(yōu)化的因素較多，因素之間相互制約。影響優(yōu)化結(jié)果經(jīng)濟性較敏感的因素有循環(huán)水冷卻倍率，凝汽器熱交換的面積，循環(huán)水管溝尺寸以及各項經(jīng)濟指標。

在直流供水系統(tǒng)中，增大凝汽器的冷卻水量或降低水溫，可以降低汽輪機的背壓，降低熱耗，但是需增大循環(huán)水泵功率或增加凝汽器的面積，從而增大工程的造價，反之亦然。因此冷卻倍率的選擇應(yīng)對凝汽器冷卻面積、冷卻水、循環(huán)水管溝尺寸進行綜合技術(shù)經(jīng)濟比較，通過循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化，方可取得有關(guān)變量最合理的配置，從而達到投資和運行最經(jīng)濟的目的。

5 優(yōu)化的方法

按照《火力發(fā)電廠水工設(shè)計技術(shù)規(guī)定》NDGJ5-88，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的優(yōu)化計算采用年費用最小法年費用NF將投資成本按規(guī)定的回收率分攤到每一年中，再加上一年的水泵耗電費，微增出力引起的補償電量的電費以及折舊、大修費等為年費用，其值最小時，說明此方案最為經(jīng)濟。

6 循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化原則

本期2x1000MW超超臨界凝汽式汽輪發(fā)電機組按TMCR工況進行循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化計算。擬定凝汽器冷卻面積：選擇38000m2、40000m2、42000m2、44000m2、46000m2、48000m2、六種方案。凝汽器采用鈦管，清潔系數(shù)0.85，綜合造價按1800元/m2。

冷卻倍率按夏季、春秋、冬季變倍率運行選擇52/39/21、54/41/22、55/41/22、56/42/22、58/44/23、60/45/24六種方案。

優(yōu)化過程中采用的經(jīng)濟指標如下：

（1） 發(fā)電成本為0.17元/千瓦·時。

（2） 投資年分攤固定費率為16%，包括投資回收率11%，稅率5%。年維修費率1.4%。

（3） 燃料費用：0.144元/千瓦·時。

（4） 電廠經(jīng)濟運行年限為25年，機組年利用小時數(shù)為5500小時，分夏季，春秋和冬季。其中冬季包括12、1、2月共3個月，按1375小時計，平均取水水溫2.69℃;春秋季包括3、4、11月共3個月，按1375小時計，平均取水水溫11.23℃;冬季包括5、6、7、8、9、10月共6個月，按2750小時計，平均取水水溫27.09℃

（5） 在夏季頻率為10%水溫條件下，冷卻水溫裕度為3℃的運行背壓應(yīng)能滿足機組滿發(fā)的最高允許背壓要求（即小于10.8kPa）。

（6） 凝汽器端差不小于2.8℃。

（7） 循環(huán)水系統(tǒng)的運行方式：夏季運行3臺泵;春秋運行2臺泵;冬季運行1臺泵。

（8） 循環(huán)水管徑：按干管采用DN3800及DN3600預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管PCCP二種方案。支管采用DN2600鋼管。

（9） 循環(huán)水溝：按3.0m×3.5m。

7 優(yōu)化計算結(jié)果及分析

根據(jù)上述原則，共組成72個方案。按照計算結(jié)果，凝汽器冷卻水管采用鈦管，冷卻面積42000m2、冷卻倍率55/41/22倍、循環(huán)水母管為DN3600、支管為DN2600、年總費用2686.65萬元的組合列第一位。考慮到凝汽器單位面積蒸汽負荷分配的不均勻性以及凝汽器冷卻水管泄漏、機組老化等因素，凝汽器面積應(yīng)適當考慮一些裕量，因此，本工程推薦凝汽器冷卻面積45700m2、冷卻倍率夏季55倍、春秋季41倍、冬季22倍，循環(huán)水母管為DN3600預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管PCCP、支管為DN2600鋼管的循環(huán)水系統(tǒng)組合。

按照推薦方案計算所得到的汽輪機冷端參數(shù)：年微增電量-4668 （萬千瓦·時），年微增電費 672.26（萬元），凝汽器冷卻管根數(shù)23371 （根），凝汽器冷卻管長度21.9 （m），凝汽器造價 7560（萬元），溝造價 553（萬元），管造價982.75 （萬元），投資修正量 0.00（萬元），總投資費用9095.75 （萬元），年維修費用 127.34（萬元），水泵耗電費用431.73 （萬元），年總費用2686.65 （萬元）。

8 結(jié)論

經(jīng)優(yōu)化論證，二期工程循環(huán)水系統(tǒng)采用凝汽器冷卻水管鈦管，冷卻面積45700m2、冷卻倍率為55/41/22倍、單臺機組設(shè)三臺循環(huán)水泵，對應(yīng)配一條母管為DN3600、支管為DN2600的循環(huán)水壓力管和一條3.0mx3.5m循環(huán)水排水溝的系統(tǒng)組合。

按本推薦方案，在年平均冷卻水溫為17℃時，汽輪機在TMCR工況條件下，年平均運行背壓為4.52kPa;在P=10%冷卻水溫為30.6℃時，汽輪機運行背壓為9.2 kPa，低于夏季能力工況汽輪機滿負荷運行最高允許背壓（10.8 kPa），并留有一定的富裕量。