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某燃煤电站间接空冷系统优化

2019-07-10钱日成

科技视界 2019年14期
关键词:优化

钱日成

【摘 要】本文根据电厂厂址的水文气象条件以及机组运行方式,对拟新建的燃煤空冷电站的间冷系统进行优化。通过对多个参数(设计背压、总散热面积 、凝汽器面积、冷却倍率、冷却塔塔型等)进行计算分析,最终对项目设计提出了建议性结论。

【关键词】燃煤电站;间接空冷系统;优化

中图分类号: TM621文献标识码: A 文章编号: 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

山西某燃煤电站项目拟建设2×600MW超超临界低热值煤发电机组。厂址位于山西省晋中市左权县城以北,距离左权县城(沿公路)约20km,机组年利用小时数为5500小时。

1 气象条件

左权县气象站累年常规气象要素统计如下

平均气压889.2hPa,平均气温7.8℃,极端最高气温36.3℃,极端最低气温-33.0℃,平均相对湿度61%。

2 间接空冷优化计算

2.1 间接空冷系统优化概述

间接空冷优化设计的目的是根据本工程热负荷、大气温度等条件,以及本工程汽轮机排汽参数,提出适合于本工程的空冷系统的配置方案。系统优化计算采用年总费用法,取年最小费用的方案作为最佳方案。

2.2 机组参数

冷端系统的配置拟采用TMCR工况(主机排汽量957.270t/h,主机排汽焓2434t/h,小机排汽量100.912t/h,小机排汽焓2528.8kJ/kg)進行优化,并以夏季气温29℃(不满发按200h计算)作为TRL工况(主机排汽量976.1t/h,主机排汽焓2576.9t/h,小机排汽量119.001t/h,小机排汽焓2631.7kJ/kg)来进行校核。

2.3 设计气温

根据最新颁布的《火力发电厂水工设计规范DL/T5339-2006》9.8.2条规定,本工程考虑一定裕量的情况下,设计气温取设计温度定为12.5℃。

满发气温根据上述“水规”9.8.2条规定,本工程按不满发小时数200h计算,夏季满发气温为29℃。

2.4 优化计算方法

空冷系统优化计算,采用业界普遍采用的年费用最小的优化方法,即将空冷系统的投资按规定的回收率分摊到每一年中,再加上一年运行费、折旧费、大修费以及微增出力引起的补偿电量的电费作为年总费用,其值最小的方案为最优。

空冷系统年总费用NF根据“水规”规定按下式计算:

U-折算年运行费用,包括水泵的功耗、微增功率收益。

2.5 方案优化

间接空冷系统的优化首先按经验选择一定的冷却倍率、凝汽器面积,散热三角个数和合理的塔形,按照年总费用最小法进行优化,然后根据其优化结果最终确定冷却倍率,凝汽器面积,空冷散热器面积和冷却塔尺寸。

2.5.1 基本参数

空冷系统设计环境风速为4m/s;

电价:按照成本电价0.23元选取;

年利用小时数:5500h;

工程经济使用年限:20年;

微增出力引起的补偿电量电价的折减系数,取0.80;

散热器、凝汽器及其他设备投资根据目前市场价格综合考虑。

2.5.2 方案配置

根据以往工程经验以及大量设计工作,选取各个优化参数的取值区间:

循环水冷却倍率取:45、50、55

凝汽器面积取:36000、38000、40000(每台)

散热器冷却三角数取:154、158、162(每台)

冷却塔塔形采取9种塔形进行计算:

从数据中选择年总费用较优的前10种方案排列如下:

从表中可以看出,随着ITD的增加,间接空冷系统规模逐渐减小。冷却塔及散热器投资费用逐渐减小,然而由于背压升高而引起的微增功率减少也使得获得的微增电费收益逐渐减少,从而引起年运行费用的增加。工程优化就是要选择合适的冷却系统规模,使得固定投资分摊和运行费用之和即年总费用最小。

2.6 结果分析及结论

2.6.1 ITD值

由表1分析可得,在前10名方案中,最优的ITD值基本上在33.1~33.8℃。相应的背压区间为9.87~10.24kPa.本工程推荐主机设计ITD为33.34℃,设计背压10kPa。

2.6.2 循环水冷却倍率

由表1可以看出,最优的冷却倍率为45和50倍为主,50倍的方案年总费用稍有优势。同时在凝汽器面积、空冷塔及散热器等配置均相同的情况下,50倍冷却倍率对应的背压比45倍冷却倍率对应的背压低0.2KPa左右。从长远来分析,煤炭属于不可再生的资源,其价格有的上升的空间,设计倾向于采用较低的背压,故推荐50倍的冷却倍率。

2.6.3 凝汽器面积

根据表 1排名可知,在采用相同的空冷系统配置下,凝汽器面积采用36000m2、38000m2的方案的年总费用均比40000m2小。因为本次主机和小机的排汽分别进入各自凝汽器进行冷却,而在优化计算的过程中是将凝汽器面积是将两者作为一个整体计算,考虑凝汽器面积分开之后换热效率有所降低,故凝汽器面积优化本次推荐采用38000m2方案。同时计算得出小机排汽热负荷仅占热负荷总量的10%左右,所以取大机凝汽器面积为34000m2,小机凝汽器面积为4000m2的。

2.6.4 空冷散热器面积

从表中可以看出,最优的空冷散热器三角数量为162个和158个,对应的散热器总面积为1416356m2和1381384m2。如果取较大的空冷器散热面积,散热器的设备費用增加,虽然空冷塔高度略有降低,但会造成零米直径的增加。模型分析表明,对于矮胖型空冷塔而言,其造价对零米直径更为敏感,相应的年总费用增加,所以选取较小的空冷塔零米直径较为合理。同时从节约用地方面考虑,应该选用较小的零米直径,即选用较小的冷却三角个数。因此本工程冷却三角个数定为158个,对应的空冷面积为:138.1384万m2,空冷塔零米直径136米,塔高160米,出口直径94米。

2.6.5 结论

由上表可知现阶段汽轮机冷端参数的优化配置推荐为:

a)一机三泵一塔一管单元制;

b)冷却倍数50;

c)主机凝汽器面积34000m2,小机4000m2;

d)空冷塔配置:总散热面积1381384m2,冷却三角个数158个,冷却三角高度24.5m,散热器外沿直径144m,零米直径136m,塔高160m,出口直径94m,喉部高度120m,喉部直径90m;

e)设计气温下背压为10kPa,夏季气温下背压为25kPa。

【参考文献】

[1]《火力发电厂水工设计规范DL/T5339-2006》.

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