直接空冷和間接空冷方案在某電廠(chǎng)空冷選型中的技術(shù)經(jīng)濟比較

第42卷第8期鼻束電力Vol 42 No. 82014年8月East China Electric Power2014直接空冷和間接空冷方案在某電廠(chǎng)空冷選型中的技術(shù)經(jīng)濟比較刁利,李光,吳思竹(1.國核電力規劃設計研究院,北京100095;2北京朗新明環(huán)?？萍加邢薰?北京100039)摘要:主機排汽冷卻系統是火力發(fā)電廠(chǎng)較為重要的系統之一,可釆用空冷系統或濕式冷卻系統。針對空冷系統,對目前國內較為首選的機械通風(fēng)直接空冷系統和表面式間接空冷系統原理進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹,并就這兩種空冷方案在某電廠(chǎng)空冷選型中進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟比較分析,供以后實(shí)際工程中空冷方案選型做參考。關(guān)鍵詞:排汽冷卻系統;機械通風(fēng)直接空冷;表面式間接空冷;技術(shù)經(jīng)濟分析作者簡(jiǎn)介:刁利(1979),女,碩士,工程師研究方向為電力工程造價(jià)及經(jīng)濟評價(jià)。中圖分類(lèi)號:TK28文獻標志碼:A文章編號:10019529(2014)08-171205Technical and Economic Comparison of Direct Air-Cooling System and Indirect SurfaceAir-Cooling Condensing System for the Air-cooling System Selection in a Thermal Power PlantDIAO Li, LI Guang,WU Si-zhu(1. State Nuclear Electric Power Planning and Design Institute, Beijing 100095, China2. Beijing Lucency Enviro-Tech Co, Ltd, Beijing 100039, China)Abstract: The main exhaust cooling system is one of the most important part in thermal power plant, which can be divided into water-cooling system and air-cooling system. For the air-cooling system, the theory of mechanical directair-cooling system and indirect surface air-cooling condensing system, which is widely used in China, is introduced inthis paper. This research can be used as a reference for the selection of the air-cooling system based on the technicaland economic comparison of the two air-cooling systems in practical engineeringKey words: exhaust cooling system; ACC; ISC; technical and economic analysis主機排汽冷卻系統是火力發(fā)電廠(chǎng)較為重要的1直接空冷與間接空冷系統之一,可采用空冷系統或濕式冷卻系統?？绽湎到y又稱(chēng)為干式冷卻系統,它與常規的濕式冷1.1機械通風(fēng)直接空冷系統(ACC)卻系統的主要區別是汽輪機排汽(直接冷卻)或該系統是指汽輪機的排汽直接用空氣來(lái)冷凝汽器換熱后的循環(huán)冷卻水(間接冷卻)通過(guò)散凝,空氣與蒸汽間進(jìn)行一次熱交換,其工藝流程為熱器與空氣進(jìn)行熱交換,避免了循環(huán)冷卻水在濕汽輪機排汽通過(guò)粗大的排汽管道至室外的空冷凝冷塔中直接與空氣接觸所引起的蒸發(fā)風(fēng)吹及排汽器內軸流冷卻風(fēng)機使空氣流過(guò)冷卻器外表面,污損失,大大節約用水,保護水資源及電廠(chǎng)的周邊將排汽冷凝成水,凝結水再經(jīng)泵送回鍋爐。其原環(huán)境,是“富煤貧水”地區發(fā)電廠(chǎng)主機排汽冷卻方則性汽水系統圖如圖1所示。式的首選。12表面式間接空冷系統(ISC)本文就目前應用于600MW及以上等級機該系統是指汽輪機排汽以水為中間介質(zhì),將組的較為首選的機械通風(fēng)直接空冷系統和表面排汽與空氣之間的熱交換分2次進(jìn)行:一次為蒸式間接空冷系統原理進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹,并就這兩汽與冷卻水之間在表面式凝汽器中換熱;一次為種空冷方案在某電廠(chǎng)空冷選型中進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟冷卻水和空氣在空冷散熱器內換熱。系統流程比較分析,供以后實(shí)際工程中空冷方案選型做為汽機排汽進(jìn)入凝汽器,由凝汽器管束內的冷卻參考。水進(jìn)行表面換熱,凝汽器循環(huán)水排水由循環(huán)水泵升壓至空冷塔內的空冷散熱器,空冷塔冷卻水出刁利,等直接空冷和間接空冷方案在某電廠(chǎng)空冷選型中的技術(shù)經(jīng)濟比較17132.2.1方案一:直接空冷方案配置發(fā)電機凝汽器直接空冷方案采用主機直冷+小機間冷,即過(guò)熱器汽輪機機組主機排汽采用直接空冷,小機設置單獨凝汽器,排汽采用2機1塔表凝式間冷系統,系統配置如表保護(除氧器2、表3所示。凝結水泵表2主機直冷系統配置給水泵O序號項1迎面風(fēng)速/ms2.2精處理裝置高壓加熱器低壓加熱器2單臺機組散熱面積m2220.6×1043單臺機組冷卻單元/個(gè)80圖1直接空冷機組原則性汽水系統圖每臺機布置10列,每列8水再回到汽機房凝汽器內作閉式循環(huán)。該系統根4布置方式個(gè)單元(順流單元6個(gè):逆流單元2個(gè))據空冷散熱器材質(zhì)和布置不同分為塔內水平布置5單臺機組管束數量/片800表面式間冷和塔外垂直布置表面式間冷。塔內水6單臺機組風(fēng)機數量/臺80平布置表面式間冷系統指冷卻散熱器水平布置在7風(fēng)機直徑/m9.754空冷塔內,散熱器材質(zhì)為鋼制散熱器。塔外垂直風(fēng)機電機功率/kW132布置表面式間接系統指冷卻散熱器垂直布置在空表3小機間冷系統配置冷塔進(jìn)風(fēng)口外側,散熱器可為鋁質(zhì)散熱器,也可為序號項目參數設計背壓/kPa鋼質(zhì)散熱器。,對于600MW及以上機組而言,若采用塔內水平布置表面式間冷系統,冷卻塔零米直2凝汽器型式材質(zhì)及面積/表面式凝汽器,TP04不銹鋼管,25003空冷散熱器型式FORGO T60型徑偏大,投資較高機組停運后需要充氮保護,系統4兩臺機冷卻三角個(gè)數/個(gè)120相對復雜,故不推薦用于大機組。塔外垂直布置表5冷卻三角高度/m6冷卻三角形式及布置形式塔外立式布置面式間接系統的原則性汽水系統圖如圖2所示。兩臺機組散熱器冷卻面積/m269.12×1048冷卻塔底部直徑過(guò)熱器發(fā)電機汽輪機③自然通9冷卻塔高度/m冷卻塔10冷卻塔進(jìn)風(fēng)口高度/17.511出口直徑/mC除氧器表面12兩臺機循環(huán)水泵臺數/臺3給水泵⊙13循環(huán)水泵類(lèi)型臥式離心雙吸泵高壓加熱器低壓加熱器2.2.2方案二:間接空冷方案配置圍處理裝置上凝結水泵間接空冷方案配置采用主機+小機間冷,即圖2表面式間接空冷機組原理性汽水系統圖小機不設置單獨的凝汽器,直接通過(guò)排汽管道進(jìn)2直接空冷和間接空冷方案在某電廠(chǎng)空人主機凝汽器,和主機排汽一起釆用1機1塔表冷選型中的技術(shù)經(jīng)濟比較凝式間接空冷系統,系統配置如表4所示表41機1塔表凝式間接空冷系統配置2.1某電廠(chǎng)空冷方案的設計基礎數據序號相關(guān)參數某電廠(chǎng)位于新疆哈密地區,本期工程擬建設凝汽器型式、材質(zhì)及面積表面式凝汽器,TP04不銹鋼管,600002×1000MW超超臨界燃煤空冷發(fā)電機組,同步2空冷散熱器型式FORGO T60型建設煙氣脫硫、脫硝裝置,并留有擴建條件。廠(chǎng)址3單臺機冷卻三角個(gè)數/個(gè)2404冷卻三角高度/m地屬溫帶極干旱氣候,常年少雨。該電廠(chǎng)空冷方5冷卻三角形式及布置形式塔外立式布置案的設計基礎數據見(jiàn)表1。6單臺機組散熱器冷卻面積/m表1空冷方案設計基礎數據表7冷卻塔底部直徑/m190.30設計滿(mǎn)發(fā)自然設計汽輪機排汽參數(TMCR)8冷卻塔高度/m199.35氣溫/℃氣溫/℃風(fēng)速/ms-1直接空冷/kPa間接空冷/kPa9冷卻塔進(jìn)風(fēng)口高度10出口直徑/m103.8811兩臺機循環(huán)水泵臺數/臺82.2空冷方案的配置12循環(huán)水泵類(lèi)型臥式離心雙吸泵1714鼻束電力2014,42(8)2.3直接空冷方案與間接空冷方案的技術(shù)經(jīng)濟兩種方案的經(jīng)濟性比較采用年總費用最小法比較進(jìn)行比較,即將每一方案的初投資分攤到年,分攤2.3.1技術(shù)比較率考慮工程的經(jīng)濟服務(wù)年限和投資利潤率,加上首先,對兩種空冷方案進(jìn)行技術(shù)比較,如表5各方案每年的修理費用及運行費用,得到該方案所示。的年總費用,取年總費用最小的方案作為經(jīng)濟性2.3.2經(jīng)濟性比較最優(yōu)方案。表5直接空冷與間接空冷方案的技術(shù)比較序號比較項目直接空冷系統表面式間接空冷系統兩次換熱,冷卻效率相對較低。一次換熱,冷卻效率高。汽輪機乏汽首先通過(guò)凝汽器與循環(huán)水進(jìn)行表面散熱散熱效率汽輪機乏汽通過(guò)散熱器直接與空氣進(jìn)行表面散熱。被加熱的循環(huán)水進(jìn)入散熱器與空氣進(jìn)行表面散熱。ITD值大凝汽器端差大。ITD值小必要。因空冷器冷卻表面十分龐大,水系統中不可避只考慮設置除鐵裝置。因用除鹽水代替循環(huán)水作為2凝結水精處理免的存在大量鐵的腐蝕產(chǎn)物,加之空氣漏入的可能性冷卻水,故在凝汽器泄露時(shí)不會(huì )造成冷卻水污染凝結大,水中可能溶入CO2等溶解雜質(zhì)。實(shí)際運行要注水的問(wèn)題,但系統中也會(huì )不可避免有鐵的腐蝕產(chǎn)物產(chǎn)意水質(zhì)控制。生。實(shí)際運行水質(zhì)較易控制。兩個(gè)相變過(guò)程(汽-水-冰);管束基管截面積大,抗一個(gè)相變過(guò)程(水-冰);管束基管截面積小,抗凍性3系統防凍凍性能強;系統防凍手段多,可通過(guò)控制風(fēng)機轉速和差;系統防凍手段比較單一,依靠百葉窗的開(kāi)啟度來(lái)開(kāi)啟臺數、關(guān)斷部分配汽管等多種方式靈活解決防凍調節進(jìn)風(fēng)量或切斷部分冷卻單元進(jìn)行防凍,控制比較可題,易控制;防凍效果好。繁瑣;凝汽器端差大;防凍效果差。占地面積小。凝汽器和散熱器合二為一,布置在A(yíng)占地面積較直冷大。每臺機組設置1座空冷塔,空冷占地面積列外高架的空冷凝汽器平臺上,并且平臺下面可以布塔底部直徑190.30m,兩座空冷塔之間留有一定的間置變壓器、出線(xiàn)架構等設施節省了占地。距(空冷塔直徑的一半以上)。5運行維護系統運行簡(jiǎn)單,易操作;設備成熟;轉動(dòng)設備較多,維系統相對復雜,運行水平要求較高;百葉窗、閥門(mén)質(zhì)量護工作量較大。要求較高且維護工作量大。6過(guò)冷度及端差冬季低溫運行過(guò)冷度大,在6-9℃春秋、夏季運行端差一般在2.8-3.5℃,冬季運行端差在4℃,端差較大7環(huán)境條件影響受環(huán)境風(fēng)影響大,影響進(jìn)風(fēng)排風(fēng)條件,不利風(fēng)向會(huì )出受環(huán)境風(fēng)的影響相對較小環(huán)境風(fēng)對冷卻塔進(jìn)、出風(fēng)阻現大幅熱回流,高溫時(shí)影響機組安全力有影響?；静淮嬖跓犸L(fēng)回流問(wèn)題8總平面布置主廠(chǎng)房的布置方位受風(fēng)向的影響比較大主廠(chǎng)房的布置方位不受風(fēng)向的影風(fēng)機群會(huì )產(chǎn)生一定的噪聲污染,須滿(mǎn)足環(huán)保的要求?；緹o(wú)噪聲污染。雖然循環(huán)水泵等轉動(dòng)設備會(huì )產(chǎn)生9噪聲污染可采用選用低噪音低轉速風(fēng)機、設置虛擬廠(chǎng)界等措施噪音,但因布置在室內,按常規標準即能滿(mǎn)足噪聲標來(lái)解決。真空系統真空容積龐大對焊接施工要求高。嚴密性不易保真空容積小,嚴密性易保證系統耗電風(fēng)機數量多,系統耗電相對較高。系統完全處于密閉狀態(tài),循環(huán)水泵揚程低,能耗少,廠(chǎng)用電率較小。容易清洗。散熱器布置在50m高的平臺上,沉積在比較容易清洗。散熱器在塔外從距地面2.0m高度清洗系統散熱器表面的臟污主要來(lái)自空氣中的粉塵和少量飛垂直布置臟污來(lái)源除了空氣分成和少量飛揚絮狀揚絮狀物,根據空氣質(zhì)量和季節情況一般3~6月沖物,還會(huì )截留少量地面雜質(zhì),臟污影響程度較大,需根據空氣質(zhì)量和環(huán)境條件決定沖洗次數?？绽淠骺梢允菄饧夹g(shù)國內制造,可以完全國產(chǎn),且價(jià)格基本持平;風(fēng)機可以國產(chǎn),也可以進(jìn)口品牌13設備制造及供貨國內生產(chǎn);齒輪箱需采用著(zhù)名進(jìn)口品牌產(chǎn)品;其它如空冷凝汽器可以是國外技術(shù)國內制造,可以完全國電動(dòng)機變頻器、真空隔絕閥等可以進(jìn)口也可以國產(chǎn)產(chǎn),且價(jià)格基本持平;供貨均不存在問(wèn)題或進(jìn)口品牌,但有一定性?xún)r(jià)差距;供貨均不存在問(wèn)題4施工難度及工期空冷凝汽器及其平臺均可在工廠(chǎng)制造,現場(chǎng)組裝,故冷卻塔體髙大,混凝土施工量大,施工難度大,建設周整個(gè)空冷島的施工簡(jiǎn)單,施工周期較間接空冷短。期長(cháng)業(yè)績(jì)相對較少。已有運行業(yè)績(jì)的電廠(chǎng),如山西陽(yáng)城215工程應用業(yè)績(jì)目前國內600MW及以上等級的在建和投產(chǎn)空冷機×600MW空冷機組、寧夏水洞溝2×600MW空冷機組大多數采用這種系統組等刁利,等直接空冷和間接空冷方案在某電廠(chǎng)空冷選型中的技術(shù)經(jīng)濟比較1715(1)年固定費用及修理費比較表9空冷方案年運行煤耗費用比較表直接空冷與間接空冷方案的初投資,見(jiàn)表6。序號項目方案1方案表6空冷方案初投資比較表萬(wàn)元主機直冷+小機間冷主機+小機間冷1背壓/kPa序號項目方案方案2主機直冷+小機間冷主機+小機間冷發(fā)電標煤耗/(kWh)-/8建筑工程費174162設備購置費47988491723標煤價(jià)/元·噸3安裝工程費10009278機組容量/MW73384其他費用(征地)機組臺數/臺6年運行小時(shí)數/h50005000合計74935年運行煤耗費注1:征地單價(jià)按4萬(wàn)元/畝計算用/萬(wàn)元550994709年固定費用,考慮初投資是有回報的,按投資(4)年運行總費用比較回收率為10%考慮,將初始投資分攤到年。直接空冷與間接空冷方案的年運行總費用比計算空冷方案年固定費用及修理費比較表,較,詳見(jiàn)表10。見(jiàn)表7。表7空冷方案年固定費用及修理費比較表1)表10空冷方案運行總費用比較表萬(wàn)元方案1方案2序號項目方案1方案2序號項目主機直冷+小機間冷主機+小機間冷主機直冷+小機間冷主機+小機間冷年固定費用94581初始投資/萬(wàn)元74935805202年修理費用187320l32年固定費用/萬(wàn)元88023年運行電耗費用88217993修理費率/%4年運行煤耗費用547094年修理費/萬(wàn)元18735年運行總費用67979注:1)經(jīng)濟服務(wù)年限取20年6年運行總費用差2)投資回收率取10%。(2)年運行電耗費用比較由空冷方案運行總費用比較表,可知,按年運直接空冷與間接空冷方案的年運行電耗費用行總費用最小為優(yōu)的原則,方案1主機直冷+小比較,見(jiàn)表8。機間冷的經(jīng)濟性?xún)?yōu)于方案2主機+小機間冷。表8空冷方案年運行電耗費用比較表(5)臨界煤價(jià)序號項目方案方案2臨界煤價(jià)是指:在某標煤價(jià)時(shí),方案1主機直主機直冷+小機間冷主機+小機間冷冷+小機間冷與方案2主機+小機間冷的年總費循環(huán)水泵臺數用基本相當。通過(guò)測試,當標煤價(jià)達到356.83循環(huán)水泵單臺軸元/t時(shí),二者的年總費用是相等的,即兩個(gè)方案功率/kWl743的臨界煤價(jià)是356.83元/'t,只有當標煤價(jià)超過(guò)3直冷風(fēng)機臺數356.83元t時(shí),方案2主機+小機間冷的經(jīng)濟性?xún)?yōu)勢才會(huì )體現出來(lái)。直冷風(fēng)機單臺軸功率/kW3結語(yǔ)5小機間冷循環(huán)水泵臺數/臺從工程應用和技術(shù)上講,機械通風(fēng)直接空冷小機間冷循環(huán)水6泵單臺軸功率系統(ACC)和表面式間接空冷系統(ISC)都是可行的,但直接空冷具有初投資小運行方案靈活、上網(wǎng)電價(jià)/元0.258運行業(yè)績(jì)及經(jīng)驗豐富、占地少利于下期擴建等優(yōu)(kWh)0.2588年運行小時(shí)數/h50005000勢;從經(jīng)濟比較上看,直接空冷系統的初投資比間9年運行電耗費l882l799接空冷低,且根據目前的市場(chǎng)價(jià)格水平,直接空冷用/萬(wàn)元因國產(chǎn)化程度高設備費在直線(xiàn)下降造價(jià)會(huì )降低,(3)年運行煤耗費用比較間接空冷因空冷塔土建部分造價(jià)(鋼筋、水泥、人直接空冷與間接空冷方案的年運行煤耗費用費)的逐年上升造價(jià)會(huì )上升,二者之間的初投比較,詳見(jiàn)表9資差會(huì )加大;煤價(jià)上漲會(huì )增加直接空冷與間接空第42卷第8期束電力Vol 42 No 82014年8月East China Electric PowerAug.2014ACC技術(shù)在垃圾焚燒發(fā)電項目的應用分析張健(上海浦東環(huán)保發(fā)展有限公司,上海200127)摘要:自動(dòng)燃燒控制(ACC)系統是垃圾焚燒爐的重要系統與核心技術(shù)。ACC的合理設計是垃圾焚燒發(fā)電項目能否正常穩定運行與安全排放的關(guān)鍵。通過(guò)對上海黎明資源項目ACC系統的技術(shù)分析,闡述了日立造船垃圾焚燒爐自動(dòng)燃燒控制技術(shù)的控制目標、控制方法與基本原理。關(guān)鍵詞:垃圾焚燒爐;機械爐排爐;自動(dòng)燃燒控制作者簡(jiǎn)介:張健(1972),工程師,從事城市垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)管理工作中圖分類(lèi)號:TM61文獻標志碼B文章編號:10019529(2014)08-171603Application of ACC Technology in Waste Incineration Power Generation ProjectZHANG JianShanghai Pudong Environmental Protection Development Co, Ltd, Shanghai 200127, China)erator. The reasonable ACC design is the key of the normal and stable operation of the waste incineration power gener-ation project and the safe discharge. Based on the technical analysis of ACC system in Shanghai Liming Resource Pro-ject, this paper expounds the ACC control targets, control methods and basic principles for Hitachi Shipbuilding gar-Key words: garbage incinerator; mechanical furmace removal boiler; automatic combusion control切刀爐排、較高的一次風(fēng)溫、合理的前后拱爐墻等1垃圾焚爐技術(shù)應用現狀技術(shù)有利于燃燒以外,所采用的( Automatic Com垃圾焚燒爐主要分為爐排爐、流化床、回轉窯Istion Control,簡(jiǎn)稱(chēng)ACC)自動(dòng)燃燒控制系統不等形式。機械式爐排爐的應用占全世界垃圾焚燒僅具有很高的可靠性和穩定性,投運率可達到市場(chǎng)總量的80%以上。機械式爐排爐是我國垃100%,其控制原理也較適應熱值波動(dòng)大的垃圾,圾焚燒的主流爐型。能保障燃燒充分穩定,煙氣排放各項指標可控。在已投產(chǎn)的項目中,以馬丁爐為代表的引進(jìn)圖1為ACC在焚燒爐內的控制過(guò)程。型逆推式爐排,因垃圾翻滾充分、鼓風(fēng)合理,一直ACC自動(dòng)燃燒控制系統的主要作用是為了在業(yè)內被認定為較適合我國低熱值、高含水率的控制垃圾焚燒爐的燃燒工況。通過(guò)該系統的正常生活垃圾。投用,垃圾處理量、爐內溫度、蒸發(fā)量等可處于穩采用順推爐型的日立造船技術(shù),近年來(lái)在成定而合理的區間內。都、廈門(mén)等地成功建設運營(yíng)。該爐型的噸垃圾發(fā)日立造船ACC系統主要包括:鍋爐蒸發(fā)量電量基本保持在350~450kWh左右?？刂?、垃圾料層厚度控制、垃圾燃燒位置控制、熱日立造船垃圾焚燒技術(shù)除了落差式爐排、截灼減率控制、爐內溫度控制850℃2s控制、煙氣傳佟佟佟四佟佟四;佟佟阝佟經(jīng)佟佟;促佟佟冷的年煤耗費用,縮小二者之間的年總費用差,根內直接空冷具有加大的經(jīng)濟優(yōu)勢。故本工程推薦據煤價(jià)臨界點(diǎn)分析,在標煤價(jià)上漲到356.83元/采用方案1主機直冷+小機間冷。t,間接空冷才具有經(jīng)濟性,目前本工程所在地的收稿日期:20140549標煤價(jià)是195元/t,可見(jiàn),在煤價(jià)加大的上漲空間本文編輯:鄭文彬