空冷機(jī)組設(shè)計背壓選取

靳海軍，白音木仁

(內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

空冷機(jī)組設(shè)計背壓選取

靳海軍，白音木仁

(內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

本文介紹了空冷機(jī)組設(shè)計背壓選取的一種新思路。全年抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組實(shí)際的運(yùn)行工況，按照抽凝式工況運(yùn)行，而非純凝工況，但空冷島配置按照純凝工況進(jìn)行設(shè)計選擇，空冷島配置容量較大，機(jī)組運(yùn)行背壓較低，但機(jī)組偏離高效區(qū)，機(jī)組運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)，得出按照純凝工況優(yōu)化確定的設(shè)計背壓是不合理的結(jié)論。汽機(jī)設(shè)計背壓應(yīng)按照實(shí)際運(yùn)行背壓來確定，這樣會提高機(jī)組運(yùn)行效率，降低煤耗，為工程帶來較高的經(jīng)濟(jì)效益。

空冷機(jī)組；背壓；抽凝式工況。

1 概述

在工程設(shè)計中，空冷機(jī)組的背壓對機(jī)組的投資、運(yùn)行費(fèi)用以及安全運(yùn)行有直接的影響，即影響機(jī)組的整體經(jīng)濟(jì)性、安全性。如果機(jī)組的背壓選擇不合理，會造成機(jī)組投資和運(yùn)行費(fèi)用的增加，甚至?xí)绊憴C(jī)組的安全性。下面是一種確定機(jī)組設(shè)計背壓的新思路，希望對工程設(shè)計有一定啟發(fā)，能擴(kuò)展設(shè)計思路。

2 空冷方案

通常，在工程設(shè)計中，采用年總費(fèi)用法來確定空冷機(jī)組空冷島配置以及機(jī)組設(shè)計背壓和滿發(fā)背壓。年總費(fèi)用法是年固定投資費(fèi)用、年耗電費(fèi)用、年煤耗費(fèi)用的總和，年總費(fèi)用最小為最優(yōu)方案。以某抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組(冷熱電聯(lián)產(chǎn))為例說明該過程。

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

廠址大氣壓：886.4 hPa；

滿發(fā)溫度：29℃(全年不滿發(fā)小時數(shù)191h )

設(shè)計溫度：12.5℃(5℃加權(quán)，考慮了一定裕量)

發(fā)電成本：0.187元/kWh；

經(jīng)濟(jì)運(yùn)行年限：20年；

年利用小時數(shù)：5500 h；

投資回收率：8%；

維修費(fèi)用率：2.5%；

標(biāo)煤價：460元/t

汽輪機(jī)參數(shù)： 見表1

表1 汽輪機(jī)純凝工況參數(shù)

設(shè)計中考慮直冷、間冷兩種設(shè)計方案：

方案一：主機(jī)為直接空冷方式，給水泵為汽動方式，每臺機(jī)組配置1套直接空冷系統(tǒng)，“小機(jī)”排汽直排“大機(jī)”排汽裝置。輔機(jī)冷卻采用濕式冷卻系統(tǒng)。

方案二：主機(jī)為間接空冷方式，給水泵為汽動方式，每臺機(jī)組配置1座空冷塔。每臺機(jī)組配置1臺表面式凝汽器，“小機(jī)”排汽直排“大機(jī)”凝汽器。輔機(jī)冷卻采用濕式冷卻系統(tǒng)。

2.2 備選方案優(yōu)化選取結(jié)果

2.2.1 各方案優(yōu)化

計算方法采用“年總費(fèi)用最小法”，首先根據(jù)廠區(qū)條件、氣象條件和機(jī)組純凝工況設(shè)計參數(shù)，初選出可以實(shí)施的不同冷卻面積方案，對不同冷卻面積方案渡夏能力進(jìn)行熱力計算，再確定各冷卻面積在設(shè)計溫度時和夏季滿發(fā)汽溫的背壓，并根據(jù)典行年氣象條件計算各方案年總費(fèi)用。

綜合經(jīng)濟(jì)性按動態(tài)經(jīng)濟(jì)方法分析，即初投資按等額均攤到機(jī)組的經(jīng)濟(jì)使用年限內(nèi)，得到年固定投資費(fèi)用，再計算出各方案的年耗電費(fèi)用和年煤耗費(fèi)用等，將各費(fèi)用相加，即計算出年總費(fèi)用，以確定既能滿足渡夏能力、綜合經(jīng)濟(jì)性又是最佳的方案。

優(yōu)化計算采用年總費(fèi)用最小法，包括年固定投資費(fèi)用、年運(yùn)行費(fèi)用和年煤耗費(fèi)用。各方案優(yōu)化計算結(jié)果如下：

根據(jù)優(yōu)化計算結(jié)果，空冷系統(tǒng)各方案優(yōu)選結(jié)果推薦設(shè)施配置如下：

方案一：主機(jī)為直接空冷方式，給水泵為汽動方式，每臺機(jī)組配置1套直接空冷系統(tǒng)。

每臺機(jī)組空冷凝汽器面積：938864 m2；

凝汽器迎面風(fēng)速：2.0 m/s；

每臺機(jī)組冷卻單元：30 組；

風(fēng)機(jī)直徑： 9.754 m；

風(fēng)機(jī)功率： 132 kW/臺；

推薦機(jī)組滿發(fā)背壓：30 kPa；

推薦機(jī)組設(shè)計背壓：14 kPa。

方案二：主機(jī)為間接空冷方式，給水泵為汽動方式，每臺機(jī)組配置1座空冷塔。每臺機(jī)組配置1臺表面式凝汽器。

每臺機(jī)組循環(huán)水量：39625.3 t/h；

單臺循環(huán)水泵功率：1400 kW(每機(jī)組2臺)；

設(shè)計冷卻倍數(shù)：55 倍

凝汽器冷卻面積：20500 m2

凝汽器材質(zhì)：不銹鋼

間冷散熱器總散熱面積：921816 m2；

散熱器冷卻三角組數(shù)：124組；

散熱器冷卻三角高：18 m；

空冷塔高：140 m；

空冷塔直徑：114 m(塔±0.00 m處)；121 m(塔外圍處)；

空冷塔出口直徑：70 m；

推薦設(shè)計最高背壓：28 kPa；

推薦設(shè)計背壓： 12 kPa。

2.2.2 各方案全年實(shí)際運(yùn)行工況

由于本工程是全年抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組實(shí)際的運(yùn)行工況，按照抽凝式工況運(yùn)行，而非純凝工況，但空冷島配置按照純凝工況進(jìn)行設(shè)計選擇，空冷島配置容量較大，因此，本工程的實(shí)際運(yùn)行工況與設(shè)計工況會有較大差別。為了說明這一問題，應(yīng)按照機(jī)組實(shí)際運(yùn)行工況來計算出機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行背壓。

按照本工程機(jī)組全年抽汽的特點(diǎn)，可將機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行工況分成四段：

(1)夏季工況，環(huán)境氣溫15.2℃以上。

(2)過渡季節(jié)1：環(huán)境氣溫15.2℃～8.9℃。

(3)過渡季節(jié)2：環(huán)境氣溫8.9～－2℃。

(4)冬季工況：環(huán)境氣溫－2℃以下。

按照以上幾個時段的排汽參數(shù)，分別計算出每個共況的平均背壓。計算結(jié)果見表2。

表2 各工況持續(xù)小時

按照機(jī)組的全年的各運(yùn)行工況延續(xù)時間，比照空冷氣象典型年確定各方案的溫度段，再按照加權(quán)平均的計算方法確定各方案的平均溫度。作為各方案設(shè)計溫度，見表3。

表3 各方案的平均溫度

各方案運(yùn)行參數(shù)：依據(jù)以上設(shè)計溫度計算出各方案，各工況運(yùn)行背壓見表4。

表4 各工況運(yùn)行背壓

由以上計算可知，汽機(jī)全年平均運(yùn)行背壓，直接空冷系統(tǒng)：8 kPa左右，間接空冷系統(tǒng)：6～10 kPa左右。原因是本工程空冷島配置按照純凝工況進(jìn)行設(shè)計選擇，實(shí)際運(yùn)行按照全年抽汽工況運(yùn)行，空冷島配置容量較大，運(yùn)行背壓較低，這樣造成機(jī)組長期偏離汽機(jī)設(shè)計工況運(yùn)行，效率偏低。如果本工程汽機(jī)設(shè)計背壓，按照實(shí)際運(yùn)行背壓來確定，會提高機(jī)組運(yùn)行效率，降低煤耗。經(jīng)計算本工程全年煤耗費(fèi)用，直接空冷系統(tǒng)：36129.007萬元，間接空冷系統(tǒng)：35913.209萬元。如汽機(jī)設(shè)計背壓，按照實(shí)際運(yùn)行背壓來確定，則機(jī)組效率提高約1.2%，全年節(jié)省煤耗費(fèi)用，直接空冷系統(tǒng)：433.55萬元，間接空冷系統(tǒng)：430.96萬元。

3 總結(jié)

在工程設(shè)計中，如機(jī)組按照按照純凝工況運(yùn)行，則按照純凝工況優(yōu)化確定的設(shè)計背壓是合理的。如機(jī)組按全年抽汽工況運(yùn)行，由于空冷島配置容量較大，機(jī)組運(yùn)行背壓較低，機(jī)組偏離高效區(qū)，機(jī)組運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)，按照純凝工況優(yōu)化確定的設(shè)計背壓是不合理的。汽機(jī)設(shè)計背壓，應(yīng)按照實(shí)際運(yùn)行背壓來確定，這樣會提高機(jī)組運(yùn)行效率，降低煤耗，為工程帶來較高的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 丁爾謀．發(fā)電廠空冷技術(shù)[M]．北京：水利電力出版社，1992．

Back Pressure Selection of Air Cooling Unit

JIN Hai-jun, Baiyinmuren
(Inner Mongolia Power Exploration & Design Institute, Hohhot 010020, China)

This paper introduces the design of air cooling unit pressure selected a new train of thought.Annual extraction condensing steam turbine generator unit in accordance with the actual operating conditions, extraction condensing operation, Rather than pure condensing condition, but the air cooling island is configured in accordance with the pure condensing condition selection of design, Air cooling island configuration of large capacity, Lower back pressure operation of the unit, But the unit deviate from efficient area, The unit operation is not economy, In accordance with the pure condensing condition that optimizing the design pressure is not reasonable conclusion.Back pressure turbine design, should be in accordance with the actual operating back pressure can be determined, it will increase the unit operation efficiency, reduce energy consumption, for a project to bring taller economic benefits.

air cooling unit; back pressure; extraction condensing operationing condition.

TM621

B

1671-9913(2017)03-0027-03

2017-01-24

靳海軍(1972- )，男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，高級工程師，從事電力勘測設(shè)計研究工作。