【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 3 VWO 工況 4 夏季 TRL 工況 5 阻塞背壓工況 19 表 4－ 3 TMCR 流量下汽輪機(jī)特性數(shù)據(jù)隨背壓的變化 背 壓 kPa 阻塞背壓 10kPa 20kPa 25kPa 31kPa 最高滿發(fā)背 壓 33kPa 機(jī)組出力 MW 汽輪發(fā)電機(jī)組 熱耗值 kJ/kWh 8656 8666 8732 8861 8996 9154 9205 主蒸汽壓力 MPa(a) 再熱蒸汽壓力 MPa(a) 高壓缸排汽 壓力 MPa(a) 主蒸汽溫度 ℃ 535 535 535 535 535 535 535 再熱蒸汽溫度 ℃ 535 535 535 535 535 535 535 高壓缸排汽溫度 ℃ 主蒸汽流量 kg/h 514100 514100 514100 514100 514100 514100 514100 再熱蒸汽流量 kg/h 436272 436278 436282 436289 436291 436294 436293 低壓缸排汽干度 % 低壓缸排汽焓 kJ/kg 低壓缸排汽流量 kg/h 352506 354742 358994 363285 366309 369371 370287 其他參數(shù) 年利用小時(shí) 7600小時(shí) 發(fā)電標(biāo)煤耗 273 kg/MWh 電價(jià) /MWh 標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià) /噸 (不含稅價(jià) ) 年固定費(fèi)用率 14% 經(jīng)濟(jì)服務(wù)年限 20年 空冷系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 優(yōu)化計(jì)算方法及原則 20 優(yōu)化計(jì)算方法 優(yōu)化計(jì)算的目的，就是根據(jù)廠址的氣象條件和電廠的實(shí)際情況，通過對(duì)機(jī)組的不同參數(shù)和冷卻面積的各方案，進(jìn)行渡夏能力和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合分析比較，以尋求符合電廠實(shí)際的最佳方案。 計(jì)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)組設(shè)計(jì)參數(shù)，初選出可以實(shí)施的不同冷卻面積方案，對(duì)不同冷卻面積方案渡夏能力進(jìn)行熱力計(jì)算，再確定各冷卻面積在設(shè)計(jì)溫度時(shí)和夏季滿發(fā)氣溫的背壓，并根據(jù)典行年氣象條件計(jì)算各方案年微增功率和年運(yùn)行費(fèi)用。 綜合經(jīng)濟(jì)性按動(dòng)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)，得到年固定費(fèi)用，再計(jì)算出各方案的年微增電量、年運(yùn)行費(fèi)用等，將各費(fèi)用相加，即計(jì)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(jì)算主要原則 1) 以 TMCR工況作為空冷凝器的性能保證工況。 2) 空冷凝汽器管束 暫按單排管設(shè)計(jì)。 3) 風(fēng)機(jī)采用大直徑風(fēng)機(jī)，直徑為 。 4) 直接空冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)適當(dāng)考慮一些裕量，在 TRL工況，配套的風(fēng)機(jī)電機(jī)的選型應(yīng)能滿足風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到 110%時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。 5) 參選方案約束限制條件 本工程 2150MW機(jī)組空冷凝汽器所有風(fēng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速情況下，空冷凝汽器整體的噪音水平在距離空冷凝汽器平臺(tái)邊緣 150m 處，噪音不大于 55dB(A)。 優(yōu)化計(jì)算結(jié)果及分析 本階段選了 5組代表不同 ITD 值的空冷凝汽器散熱外表面積 (453017 m 466982m 481407m 495907 m 509917m2)及 2 組空冷凝汽器迎 21 面風(fēng)速 (、 )組成 10 個(gè)方案，在設(shè)計(jì)工況和校核工況下根據(jù)機(jī)組的排熱量分別進(jìn)行熱力計(jì)算和空氣動(dòng)力計(jì)算，以確定所需的風(fēng)機(jī)參數(shù)。然后分別計(jì)算每個(gè)方案的投資分?jǐn)傎M(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用及年凈發(fā)電量的計(jì)算，最后計(jì)算各方案的年費(fèi)用，年費(fèi)用最低者為最優(yōu)方案。 從優(yōu)化計(jì)算結(jié)果看，在不考慮煤價(jià)上漲從而引起發(fā)電成本上漲的情況下，年費(fèi)用最低的方案基本趨于較高的風(fēng)速。則上述迎面風(fēng)速中最高風(fēng)速只有 。此處僅列出 值的空冷凝汽器散熱外表面積的計(jì)算結(jié)果，見表 44。 表 44 單臺(tái)機(jī)組直接空冷系統(tǒng)優(yōu)化計(jì)算成果 ACC 散熱總面積 (m2) 453017 466982 481407 495907 509917 設(shè)計(jì)干球溫度 (℃ ) 設(shè)計(jì)工況計(jì)算 ITD(℃ ) 38 設(shè)計(jì)工況汽機(jī)背壓 (kPa) 夏季滿發(fā)干球溫度 (℃ ) 34 34 34 34 34 夏季工況汽機(jī)背 壓 (kPa) 年凈發(fā)電量差額 (GWh) 0 估算初投資 (萬(wàn)元 ) 4778 4882 5035 5192 5371 初投資折算年費(fèi)用 (萬(wàn)元 ) 電量差額折費(fèi)用 (萬(wàn)元 ) 0 年費(fèi)用合計(jì) (萬(wàn)元 ) 優(yōu)劣名次 4 2 1 3 5 注：表中費(fèi)用僅用作方案經(jīng)濟(jì)比較，不能作為最終投資依據(jù)。 從優(yōu)化計(jì)算結(jié)果中可以看出，空冷凝汽器冷卻面積 481407m2 的方案年費(fèi)用相對(duì)最低。 本工程推薦采用空冷凝汽器散熱面積 481407 m2的方案，設(shè)計(jì)工況下平均的迎面風(fēng)速取 。采用該方案配置，在夏季環(huán)境溫度 34℃ 時(shí)，汽輪機(jī)背壓約 30kPa，機(jī)組可以滿發(fā) 150MW；在環(huán)境溫度 ℃ 時(shí)，汽輪機(jī)背壓約 。 22 空冷凝汽器技術(shù)方案 主要設(shè)計(jì)參數(shù) 表 4－ 5 設(shè) 計(jì) 參 數(shù) 序號(hào) 項(xiàng) 目 參 數(shù) 1 年平均大氣壓力 (hPa) 2 廠址海拔高度 (m) 509 3 年平均氣溫 (℃ ) 4 年平均相對(duì)濕度 (%) 61 5 設(shè)計(jì)環(huán)境溫度 (℃ ) 6 設(shè)計(jì)夏季滿發(fā)最高溫度 (℃ ) 34 7 空冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)排熱量 (MW) 234 8 空冷系統(tǒng)最大排熱量 (MW) 244 9 設(shè)計(jì)背壓 (kPa) 10 汽機(jī)最高滿發(fā)背壓 (kPa) 33 11 順流空冷凝汽器管束迎面風(fēng)速 (m/s) 逆流空冷凝汽器管束迎面風(fēng)速 (m/s) 12 單臺(tái)機(jī)組空冷凝汽器翅片管 總面積 (m2) 481407 13 單臺(tái)機(jī)組空冷凝汽器基本冷卻單元數(shù) (個(gè) ) 16 14 單臺(tái)機(jī)組凝汽器管束 (個(gè) ) 160 單臺(tái)機(jī)組順流凝汽器管束 (個(gè) ) 128 單臺(tái)機(jī)組逆流凝汽器管束 (個(gè) ) 32 15 空冷凝汽器平臺(tái)高度 (m) 32 直接空冷系統(tǒng)設(shè)計(jì) (1) 直接空冷系統(tǒng)設(shè)備布置 從汽輪機(jī)低壓缸底部排出的蒸汽，經(jīng)排汽裝置后由一根 DN4500的排汽管道引到主廠房外，再在汽機(jī)房外分為 4根 DN2400的支管，向空冷凝汽器管束分配蒸汽。 本工程一臺(tái) 150MW 機(jī)組，采用單排管空冷凝 汽器所需翅片管總面 23 積 481407m2，由 16 個(gè)空冷凝汽器散熱單元組成，分成 4 組凝汽器，每組凝汽器包括 4個(gè)散熱單元，其中 3個(gè)散熱單元均為順流管束散熱單元，1個(gè)散熱單元為逆流管束散熱單元。 空冷凝汽器每個(gè)散熱單元配一臺(tái)直徑 的軸流冷卻風(fēng)機(jī)，一臺(tái) 150MW機(jī)組所需冷卻風(fēng)機(jī)為 16臺(tái)，風(fēng)機(jī)懸掛在凝汽器平臺(tái)的防振橋上，作為隔振裝置，防振橋上裝有減振的鋼彈簧。風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速能從 0～ 110%范圍內(nèi)任意調(diào)速，可以分組或獨(dú)立地變化其轉(zhuǎn)數(shù)，從而根據(jù)機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷和環(huán)境空氣溫度的變化進(jìn)行最佳調(diào)節(jié)，達(dá)到最佳進(jìn)風(fēng)量 ?？绽湎到y(tǒng)中大部分的蒸汽在順流管束凝汽器中被冷卻，形成凝結(jié)水，剩余的蒸汽在逆流管束凝汽器中被冷凝。在逆流管束凝汽器中由于蒸氣和冷凝水是逆流的，保證了冷凝水不易發(fā)生過冷及凍結(jié)。在逆流管束的頂部設(shè)有抽氣系統(tǒng)，能夠比較順暢地將系統(tǒng)內(nèi)的空氣和不凝氣體排出，避免運(yùn)行過程中空冷凝汽器內(nèi)某些部位形成死區(qū)，冬季發(fā)生凍結(jié)情況。 每臺(tái)機(jī)組為獨(dú)立的單元冷卻系統(tǒng)，空冷凝汽器平行于主廠房布置在汽機(jī)房 A列外場(chǎng)地上，結(jié)合氣象條件、風(fēng)機(jī)電耗與主廠房高度的關(guān)系，并且考慮到二期連續(xù)擴(kuò)建相同規(guī)模機(jī)組后 4x150MW 機(jī)組同時(shí)安全運(yùn)行的需要，經(jīng)優(yōu)化 的平臺(tái)高度 32m， 2 臺(tái)機(jī)組平臺(tái)平面尺寸長(zhǎng) 寬=。為了防止熱風(fēng)再回流，在空冷平臺(tái)的周圍設(shè)有擋風(fēng)墻，高度從平臺(tái)到蒸汽分配管頂部?？绽淦脚_(tái)下布置主變壓器和廠用變壓器，軸流風(fēng)機(jī)配電間等設(shè)施。 本期工程兩臺(tái)機(jī)組設(shè)兩個(gè)至平臺(tái)的步梯，不設(shè)置電梯。 (2) 空冷凝汽器 根據(jù)目前管束的應(yīng)用情況優(yōu)先考慮使用單排管和三排管。因三排管只有 SPX 獨(dú)家生產(chǎn)，本階段暫按單排管設(shè)計(jì) ,采用單排管空冷凝汽器散 24 熱翅片管束元件參數(shù)為： 基管 (扁平管 )橫截面尺寸 219mm19mm，管壁厚 ； 翅片管外形尺寸 219mm57mm，翅片厚度 ，翅片間距。 基管為碳鋼外包鋁層復(fù)合管，翅片為鋁翅片，釬焊在基管上，無(wú)需熱浸鍍鋅。 (3) 風(fēng)機(jī) 空冷凝汽器每個(gè)基本散熱單元配置一臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)，每臺(tái)機(jī)組共配置16臺(tái)風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)參數(shù)為： 表 4－ 5 風(fēng)機(jī)的性能參數(shù) 項(xiàng) 目 順流凝汽器 逆流凝汽器 風(fēng)機(jī)直徑 (m) 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速 變頻調(diào)速 變頻調(diào)速 迎面風(fēng)速 (m/s) ～ ～ 空氣流量 (m3/s) ～ 513 ～ 513 風(fēng)機(jī)工作全壓 (Pa) ～ 110 ～ 112 風(fēng)機(jī)電機(jī)額定功率 (kW) 132 132 風(fēng)機(jī)電機(jī)電壓 (V) 380 380 風(fēng)機(jī)電機(jī)防護(hù)等級(jí) IP55 IP55 齒輪減速箱數(shù)量 12 4 風(fēng)機(jī)數(shù)量 (臺(tái) ) 12 4 (4) 空冷凝汽器表面沖洗設(shè)備 每年至少應(yīng)沖洗空冷凝汽器外表面 1~2次，將沉積在空冷凝汽器翅片間的灰、泥垢清洗干凈，保持空冷凝汽器良好的散熱性能。本次設(shè)計(jì)考慮采用高壓水沖洗，每臺(tái)機(jī)組配一套移動(dòng)沖洗裝置，一臺(tái)移動(dòng)式?jīng)_洗水泵，沖洗壓力為 ，沖洗水量為 20m3/h。 25 空冷凝汽器系統(tǒng)總體布置 空冷凝汽器系統(tǒng)總體布置在主廠房 “A”列 外且 平行于 “A”列。 根據(jù)本期工程場(chǎng)地布置條件 ， 主廠房和空冷平臺(tái)朝向確定面向西 ， 即 W方向。 直接空冷系統(tǒng)總體布置主要考慮自然風(fēng)對(duì)空冷凝汽器散熱的影響，即熱回流問題。熱回流對(duì)系統(tǒng)的影響程度主要與所在區(qū)域內(nèi)的地形地貌、周圍建構(gòu)筑物和外界大風(fēng)有關(guān)。按照國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)研究成果和設(shè)計(jì)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，確定空冷系統(tǒng)總體布置的原則是把空冷平臺(tái)下主要進(jìn)風(fēng)側(cè)作為夏季或全年的主導(dǎo)風(fēng)向的迎風(fēng)面，同時(shí)考慮鍋爐房后來(lái)風(fēng)的風(fēng)速、風(fēng)頻應(yīng)較小。其他風(fēng)向風(fēng)的影響應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析其影響程度，最大限度考慮防范措施。 根據(jù)阜康氣象站氣象資料中的風(fēng)玫瑰圖可以看出， 全年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)閃，夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)?SW，冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)?W，從夏季出現(xiàn)大風(fēng)的風(fēng)向、風(fēng)頻來(lái)看 SW方向最多，本工程空冷平臺(tái)迎風(fēng)面正對(duì)全年主導(dǎo)風(fēng)向，與夏季主導(dǎo)風(fēng)向有約 45176。夾角，總體上講，空冷系統(tǒng)總體布置有利于熱擴(kuò)散的。 直接空冷系統(tǒng)主要問題解決措施 直接空冷系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)已投運(yùn)了許多單臺(tái) 150MW 及其以上容量燃煤空冷機(jī)組，下面針對(duì)本工程對(duì)直接空冷系統(tǒng)的一些主要問題解決措施加以說(shuō)明。 直接空冷系統(tǒng)防凍措施 從氣象資料可以看出，廠址冬季寒冷而漫長(zhǎng)， 0℃ 以下氣溫全年約2855小時(shí)，占全年總小時(shí)數(shù)約 32%，多年極端最低氣溫達(dá)－ 37℃ ，因此機(jī)組防凍問題非常突出，是本工程需要高度重視的問題。 26 采用防凍性能相對(duì)較優(yōu)的單排管空冷凝汽器。采用大直徑的基管，管內(nèi)蒸汽通流面積增大，有利于汽液的分離和防凍。 直接空冷凝汽器采用適當(dāng)?shù)捻樐媪鞅壤渲?，在氣候變化和低?fù)荷工況下，能有效地防止蒸汽過冷卻以及凝結(jié)水結(jié)冰，避免空冷凝汽器損壞。運(yùn)行方式為大部分蒸汽在順流式管束內(nèi)由上而下凝結(jié)冷卻，冷凝水由上而下至管束下部的集水箱內(nèi)，少部分蒸汽在逆流式凝器汽管束內(nèi)蒸汽由下而上、凝結(jié)水由上而下逆流運(yùn)行。在 逆流管束上部仍存在不凝氣體，為防止氣溫過低時(shí)形成冰霜，在逆流管束上部設(shè)排汽管，用真空泵將不凝汽體抽出系統(tǒng)外。本工程根據(jù)廠址氣象條件和機(jī)組特性條件，經(jīng)防凍熱力計(jì)算，每臺(tái) 150MW 機(jī)組配 128 個(gè)順流管束、 32 個(gè)逆流管束，順流和逆流的面積比為 4:1。 軸流風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)采用調(diào)速電機(jī)，通過程序分組控制風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)空冷凝汽器的進(jìn)風(fēng)量；在環(huán)境溫度低于某設(shè)定值時(shí)，逆流冷卻單元的風(fēng)機(jī)間斷反轉(zhuǎn)，吸入空冷系統(tǒng)散出的熱量，是防凍的有效措施。 空冷凝汽器分單元組，本次設(shè)計(jì)根據(jù)空冷系統(tǒng)和主廠房布置優(yōu)化的結(jié) 果，將每臺(tái) 150MW機(jī)組所配的 16個(gè)冷卻單元，分為 4組，為靈活運(yùn)行必要時(shí)在排汽管道支管上設(shè)置隔斷閥門，當(dāng)冬季汽輪機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行或啟動(dòng)時(shí)，切斷某列空冷凝汽器散熱單元的閥門，將熱量集中在剩余的散熱段中，增加熱負(fù)荷，達(dá)到防凍目的。 設(shè)置擋風(fēng)墻，防止冬季外界自然風(fēng)直接吹向散熱器，引起兩側(cè)凝結(jié)水溫相差較大。 機(jī)組冬季起動(dòng)時(shí)，旁路打開使蒸汽直接進(jìn)入空氣冷凝器，旁路的容量經(jīng)比選及防凍計(jì)算后合理確定。必要時(shí)，還需限制冬季起動(dòng)的大氣溫度，如在 25℃ 或 3