1000MW发电机组循环水系统优化设计分析

电力建设建材与装饰2015年9月1000MW发电机组循环水系统优化设计分析王志广(福建永福工程顾问有限公司)摘要:循环水系统是保证电厂 能够安全经济运行的一个重要辅机系统，本专题报告依托长乐电厂工程对循环水直流供水系统的冷却倍率.凝汽器面积、循环水管配置方案,采用对各个可变参数的不同组合，通过水力、热力和经济计算,进行多方案的综合比较和优化计算,并针对近些年来凝汽器综合造价及标煤价变化对优化计算影响进行敏感性分析,以选取满足技术、经济条件的合理的综合方案,确定系统内主要设备、建(构)筑物的合理配置。关键词:系统优化;凝汽器面积;背压;冷却倍率;年费用中图分类号:TM621文献标识码:A文章编号:1673-0038(2015 )39-0242-021概述表1多年逐月平均、最高、最低水温表(单位:C)目前作为洁净煤发电技术之一的超超临界技术是国际上成月份12T3456789101112多年平均熟、先进的发电技术,在机组的可靠性、可用率、热机动性、机组最高17.5 17.1 20.2|23.7 27.628.631.6 | 31.4 30.628.925.322.5 31.6最低7.5 6.8 8.5 10.7 17.019.9 21.9 23.4 23.19.3)14.310.06.8寿命等方面已经可以和超临界、亚临界机组媲美，并有了较多的平均|13.0 11.8 13.1|16.7 20.923.025.726.326.423.619.915.8._ 19.7国际商业运行经验。本文结合福州长乐电厂4x1000MW机组工程可研设计工(1)本期21000MW机组为超超临界燃煤机组，采用超超临作，通过研究1000MW级发电技术特点,进一步 优化1000MW级界、双背压、单轴、四缸四排汽、中间再热凝汽式式汽轮机。机组布置方案和系统设置,在满足安全运行等条件下,尽一切|(2)单台机组循环水系统额定工况凝汽量为1679/h,设计背压B,=0.0049MPa,机组出力1000MW:校核工况凝汽量为1759th,可能降低工程造价，提高项目经济效益。校核背压P=0.0091MPa。1.1工程概况2.3凝汽器资料1.1.1建设(设计)规模本工程厂址位于长乐市最南端的松下港区范围，北距长乐市根据工程实际条件及对国内已建的百万机组凝汽器相关配约35km,距福州约70km,南距福清市约33km。远期规划容量为置的调研,本工程凝汽器拟采用双背压、单流程、表面式、钛管凝4x1000MW超超临界燃煤发电机组,并留有扩建条件。本期工程.汽器,本次优化计算按此进行。建设2x1000MW超超临界机组,同步建设尾部烟气脱硫、脱硝装本设计凝汽器冷却水管外径x壁厚=φ25x0.5mm,脏污系数取.85。置,全厂一次规划分期建设。3循环水系统优化1.1.2循环水供水系统概述本期工程循环水系统采用单元制直流供水系统,其系统流程| 3.1 参选方案的各项技术经济参数概况如下:循环水取水采用挖入式明渠从码头港池后方深水水3.1.1基本技术经济参数域取水，通过引水明渠将海水引至汽机房前沿循泵房前池，经拦计算各参选方案采取的基本技术经济参数见表2。污栅、旋转滤网进入泵房吸水池,每台机组经循环水泵升压后，表2名称规格/参数_规格/参数通过循环水压力管输送至主厂房，再经凝汽器及排水管进入虹机组年运行小时数5000凝汽器综合造价 2000 元/m2吸井,然后通过自流至排水沟排入排水连接井,最后排入厂址海工程经济使用年限n20a年固定费用率sn11.758域投资回收率:10%发电单位成本Gx I 0.396元kW.h1.1.3循环水供水系统优化概述循环水泵、电机综合效率0.86大修理费率2.5 各根据工程条件电厂循环水采用海水直流供水,本文结合厂址循环水管综合单价(钢管)34800元/m (DN3600) ;39400元/m (DN3800)的水文气象及供水条件，对循环水系统的冷却倍率、凝汽器面| 3.1.2 冷却倍率参数积、循环水管配置方案,采用对各个可变参数的不同组合,通过本计算对循环水泵运行工况按一-年三季(春秋季、夏季、冬水力、热力和经济计算,进行多方案的综合比较和优化计算,并|季) 变倍率运行方式进行比较分析，即采用62/46.5/24.8.648/针对凝汽器综合造价及标煤价变化对优化计算影响进行敏感性25.6、66/49.5/26.4三种倍率，夏季为- -台机组配三台循环水泵，分析,以选取满足技术、经济条件的合理的综合方案，确定系统|春 秋季为一台机组配二台循泵，冬季为一台机组配一台循泵，根内主要设备、建(构)筑物的合理配置。据热力计算成果进行经济比较计算。2基础资料及设备参数3.2系统水力计算本工程的优化计算根据以下各项基础资料进行: .根据厂区总布置情况及系统布置方式，选取循环水管径2.1取水海域自然水温(见表1)DN3600和DN中国煤化工系统阻力计算公式2.2汽轮机参数如下:YHCNMH G.242.2015年9月建材目装饰电力建设局部阻力: Oh=ξv2/2g沿程阻力损失: Oh=ixL果。3.3设计方案组合表3年费用表(1) 凝汽器方案:冷凝面积为FF =51000m2、52000m2、53000m2凝汽器面循环水管冷却倍率年费用(万.积(m)管径(mm)夏季春秋李冬季.共三组。5300038005448 25.6 299.41(2)冷却倍率方案:全年分春秋季、夏季、冬季三季运行方式, .200048工25.6 300.80共有62/46.5/24.8、64/48/25.6.66/49.5/26.4三种倍率。5300360044{25.6 3001.07(3)循环水管(干管)方案:DN3600、DN3800共2组。4825.63002.553.4参选方案约束限制条件5100056496.43003.32(1)在夏季最热三个月P=10号日平均水温28.5C' (象条件下，注:表3只列出排序较靠前的s组数据，按组合排列共有18组数据。加上一定的回水温升后(t=29.7C)的运行背压应能满足小于机组3.5.3优化计算结果分析从年费用表中的年费用值可看出,对于各方案组合,冷却倍满发的最高允许背压9.1kPa要求。率为64/48/25.6、 年费用均较低，排序较靠前;凝汽器面积(2)凝汽器端差8t不小于2.8C,小于2.8C时取2.8C。53000m、循环水管DN3800、冷却倍率64825.6的组合年费用3.5 优化计算及结果分析比较最低，凝汽器面积52000m?、循环水管DN3800、冷却倍率64/48/3.5.1优化计算方法方案经济分析比较采用年费用最小法(动态)，即将建设项目25.6的组合年费用为其次。由于本优化计算中未考虑因凝汽器多种可能实施的方案,以每一方案的- -次投资， 与此方案实施后占地面积因素引起的投资差异，鉴于在年费用排序第二位的组在预测到的经济服务年限内逐年支付的运行费用，按动态经济合方案与排在首位的组合方案年费用相差不大(仅相差1.48万规律将投资与运行费用均换算到指定年(投产年)，再在经济服.元),为节省工程初期投资费用,本阶段推荐采用年费用排第二二务年限内等额均摊,最终比较各方案的年均摊值,取年最小费用的组合方案。较优的方案作为选择方案。计算结果中年费用不是实际的年费敏感性分析上述优化计算是在凝汽器综合造价为2000元/m?、发电单位用值,而是各方案比较的相对值。本文所采用的年费用最小法之年费用的计算公式为:成本为0.396元/kW.h条件下进行的，由于以上参数不同，对年费用排序也会有所不同,近些年来，由于金属钛材(凝汽器主要NF=Rx(AFCR)+U式中:NE使用期内等额年费用(拉平到经济使用年限n结构材料)及煤碳价格快速增长，针对目前市场的变化情况,本工程对采用不同凝汽器综合造价及发电单位成本进行敏感性分年内);析，得出以下结果: .-总工程投资现值;在其它各参数不变的情况下，随着凝汽器综合造价的提高，u一-年运行费用:其相对应的凝汽器面积相对较小、冷却倍率相对大时的方案经AFCR-年固定分摊率, 其值等于CR+MR;济性较优;若发电单位成本越高(即标准煤价越高),则其凝汽器CR一资 金回收系数: CR=i(1+)/(1+i)"-1|;面积较大者经济技术为优。MR一大修费率， 取2.5%;-投资回收率，取10号;5推荐方案的确定n- 经济使用年限,取20a。根据对上述的循环水系统优化计算结果及综合比较,考虑今3.5.2年费用计算后凝汽器材料价格的上涨和发电成本增加的可能性，本工程经年费用的计算包括年固定费用及年运行费用。其中,年固定多种方案比较后本阶段推荐采用循环供水系统配置为:费用为参加优化的所有项目的总投资减去工程残值乘以年固定循环水管:DN3800;凝汽器冷却面积: 52000m2;冷却倍率:费用率的值，年运行费用为循环水泵年运行电费与年微增电费、| m=64 倍:冷却管根数:55000根:冷却管规格:中25x0.5 (mm)。大修理费的和。(1)各方案汽轮机背压限制条件校核参考文献优化得出的参数应按汽机校核工况(凝汽量D,=1759/h)在(1](电力工程水务手 册》中国电力出版社.夏季最炎热三个月P=10号的日平均水温为28.59C加 上按电厂温[2]《火力发电厂水工设计规范》(DL/T5339-2006)中国计划出版社, 2006.排水造成的海水增温1.2C,对不同循环水冷却倍率、凝汽器端3(C业循环水冷却设计规范) (GBT50102 -0中国计划出版2003.差、汽机背压进行校核计算，以保证机组在该工况和组合下能满收稿日期:2015-9-6发(P<0.0091MPa)。考虑一定裕度后(t=29.79C),各种组合方案的背压值均小于0.0091MPa, 即均满足汽轮机背压限制条件。(2) 年费用计算结果按上述原始数据和拟定的计算方案及其技术参数进行计算,对符合所有技术条件及约束条件的计算结果经整理进行了列表。表3列出了各组合方案运行年费用优劣顺序排列的计算结中国煤化工MHCNMH G●243.