直接空冷和间接空冷方案在某电厂空冷选型中的技术经济比较

第42卷第8期鼻束電力Vol 42 No. 82014年8月East China Electric Power2014直接空冷和间接空冷方案在某电厂空冷选型中的技术经济比较刁利,李光,吴思竹(1.国核电力规划设计研究院,北京100095;2北京朗新明环保科技有限公司,北京100039)摘要:主机排汽冷却系统是火力发电厂较为重要的系统之一,可釆用空冷系统或湿式冷却系统。针对空冷系统,对目前国内较为首选的机械通风直接空冷系统和表面式间接空冷系统原理进行简要介绍,并就这两种空冷方案在某电厂空冷选型中进行技术经济比较分析,供以后实际工程中空冷方案选型做参考。关键词:排汽冷却系统;机械通风直接空冷;表面式间接空冷;技术经济分析作者简介:刁利(1979),女,硕士,工程师研究方向为电力工程造价及经济评价。中图分类号:TK28文献标志码:A文章编号: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主机排汽冷却系统是火力发电厂较为重要的1直接空冷与间接空冷系统之一,可采用空冷系统或湿式冷却系统。空冷系统又称为干式冷却系统,它与常规的湿式冷1.1机械通风直接空冷系统(ACC)却系统的主要区别是汽轮机排汽(直接冷却)或该系统是指汽轮机的排汽直接用空气来冷凝汽器换热后的循环冷却水(间接冷却)通过散凝,空气与蒸汽间进行一次热交换,其工艺流程为热器与空气进行热交换,避免了循环冷却水在湿汽轮机排汽通过粗大的排汽管道至室外的空冷凝冷塔中直接与空气接触所引起的蒸发风吹及排汽器内轴流冷却风机使空气流过冷却器外表面,污损失,大大节约用水,保护水资源及电厂的周边将排汽冷凝成水,凝结水再经泵送回锅炉。其原环境,是“富煤贫水”地区发电厂主机排汽冷却方则性汽水系统图如图1所示。式的首选。12表面式间接空冷系统(ISC)本文就目前应用于600MW及以上等级机该系统是指汽轮机排汽以水为中间介质,将组的较为首选的机械通风直接空冷系统和表面排汽与空气之间的热交换分2次进行:一次为蒸式间接空冷系统原理进行简要介绍,并就这两汽与冷却水之间在表面式凝汽器中换热;一次为种空冷方案在某电厂空冷选型中进行技术经济冷却水和空气在空冷散热器内换热。系统流程比较分析,供以后实际工程中空冷方案选型做为汽机排汽进入凝汽器,由凝汽器管束内的冷却参考。水进行表面换热,凝汽器循环水排水由循环水泵升压至空冷塔内的空冷散热器,空冷塔冷却水出刁利,等直接空冷和间接空冷方案在某电厂空冷选型中的技术经济比较17132.2.1方案一:直接空冷方案配置发电机凝汽器直接空冷方案采用主机直冷+小机间冷,即过热器汽轮机机组主机排汽采用直接空冷,小机设置单独凝汽器,排汽采用2机1塔表凝式间冷系统,系统配置如表保护(除氧器2、表3所示。凝结水泵表2主机直冷系统配置给水泵O序号项1迎面风速/ms2.2精处理装置高压加热器低压加热器2单台机组散热面积m2220.6×1043单台机组冷却单元/个80图1直接空冷机组原则性汽水系统图每台机布置10列,每列8水再回到汽机房凝汽器内作闭式循环。该系统根4布置方式个单元(顺流单元6个:逆流单元2个)据空冷散热器材质和布置不同分为塔内水平布置5单台机组管束数量/片800表面式间冷和塔外垂直布置表面式间冷。塔内水6单台机组风机数量/台80平布置表面式间冷系统指冷却散热器水平布置在7风机直径/m9.754空冷塔内,散热器材质为钢制散热器。塔外垂直风机电机功率/kW132布置表面式间接系统指冷却散热器垂直布置在空表3小机间冷系统配置冷塔进风口外侧,散热器可为铝质散热器,也可为序号项目参数设计背压/kPa钢质散热器。,对于600MW及以上机组而言,若采用塔内水平布置表面式间冷系统,冷却塔零米直2凝汽器型式材质及面积/表面式凝汽器,TP04不锈钢管,25003空冷散热器型式FORGO T60型径偏大,投资较高机组停运后需要充氮保护,系统4两台机冷却三角个数/个120相对复杂,故不推荐用于大机组。塔外垂直布置表5冷却三角高度/m6冷却三角形式及布置形式塔外立式布置面式间接系统的原则性汽水系统图如图2所示。两台机组散热器冷却面积/m269.12×1048冷却塔底部直径过热器发电机汽轮机③自然通9冷却塔高度/m冷却塔10冷却塔进风口高度/17.511出口直径/mC除氧器表面12两台机循环水泵台数/台3给水泵⊙13循环水泵类型卧式离心双吸泵高压加热器低压加热器2.2.2方案二:间接空冷方案配置围处理装置上凝结水泵间接空冷方案配置采用主机+小机间冷,即图2表面式间接空冷机组原理性汽水系统图小机不设置单独的凝汽器,直接通过排汽管道进2直接空冷和间接空冷方案在某电厂空人主机凝汽器,和主机排汽一起釆用1机1塔表冷选型中的技术经济比较凝式间接空冷系统,系统配置如表4所示表41机1塔表凝式间接空冷系统配置2.1某电厂空冷方案的设计基础数据序号相关参数某电厂位于新疆哈密地区,本期工程拟建设凝汽器型式、材质及面积表面式凝汽器,TP04不锈钢管,600002×1000MW超超临界燃煤空冷发电机组,同步2空冷散热器型式FORGO T60型建设烟气脱硫、脱硝装置,并留有扩建条件。厂址3单台机冷却三角个数/个2404冷却三角高度/m地属温带极干旱气候,常年少雨。该电厂空冷方5冷却三角形式及布置形式塔外立式布置案的设计基础数据见表1。6单台机组散热器冷却面积/m表1空冷方案设计基础数据表7冷却塔底部直径/m190.30设计满发自然设计汽轮机排汽参数(TMCR)8冷却塔高度/m199.35气温/℃气温/℃风速/ms-1直接空冷/kPa间接空冷/kPa9冷却塔进风口高度10出口直径/m103.8811两台机循环水泵台数/台82.2空冷方案的配置12循环水泵类型卧式离心双吸泵1714鼻束電力2014,42(8)2.3直接空冷方案与间接空冷方案的技术经济两种方案的经济性比较采用年总费用最小法比较进行比较,即将每一方案的初投资分摊到年,分摊2.3.1技术比较率考虑工程的经济服务年限和投资利润率,加上首先,对两种空冷方案进行技术比较,如表5各方案每年的修理费用及运行费用,得到该方案所示。的年总费用,取年总费用最小的方案作为经济性2.3.2经济性比较最优方案。表5直接空冷与间接空冷方案的技术比较序号比较项目直接空冷系统表面式间接空冷系统两次换热,冷却效率相对较低。一次换热,冷却效率高。汽轮机乏汽首先通过凝汽器与循环水进行表面散热散热效率汽轮机乏汽通过散热器直接与空气进行表面散热。被加热的循环水进入散热器与空气进行表面散热。ITD值大凝汽器端差大。ITD值小必要。因空冷器冷却表面十分庞大,水系统中不可避只考虑设置除铁装置。因用除盐水代替循环水作为2凝结水精处理免的存在大量铁的腐蚀产物,加之空气漏入的可能性冷却水,故在凝汽器泄露时不会造成冷却水污染凝结大,水中可能溶入CO2等溶解杂质。实际运行要注水的问题,但系统中也会不可避免有铁的腐蚀产物产意水质控制。生。实际运行水质较易控制。两个相变过程(汽-水-冰);管束基管截面积大,抗一个相变过程(水-冰);管束基管截面积小,抗冻性3系统防冻冻性能强;系统防冻手段多,可通过控制风机转速和差;系统防冻手段比较单一,依靠百叶窗的开启度来开启台数、关断部分配汽管等多种方式灵活解决防冻调节进风量或切断部分冷却单元进行防冻,控制比较可题,易控制;防冻效果好。繁琐;凝汽器端差大;防冻效果差。占地面积小。凝汽器和散热器合二为一,布置在A占地面积较直冷大。每台机组设置1座空冷塔,空冷占地面积列外高架的空冷凝汽器平台上,并且平台下面可以布塔底部直径190.30m,两座空冷塔之间留有一定的间置变压器、出线架构等设施节省了占地。距(空冷塔直径的一半以上)。5运行维护系统运行简单,易操作;设备成熟;转动设备较多,维系统相对复杂,运行水平要求较高;百叶窗、阀门质量护工作量较大。要求较高且维护工作量大。6过冷度及端差冬季低温运行过冷度大,在6-9℃春秋、夏季运行端差一般在2.8-3.5℃,冬季运行端差在4℃,端差较大7环境条件影响受环境风影响大,影响进风排风条件,不利风向会出受环境风的影响相对较小环境风对冷却塔进、出风阻现大幅热回流,高温时影响机组安全力有影响。基本不存在热风回流问题8总平面布置主厂房的布置方位受风向的影响比较大主厂房的布置方位不受风向的影风机群会产生一定的噪声污染,须满足环保的要求。基本无噪声污染。虽然循环水泵等转动设备会产生9噪声污染可采用选用低噪音低转速风机、设置虚拟厂界等措施噪音,但因布置在室内,按常规标准即能满足噪声标来解决。真空系统真空容积庞大对焊接施工要求高。严密性不易保真空容积小,严密性易保证系统耗电风机数量多,系统耗电相对较高。系统完全处于密闭状态,循环水泵扬程低,能耗少,厂用电率较小。容易清洗。散热器布置在50m高的平台上,沉积在比较容易清洗。散热器在塔外从距地面2.0m高度清洗系统散热器表面的脏污主要来自空气中的粉尘和少量飞垂直布置脏污来源除了空气分成和少量飞扬絮状扬絮状物,根据空气质量和季节情况一般3~6月冲物,还会截留少量地面杂质,脏污影响程度较大,需根据空气质量和环境条件决定冲洗次数。空冷凝汽器可以是国外技术国内制造,可以完全国产,且价格基本持平;风机可以国产,也可以进口品牌13设备制造及供货国内生产;齿轮箱需采用著名进口品牌产品;其它如空冷凝汽器可以是国外技术国内制造,可以完全国电动机变频器、真空隔绝阀等可以进口也可以国产产,且价格基本持平;供货均不存在问题或进口品牌,但有一定性价差距;供货均不存在问题4施工难度及工期空冷凝汽器及其平台均可在工厂制造,现场组装,故冷却塔体髙大,混凝土施工量大,施工难度大,建设周整个空冷岛的施工简单,施工周期较间接空冷短。期长业绩相对较少。已有运行业绩的电厂,如山西阳城215工程应用业绩目前国内600MW及以上等级的在建和投产空冷机×600MW空冷机组、宁夏水洞沟2×600MW空冷机组大多数采用这种系统组等刁利,等直接空冷和间接空冷方案在某电厂空冷选型中的技术经济比较1715(1)年固定费用及修理费比较表9空冷方案年运行煤耗费用比较表直接空冷与间接空冷方案的初投资,见表6。序号项目方案1方案表6空冷方案初投资比较表万元主机直冷+小机间冷主机+小机间冷1背压/kPa序号项目方案方案2主机直冷+小机间冷主机+小机间冷发电标煤耗/(kWh)-/8建筑工程费174162设备购置费47988491723标煤价/元·吨3安装工程费10009278机组容量/MW73384其他费用(征地)机组台数/台6年运行小时数/h50005000合计74935年运行煤耗费注1:征地单价按4万元/亩计算用/万元550994709年固定费用,考虑初投资是有回报的,按投资(4)年运行总费用比较回收率为10%考虑,将初始投资分摊到年。直接空冷与间接空冷方案的年运行总费用比计算空冷方案年固定费用及修理费比较表,较,详见表10。见表7。表7空冷方案年固定费用及修理费比较表1)表10空冷方案运行总费用比较表万元方案1方案2序号项目方案1方案2序号项目主机直冷+小机间冷主机+小机间冷主机直冷+小机间冷主机+小机间冷年固定费用94581初始投资/万元74935805202年修理费用187320l32年固定费用/万元88023年运行电耗费用88217993修理费率/%4年运行煤耗费用547094年修理费/万元18735年运行总费用67979注:1)经济服务年限取20年6年运行总费用差2)投资回收率取10%。(2)年运行电耗费用比较由空冷方案运行总费用比较表,可知,按年运直接空冷与间接空冷方案的年运行电耗费用行总费用最小为优的原则,方案1主机直冷+小比较,见表8。机间冷的经济性优于方案2主机+小机间冷。表8空冷方案年运行电耗费用比较表(5)临界煤价序号项目方案方案2临界煤价是指:在某标煤价时,方案1主机直主机直冷+小机间冷主机+小机间冷冷+小机间冷与方案2主机+小机间冷的年总费循环水泵台数用基本相当。通过测试,当标煤价达到356.83循环水泵单台轴元/t时,二者的年总费用是相等的,即两个方案功率/kWl743的临界煤价是356.83元/'t,只有当标煤价超过3直冷风机台数356.83元t时,方案2主机+小机间冷的经济性优势才会体现出来。直冷风机单台轴功率/kW3结语5小机间冷循环水泵台数/台从工程应用和技术上讲,机械通风直接空冷小机间冷循环水6泵单台轴功率系统(ACC)和表面式间接空冷系统(ISC)都是可行的,但直接空冷具有初投资小运行方案灵活、上网电价/元0.258运行业绩及经验丰富、占地少利于下期扩建等优(kWh)0.2588年运行小时数/h50005000势;从经济比较上看,直接空冷系统的初投资比间9年运行电耗费l882l799接空冷低,且根据目前的市场价格水平,直接空冷用/万元因国产化程度高设备费在直线下降造价会降低,(3)年运行煤耗费用比较间接空冷因空冷塔土建部分造价(钢筋、水泥、人直接空冷与间接空冷方案的年运行煤耗费用费)的逐年上升造价会上升,二者之间的初投比较,详见表9资差会加大;煤价上涨会增加直接空冷与间接空第42卷第8期束電力Vol 42 No 82014年8月East China Electric PowerAug.2014ACC技术在垃圾焚烧发电项目的应用分析张健(上海浦东环保发展有限公司,上海200127)摘要:自动燃烧控制(ACC)系统是垃圾焚烧炉的重要系统与核心技术。ACC的合理设计是垃圾焚烧发电项目能否正常稳定运行与安全排放的关键。通过对上海黎明资源项目ACC系统的技术分析,阐述了日立造船垃圾焚烧炉自动燃烧控制技术的控制目标、控制方法与基本原理。关键词:垃圾焚烧炉;机械炉排炉;自动燃烧控制作者简介:张健(1972),工程师,从事城市垃圾焚烧发电技术管理工作中图分类号:TM61文献标志码B文章编号: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切刀炉排、较高的一次风温、合理的前后拱炉墙等1垃圾焚炉技术应用现状技术有利于燃烧以外,所采用的( Automatic Com垃圾焚烧炉主要分为炉排炉、流化床、回转窑Istion Control,简称ACC)自动燃烧控制系统不等形式。机械式炉排炉的应用占全世界垃圾焚烧仅具有很高的可靠性和稳定性,投运率可达到市场总量的80%以上。机械式炉排炉是我国垃100%,其控制原理也较适应热值波动大的垃圾,圾焚烧的主流炉型。能保障燃烧充分稳定,烟气排放各项指标可控。在已投产的项目中,以马丁炉为代表的引进图1为ACC在焚烧炉内的控制过程。型逆推式炉排,因垃圾翻滚充分、鼓风合理,一直ACC自动燃烧控制系统的主要作用是为了在业内被认定为较适合我国低热值、高含水率的控制垃圾焚烧炉的燃烧工况。通过该系统的正常生活垃圾。投用,垃圾处理量、炉内温度、蒸发量等可处于稳采用顺推炉型的日立造船技术,近年来在成定而合理的区间内。都、厦门等地成功建设运营。该炉型的吨垃圾发日立造船ACC系统主要包括:锅炉蒸发量电量基本保持在350~450kWh左右。控制、垃圾料层厚度控制、垃圾燃烧位置控制、热日立造船垃圾焚烧技术除了落差式炉排、截灼减率控制、炉内温度控制850℃2s控制、烟气传佟佟佟四佟佟四;佟佟阝佟经佟佟;促佟佟冷的年煤耗费用,缩小二者之间的年总费用差,根内直接空冷具有加大的经济优势。故本工程推荐据煤价临界点分析,在标煤价上涨到356.83元/采用方案1主机直冷+小机间冷。t,间接空冷才具有经济性,目前本工程所在地的收稿日期:20140549标煤价是195元/t,可见,在煤价加大的上涨空间本文编辑:郑文彬