燃机单循环电厂循环水冷却方式的选择

第30卷第3期电力建设Vol. 30 No. 32009年3月Electric Power ConstructionMar. 2009.67●燃机单循环电厂循环水冷却方式的选择李欣(中南电力设计院,武汉市,3001)[摘要]文章介绍了燃机单循环电厂循环冷却水温对机组出力的影响,结合尼日利亚某燃机工程实例,对机城通风冷却塔、闭式冷却塔、海勒型辅助冷却器3种循环冷却水系统方案进行了技术经济性分析,并说明了各系统的适用环境条件。[关键词]燃机;循环水 ;机械通风冷却塔;闭式冷却塔;海勒型辅助冷却器中图分类号: TM621文献标志码: B文章编号: 1000-7229 (2009) 03-0067-031工程概况 :表1发电机损耗随大气温度的变化大气温度/C尼日利亚某工程拟新建8台PG6581B单循环燃项目气轮机,单台机组容量为42 MW,水源为地表水。厂冷却水115 20 2530 35 40址所在地分雨季和旱季，旱季基本不降雨,电厂水源510152025 30 35温度/C可能断流，地质勘测已排除补给水采用地下水的方机组出434241 39.8 38.8 37.6案。根据水源情况.电厂拟采用雨季时直接从河道取力/MW水,向蓄水池贮水;旱季从蓄水池取水的供水方式。发电机953 926.86 90092 879.47 851.65 828.23 798.69损耗/kW气象条件:当地属于高温、高湿度地区,平均最高气温35.59C，平均气温25.7C,平均相对湿度46r74%。以1999-2003年实测资料统计得最热季(2.3、24月)频率P-10%的日平均湿球温度为26.3 C,干球温度为30.9 C,相对湿度为70%。10f8+2机组参 数及冷却水温的确定36510152025303540该工程合同要求的机组整体性能为:在ISO工冷却水进水温度rc况下，大气温度为15C,8台燃气轮机每台出力为图1发电机输 出功率与冷却器进水温度关系示意圈42.10 MW,总出力336.8 MW。低于33 C,可保证组出力为37~38 MW。当冷却水发电机性能保证为:(1)大气温度为15 C,大气温超过33C,运行工况滑出曲线外,发电机降负荷压力为1.013x10 Pa,相对湿度60%;(2)压气机进运行。如果水温长期超过33 C将制约发电机出力,口法兰前进气压损为989.8Pa,透平排气法兰后压使得发电机的出力与燃机的出力不能够很好地匹损为622.3 Pa,机组处于全新状态,使用的燃料符合配,不能满足机组的发电要求。水温50 C是机组连GE公司规范。机组在ISO工况下,发电机输出功率续运行的极限温度,如果水温超过极限温度,润滑油的保证值为41.5 MW。当环境温度及冷却水温发生温会过高,有可能导致机组跳机。变化时,发电机损耗的变化如表1:因此,冷却水温的设计原则为:冷却水温设计值不同冷却水温条件下，发电机输出功率的变化应使发电机在大部分环境条件下的输出功率在“发如图1(电机功率因数cosφ=0.8)。由图1,在ISO工电机输出功率与冷却器进水温度曲线”上所示的功况下,环境温度为15C,冷却水温应低于10,可率范围内运行,并保证机组不跳机。冷却设计温度为保证机组出力为42.1MW。环境温度升高,冷却水温33 C,极限温度为50 C。收稿日期: 2008 09-19作者简介:李欣(1976-),女,硕土,工程师，主要从事发电厂供水设计工作。.68.电力建设第30卷到冷却塔进出水温、空气流量以及起喷点等因素的3循环水 供水系统方案选择影响,存在优化设计的问题。起喷点温度的设定对辅3.1 方案1助冷却器选型有直接影响，关系到设备冷却面积的循环水系统采用闭式+开式系统,设置2x100%大小。起喷点温度设定高,设备耗水量小,但会引起水-水热交换器与闭冷循环水泵(闭式)和3x50%循设备冷却面积的增加。玲却器在起喷温度以下运行,环水泵与机械通风冷却塔(开式)。冷却水量:每台燃耗水量为0;在起喷温度以上运行，消耗喷水蒸发机的闭式冷却水量为295 m/h,水-水热交换器采用量。表4为不同设计工况下冷却塔的选型参数。管式结构,开式冷却水量为闭式的1.2倍,全厂开式4不同设计工况下设计选型参数循环冷却水总量为2 832 m/h。最热季(2、3、4月)频参数名称工况1工况2工祝3率为10%的气象条件下,冷却塔选型参数如表2。总处理水量(m2-ht) 2 3602 360表2冷却塔选型参数冷却塔单元数/台26(无备用) 32 台(无备用) 48 台(无备用)进塔水温/C参数值出塔水温心348总处理水量/(m2-h*)冷却塔占地/m66x1450x4080x40单塔处理水量/(m2=h1)1 500单台风机功率/kW30/10设备总价格/万元.1 170I 6002 400进塔水温心40出塔水温/心工况1:设计气温为41 C,起喷温度设定为3033x11 .C。在环境温度为41C时,每台冷却器的喷水量为单台风机功事/Wss耗水量/(m'-h2+)7020~30th，总喷水量为520~780th,蒸发损失为12%(62.4- -93.6 th)。该选型方案起喷点温度定得较开式冷却水温(出塔水温)为30C时，闭式冷却低,根据目前掌握的气象资料,热季气温位于30-44水可被冷却到33C,基本能够满足机组出力要求。C的频率较高,因此喷水运行的时间长,除盐水的总考虑旱季3个半月的断流时间，按日发电22h计消耗量较大,但可获得较低的进出塔水温。算,并考虑水面自然蒸发的因素,本方案蓄水池的容工况2:设计环境温度45C,进、出塔水温分别积约为2.3x10* m'。为56 C和48 C,起喷点定为40C。该方案配置323.2方案2台冷却器共分8组,每组4台。在假设的极端环境循环水系统采用闭式系统，配备8台闭式冷却温度48C时，每组冷却器3~4台同时喷淋,喷淋水塔和3x50%的循环水泵。冷却水量:每台燃机的闭量为90~120th,蒸发水量为13.5~18 th,8组冷却式冷却水量为295 m'/h采用单元制供水。最热季频器的总补给水量108~144th,约为机械通风拎却塔率为10%的气象条件下,闭式冷却塔参数如表3。本热季补给水量(70th)的2倍。在环境温度为45 C方案蓄水池容积约为1.45x105m'。左右时,每组冷却器2~3台同时喷淋,8组冷却器的表3闭式冷却塔参数总补给水量72~108th。该选型方案起喷点和进出水温高均较高，可在大部分的环境温度下实现干式总处理水量/(m'h)运行,但是高环境温度时的耗水量大。单塔处理水量/(m'+h*)95工况3:设计环境温度为45 C,进、出塔水温分8(无备用)别为56 C和48 C,起喷点定为45C。该方案配置4348台冷却器,共分8组,每组6台。从现有的气象资出塔水温/C33料看，该方案基本可满足在大多数气象条件下冷却29x75单台设备功率/W24器零补水的要求,但占地面积过大。耗水量(m2.h)3.4 3种方案技术性比较3.4.1在高温、高湿度的气象条件下,海勒型辅助冷3.3方案3却器要达到与机械通风冷却塔或闭式冷却塔相同的循环冷却水系统为闭式系统，冷却设备为海勒冷却效果,设备的占地面积和--次性投资要大得多。型辅助冷却器。选型如下:在设计水量、设计环境温3.4.2在相同的进、出水温度的条件下,海勒型辅助度一定的条件下，海勒型辅助冷却器设备的选型受冷却器的耗电量较机械通风冷却塔和闭式冷却塔的第3期燃机单循环电厂循环水冷却方式的选择●69●耗电量大幅提高,虽然可以减少总耗水量,但除盐水裹5固定费用比较万元的瞬时消耗量大。项目名称方案1方案23.4.3海勒型辅助冷却器在干球温度与水温的温差冷却塔2171 350越大,湿度越小的情况下,冷却效果越好。机械通风循环水泵房及设备差价5冷却塔或闭式冷却塔的出塔水温均与湿球温度有换热站及换热器差价298关,在湿热型环境条件下,要达到33 C的冷却目标,循环水管差价湿式冷却塔显然比千式冷却塔更具优势，且对温度蓄水池914586，变化的适应性更强，可保证燃机在较高出力下稳定合计1973运行。环境温度越高，要求的出塔水温越低时,湿式表6年费用比较冷却塔体现的优势将会越明显。而辅助冷却器出水温度受环境温度的影响大,机组运行不稳定。如采用循环水泵总功率kW540360辅助冷却器方案,为避免过大的一-次性投资,必须提冷却塔总功事kW10192循环水系统总功率/W50552高燃机冷却水温度,最终将以牺牲燃机出力为代价,年运行费用/万元1799.36或选择出力更大的发电机。年水费/万元100.847.52因此，,在本工程的环境条件下,难以体现海勒型年固定费用差价/万元279.44276.22辅助冷却器的优越性，而且发电机需要根据冷却水年费用差价/万元497.24423.1温重新选型,故排除方案3。注:按照当地电价0.25元/(kw.h).水价2元r,年运行小时数4经济性比较7 200h,固定资产折算系数0.14计算。方案1循环水泵总功率包括闭冷水循环水泵功率。电厂的用地范围均能满足方案1、2 (方案3已水热交换器相结合的循环冷却水系统是目前燃机冷排除,本文不予讨论)的用地要求。由于该电厂土地却水系统的常规选掸,尤其在高温、高湿度地区。费用不计,故经济性比较中不涉及地价的比较。5.2团式冷却塔是机械通风冷却塔很好的替代品。4.1固定费 用比较达到机械通风冷却塔系统的技术指标时,采用闭式表5为固定费用比较表。在设备价格均为出厂冷却塔能使简化系统,减少系统整体运行费用等。价的情况下,综合蓄水池与循环水系统的造价,方案5.3在极度缺水地区,海勒型辅助冷却器是燃机单1比方案2高出约23万元。实际应按照设备到岸价循环电厂的唯--选择。在高温、高湿地区,采用此设格计算,方案1则较方案2便宜。备不仅会增加冷却面积,占地面积,耗电、耗水量,还4.2年费用的比较可能会影响发电机的选型。要达到相同的冷却效果,表6为年费用比较表。由表6可见,方案2的年空气冷却的设备价格也远高于机械通风冷却塔。因费用较方案1高,但由于本工程为总承包形式，蓄水此,在水资源条件尚可时,应不优先考虑该设备。池的费用并不在总承包范围内，总承包商最终选择6参考文献方案1实施。[1]刘乃玲.封闭式冷 却塔用于免费供冷的经济性分析[D].上海:5结论同济大学,1997.5.1在水资源丰富的地区， 机械通风冷却塔与水- 2 焦树建燃气秦汽联合循环M).北京:机械工业 出版社200.Selection of Circulating W ater Cooling Mode for Power Plants with Single Cycle Gas-TurbinesLIXin(Central Souhen China Elctrice Power Design lotiute, Wuhan 430071, China)[Abstract] The efecte of erculating coling water temperature of single eyele gar turbine on unit output are explained Usings Nigeria projet as anexample, technical and economice analysis of 3 circulating water cooling eystem schemes, namely, mechanical draft coling tower, cloed cooling tower,and Heller Buxiliny cooler, are performed. Applicable environment conditios for each aysterm are aloexplained.[Keywords] g-turbine; crclasting water mechanical draft coling tower, closed colig tower, Heller awxiliary cooler(责任编辑:何鹏)