電力建設(shè)建材與裝飾2015年9月1000MW發(fā)電機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析王志廣(福建永福工程顧問(wèn)有限公司)摘要:循環(huán)水系統(tǒng)是保證電廠 能夠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)重要輔機(jī)系統(tǒng)，本專(zhuān)題報(bào)告依托長(zhǎng)樂(lè)電廠工程對(duì)循環(huán)水直流供水系統(tǒng)的冷卻倍率.凝汽器面積、循環(huán)水管配置方案,采用對(duì)各個(gè)可變參數(shù)的不同組合，通過(guò)水力、熱力和經(jīng)濟(jì)計(jì)算,進(jìn)行多方案的綜合比較和優(yōu)化計(jì)算,并針對(duì)近些年來(lái)凝汽器綜合造價(jià)及標(biāo)煤價(jià)變化對(duì)優(yōu)化計(jì)算影響進(jìn)行敏感性分析,以選取滿(mǎn)足技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件的合理的綜合方案,確定系統(tǒng)內(nèi)主要設(shè)備、建(構(gòu))筑物的合理配置。關(guān)鍵詞:系統(tǒng)優(yōu)化;凝汽器面積;背壓;冷卻倍率;年費(fèi)用中圖分類(lèi)號(hào):TM621文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1673-0038(2015 )39-0242-021概述表1多年逐月平均、最高、最低水溫表(單位:C)目前作為潔凈煤發(fā)電技術(shù)之一的超超臨界技術(shù)是國(guó)際上成月份12T3456789101112多年平均熟、先進(jìn)的發(fā)電技術(shù),在機(jī)組的可靠性、可用率、熱機(jī)動(dòng)性、機(jī)組最高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壽命等方面已經(jīng)可以和超臨界、亞臨界機(jī)組媲美，并有了較多的平均|13.0 11.8 13.1|16.7 20.923.025.726.326.423.619.915.8._ 19.7國(guó)際商業(yè)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。本文結(jié)合福州長(zhǎng)樂(lè)電廠4x1000MW機(jī)組工程可研設(shè)計(jì)工(1)本期21000MW機(jī)組為超超臨界燃煤機(jī)組，采用超超臨作，通過(guò)研究1000MW級(jí)發(fā)電技術(shù)特點(diǎn),進(jìn)一步 優(yōu)化1000MW級(jí)界、雙背壓、單軸、四缸四排汽、中間再熱凝汽式式汽輪機(jī)。機(jī)組布置方案和系統(tǒng)設(shè)置,在滿(mǎn)足安全運(yùn)行等條件下,盡一切|(2)單臺(tái)機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)額定工況凝汽量為1679/h,設(shè)計(jì)背壓B,=0.0049MPa,機(jī)組出力1000MW:校核工況凝汽量為1759th,可能降低工程造價(jià)，提高項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益。校核背壓P=0.0091MPa。1.1工程概況2.3凝汽器資料1.1.1建設(shè)(設(shè)計(jì))規(guī)模本工程廠址位于長(zhǎng)樂(lè)市最南端的松下港區(qū)范圍，北距長(zhǎng)樂(lè)市根據(jù)工程實(shí)際條件及對(duì)國(guó)內(nèi)已建的百萬(wàn)機(jī)組凝汽器相關(guān)配約35km,距福州約70km,南距福清市約33km。遠(yuǎn)期規(guī)劃容量為置的調(diào)研,本工程凝汽器擬采用雙背壓、單流程、表面式、鈦管凝4x1000MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組,并留有擴(kuò)建條件。本期工程.汽器,本次優(yōu)化計(jì)算按此進(jìn)行。建設(shè)2x1000MW超超臨界機(jī)組,同步建設(shè)尾部煙氣脫硫、脫硝裝本設(shè)計(jì)凝汽器冷卻水管外徑x壁厚=φ25x0.5mm,臟污系數(shù)取.85。置,全廠一次規(guī)劃分期建設(shè)。3循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化1.1.2循環(huán)水供水系統(tǒng)概述本期工程循環(huán)水系統(tǒng)采用單元制直流供水系統(tǒng),其系統(tǒng)流程| 3.1 參選方案的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)概況如下:循環(huán)水取水采用挖入式明渠從碼頭港池后方深水水3.1.1基本技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)域取水，通過(guò)引水明渠將海水引至汽機(jī)房前沿循泵房前池，經(jīng)攔計(jì)算各參選方案采取的基本技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。污柵、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)進(jìn)入泵房吸水池,每臺(tái)機(jī)組經(jīng)循環(huán)水泵升壓后，表2名稱(chēng)規(guī)格/參數(shù)_規(guī)格/參數(shù)通過(guò)循環(huán)水壓力管輸送至主廠房，再經(jīng)凝汽器及排水管進(jìn)入虹機(jī)組年運(yùn)行小時(shí)數(shù)5000凝汽器綜合造價(jià) 2000 元/m2吸井,然后通過(guò)自流至排水溝排入排水連接井,最后排入廠址海工程經(jīng)濟(jì)使用年限n20a年固定費(fèi)用率sn11.758域投資回收率:10%發(fā)電單位成本Gx I 0.396元kW.h1.1.3循環(huán)水供水系統(tǒng)優(yōu)化概述循環(huán)水泵、電機(jī)綜合效率0.86大修理費(fèi)率2.5 各根據(jù)工程條件電廠循環(huán)水采用海水直流供水,本文結(jié)合廠址循環(huán)水管綜合單價(jià)(鋼管)34800元/m (DN3600) ;39400元/m (DN3800)的水文氣象及供水條件，對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的冷卻倍率、凝汽器面| 3.1.2 冷卻倍率參數(shù)積、循環(huán)水管配置方案,采用對(duì)各個(gè)可變參數(shù)的不同組合,通過(guò)本計(jì)算對(duì)循環(huán)水泵運(yùn)行工況按一-年三季(春秋季、夏季、冬水力、熱力和經(jīng)濟(jì)計(jì)算,進(jìn)行多方案的綜合比較和優(yōu)化計(jì)算,并|季) 變倍率運(yùn)行方式進(jìn)行比較分析，即采用62/46.5/24.8.648/針對(duì)凝汽器綜合造價(jià)及標(biāo)煤價(jià)變化對(duì)優(yōu)化計(jì)算影響進(jìn)行敏感性25.6、66/49.5/26.4三種倍率，夏季為- -臺(tái)機(jī)組配三臺(tái)循環(huán)水泵，分析,以選取滿(mǎn)足技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件的合理的綜合方案，確定系統(tǒng)|春 秋季為一臺(tái)機(jī)組配二臺(tái)循泵，冬季為一臺(tái)機(jī)組配一臺(tái)循泵，根內(nèi)主要設(shè)備、建(構(gòu))筑物的合理配置。據(jù)熱力計(jì)算成果進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較計(jì)算。2基礎(chǔ)資料及設(shè)備參數(shù)3.2系統(tǒng)水力計(jì)算本工程的優(yōu)化計(jì)算根據(jù)以下各項(xiàng)基礎(chǔ)資料進(jìn)行: .根據(jù)廠區(qū)總布置情況及系統(tǒng)布置方式，選取循環(huán)水管徑2.1取水海域自然水溫(見(jiàn)表1)DN3600和DN中國(guó)煤化工系統(tǒng)阻力計(jì)算公式2.2汽輪機(jī)參數(shù)如下:YHCNMH G.242.2015年9月建材目裝飾電力建設(shè)局部阻力: Oh=ξv2/2g沿程阻力損失: Oh=ixL果。3.3設(shè)計(jì)方案組合表3年費(fèi)用表(1) 凝汽器方案:冷凝面積為FF =51000m2、52000m2、53000m2凝汽器面循環(huán)水管冷卻倍率年費(fèi)用(萬(wàn).積(m)管徑(mm)夏季春秋李冬季.共三組。5300038005448 25.6 299.41(2)冷卻倍率方案:全年分春秋季、夏季、冬季三季運(yùn)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種倍率。5300360044{25.6 3001.07(3)循環(huán)水管(干管)方案:DN3600、DN3800共2組。4825.63002.553.4參選方案約束限制條件5100056496.43003.32(1)在夏季最熱三個(gè)月P=10號(hào)日平均水溫28.5C' (象條件下，注:表3只列出排序較靠前的s組數(shù)據(jù)，按組合排列共有18組數(shù)據(jù)。加上一定的回水溫升后(t=29.7C)的運(yùn)行背壓應(yīng)能滿(mǎn)足小于機(jī)組3.5.3優(yōu)化計(jì)算結(jié)果分析從年費(fèi)用表中的年費(fèi)用值可看出,對(duì)于各方案組合,冷卻倍滿(mǎn)發(fā)的最高允許背壓9.1kPa要求。率為64/48/25.6、 年費(fèi)用均較低，排序較靠前;凝汽器面積(2)凝汽器端差8t不小于2.8C,小于2.8C時(shí)取2.8C。53000m、循環(huán)水管DN3800、冷卻倍率64825.6的組合年費(fèi)用3.5 優(yōu)化計(jì)算及結(jié)果分析比較最低，凝汽器面積52000m?、循環(huán)水管DN3800、冷卻倍率64/48/3.5.1優(yōu)化計(jì)算方法方案經(jīng)濟(jì)分析比較采用年費(fèi)用最小法(動(dòng)態(tài))，即將建設(shè)項(xiàng)目25.6的組合年費(fèi)用為其次。由于本優(yōu)化計(jì)算中未考慮因凝汽器多種可能實(shí)施的方案,以每一方案的- -次投資， 與此方案實(shí)施后占地面積因素引起的投資差異，鑒于在年費(fèi)用排序第二位的組在預(yù)測(cè)到的經(jīng)濟(jì)服務(wù)年限內(nèi)逐年支付的運(yùn)行費(fèi)用，按動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)合方案與排在首位的組合方案年費(fèi)用相差不大(僅相差1.48萬(wàn)規(guī)律將投資與運(yùn)行費(fèi)用均換算到指定年(投產(chǎn)年)，再在經(jīng)濟(jì)服.元),為節(jié)省工程初期投資費(fèi)用,本階段推薦采用年費(fèi)用排第二二務(wù)年限內(nèi)等額均攤,最終比較各方案的年均攤值,取年最小費(fèi)用的組合方案。較優(yōu)的方案作為選擇方案。計(jì)算結(jié)果中年費(fèi)用不是實(shí)際的年費(fèi)敏感性分析上述優(yōu)化計(jì)算是在凝汽器綜合造價(jià)為2000元/m?、發(fā)電單位用值,而是各方案比較的相對(duì)值。本文所采用的年費(fèi)用最小法之年費(fèi)用的計(jì)算公式為:成本為0.396元/kW.h條件下進(jìn)行的，由于以上參數(shù)不同，對(duì)年費(fèi)用排序也會(huì)有所不同,近些年來(lái)，由于金屬鈦材(凝汽器主要NF=Rx(AFCR)+U式中:NE使用期內(nèi)等額年費(fèi)用(拉平到經(jīng)濟(jì)使用年限n結(jié)構(gòu)材料)及煤碳價(jià)格快速增長(zhǎng)，針對(duì)目前市場(chǎng)的變化情況,本工程對(duì)采用不同凝汽器綜合造價(jià)及發(fā)電單位成本進(jìn)行敏感性分年內(nèi));析，得出以下結(jié)果: .-總工程投資現(xiàn)值;在其它各參數(shù)不變的情況下，隨著凝汽器綜合造價(jià)的提高，u一-年運(yùn)行費(fèi)用:其相對(duì)應(yīng)的凝汽器面積相對(duì)較小、冷卻倍率相對(duì)大時(shí)的方案經(jīng)AFCR-年固定分?jǐn)偮? 其值等于CR+MR;濟(jì)性較優(yōu);若發(fā)電單位成本越高(即標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)越高),則其凝汽器CR一資 金回收系數(shù): CR=i(1+)/(1+i)"-1|;面積較大者經(jīng)濟(jì)技術(shù)為優(yōu)。MR一大修費(fèi)率， 取2.5%;-投資回收率，取10號(hào);5推薦方案的確定n- 經(jīng)濟(jì)使用年限,取20a。根據(jù)對(duì)上述的循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化計(jì)算結(jié)果及綜合比較,考慮今3.5.2年費(fèi)用計(jì)算后凝汽器材料價(jià)格的上漲和發(fā)電成本增加的可能性，本工程經(jīng)年費(fèi)用的計(jì)算包括年固定費(fèi)用及年運(yùn)行費(fèi)用。其中,年固定多種方案比較后本階段推薦采用循環(huán)供水系統(tǒng)配置為:費(fèi)用為參加優(yōu)化的所有項(xiàng)目的總投資減去工程殘值乘以年固定循環(huán)水管:DN3800;凝汽器冷卻面積: 52000m2;冷卻倍率:費(fèi)用率的值，年運(yùn)行費(fèi)用為循環(huán)水泵年運(yùn)行電費(fèi)與年微增電費(fèi)、| m=64 倍:冷卻管根數(shù):55000根:冷卻管規(guī)格:中25x0.5 (mm)。大修理費(fèi)的和。(1)各方案汽輪機(jī)背壓限制條件校核參考文獻(xiàn)優(yōu)化得出的參數(shù)應(yīng)按汽機(jī)校核工況(凝汽量D,=1759/h)在(1](電力工程水務(wù)手 冊(cè)》中國(guó)電力出版社.夏季最炎熱三個(gè)月P=10號(hào)的日平均水溫為28.59C加 上按電廠溫[2]《火力發(fā)電廠水工設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T5339-2006)中國(guó)計(jì)劃出版社, 2006.排水造成的海水增溫1.2C,對(duì)不同循環(huán)水冷卻倍率、凝汽器端3(C業(yè)循環(huán)水冷卻設(shè)計(jì)規(guī)范) (GBT50102 -0中國(guó)計(jì)劃出版2003.差、汽機(jī)背壓進(jìn)行校核計(jì)算，以保證機(jī)組在該工況和組合下能滿(mǎn)收稿日期:2015-9-6發(fā)(P<0.0091MPa)?？紤]一定裕度后(t=29.79C),各種組合方案的背壓值均小于0.0091MPa, 即均滿(mǎn)足汽輪機(jī)背壓限制條件。(2) 年費(fèi)用計(jì)算結(jié)果按上述原始數(shù)據(jù)和擬定的計(jì)算方案及其技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算,對(duì)符合所有技術(shù)條件及約束條件的計(jì)算結(jié)果經(jīng)整理進(jìn)行了列表。表3列出了各組合方案運(yùn)行年費(fèi)用優(yōu)劣順序排列的計(jì)算結(jié)中國(guó)煤化工MHCNMH G●243.