1000MW发电机组循环水系统优化设计分析

LOW CARBON WORLD 2015/3能源:电力」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ITM311[文献标识码]A[文章编号]2095 2066( 2015 )09 -0043-021概述器面积、循环水管配置方案，采用对各个可变参数的不同组目前作为洁净煤发电技术之一的超超临界技术是国际上合,通过水力 、热力和经济计算,进行多方案的综合比较和优成熟、先进的发电技术,在机组的可靠性、可用率、热机动性、化计算，并针对凝汽器综合造价及标煤价变化对优化计算影机组寿命等方面已经可以和超临界、亚临界机组媲美,并有了。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较多的国际商业运行经验。方案，确定系统内主要设备、建(构)筑物的合理配置。本文结合福州长乐电厂4x1000w机组工程可研设计工2 基础资料及设备参数作,通过研究1000MW级发电技术特点,进一步优化1000MW本工程的优化计算根据以下各项基础资料进行:级机组布置方案和系统设置,在满足安全、运行等条件下,尽2.1 取水海域自然水温(如表1)一切可能降低工程造价,提高项目经济效益。表1多年逐月平均、最高、最低水温表(单位:C)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]份|1|2|345|6|7|89|10|11|12华店乐市约35km,距福州约70km,南距福清市约33km。远期规划最高17.517.120.2723.7 27.6 28.6 31.631.4.30.628.925.322.531.容量为4x1000MW超超临界燃煤发电机组,并留有扩建条件。最低7.56.8 8.5 10.717.0 19.9 21.923.4 23.3 19.314.3 10.06.8本期工程建设2000VV超超临界机组，同步建设尾部烟气平 均1310.81.1 16.7 2.23.2572612619915819.7脱硫、脱硝装置,全厂一次规划分期建设。2.2汽轮机参数1.2循环水供水系统概述(1)本期2x1000MW机组为超超临界燃煤机组,采用超超本期工程循环水系统采用单元制直流供水系统，其系统临界、双背压、单轴 、四缸四排汽、中间再热凝汽式式汽轮机。流程概况如下:循环水取水采用挖入式明渠从码头港池后方(2)单台机组循环水系统额定工沉凝汽量为1679t/h, 设深水水城取水，通过引水明渠将海水引至汽机房前沿循泵房计 背压Pk=0.0049MPa,机组出力1000MW;校 核工况凝汽量前池,经拦污栅、旋转滤网进入泵房吸水池,每台机组经循环为 1759t/h, 校核背压Pk=0.0091MPac水泵升压后,通过循环水压力管输送至主厂房,再经凝汽器及2.3 凝汽器资料排水管进入虹吸井,然后通过自流至排水沟排入排水连接井，根据工程实际条件及对国内已建的百万机组凝汽器相关.最后排入厂址海域。配置的调研,本工程凝汽器拟采用双背压、单流程、表面式、钛1.3循环水供水系统优化概述管凝汽器,本次优化计算按此进行。根据工程条件电厂循环水采用海水直流供水，本文结合本设计凝汽器冷却水管外径x壁厚=φ25x0.5mm,脏污系厂址的水文气象及供水条件,对循环水系统的冷却倍率、凝汽数取 0.85。此外,管理单位在电力系统的建设和维护中,具有很大的及时发现不足,并采取一定的措施如做好日常安全管理;强化监管作用。在建设初期,管理单位要结合当地自然环境特点和输配电线路的技 术管理;在输配电线路的管理中积极运用信运行经验,对输配电线路的设计和规划提出建议和要求;在具息技术， 全面保证电力系统的安全可靠运行,给人们营造一个体的施工过程中,管理单位要选用技术水平一流的维护、管理安全的用电环境,不断提高人们的生 活品质。人员进行验收工作，严格控制质量水平;在线路建设完毕之后,管理单位应安排好通讯设施、专业维护管理人员、仪器仪参考文献表、专用交通工具等,做好准备工作;在新的输配电线路试运[1]实 永刚.论如何有效做好输配电线路运行维护管理工作[].大科技，行期间,一定要在检测方面加大力度,及时发现问题,并予以2013(12):48-49.积极处理[2]崔千生,张浩.输配电线路的安全运行及维护管理[J]黑龙江科学，4结束语2014(7):279.[3]刘 斌.关于输配电线路运行维护与管理的探讨[].大科技,2013(31):总而言之,维持输配电线路的安全运行是一项长期、系统105-106.的工作。输配电线路的正常运行是保证电力系统安全运行的关键，也是用户正常用电的安全保障。因此，对输配电线路进收稿日期:2015-2-23行安全管理是极为重要的。但是当前我国在输配电线路的安作 者简介:文劲松(196中国煤化工事输电线全运行和管理中还存在一定的不足之处，给输配电线路的安路安全管理方面的工个YH| CNMHG全运营带来了隐患。这就需要电力工作人员在日常的工作中4L能源.电力LOW CARBON WORLD 2015/33循环水系统优化汽器端差、汽机背压进行校核计算,以保证机组在该工况和组3.1参选方案的各项技术经济参数合下能满发(P<0.0091MPa)。.1.1 基本技术经济参数考虑一定裕度后(t=29.79C),各种组合方案的背压值均小计算各参选方案采取的基本技术经济参数如表2。于0.0091MPa,即均满足汽轮机背压限制条件。(2)年费用计算结果规格/参数按上述原始数据和拟定的计算方案及其技术参数进行计机组年运行小时数5000凝汽器综合造价2000元/m2耳，对符合所有技术条件的计算结果经整理进行工程经济使用年限π_20a I年国定费用率 Sn11.75%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果。投资回收率i10%发电单位成本Gx 0.396 元Aw.h循环水泵、电机综合效率0.86大修理费率2.5%表3年费用表循环水營综合单价(钢管)34800元/m( DN3600); 39400元/m( DN3800)序号凝汽器面循环水管积(m2) 管径(mm)[夏季「春秋季 T冬季 二(万元)冷却倍率年费用3.1.2冷却倍率参数本计算对循环水泵运行工况按一年三季(春秋季、夏季、5300038004825.6299.4152000冬季)变倍率运行方式进行比较分析,即采用62/46.5/24.8. 64/25.6 3000.8948/25.6. 66/495/26.4三种信率，夏季为一台机组配三台循环53000 .25.6 T 300.07水泵,春秋季为一台机组配两台循泵,冬季为一台机组配一台52000 3600 625.6 3002.55循泵,根据热力计算成果进行经济比较计算。26.43003.323.2系统水力计算注:本表只列出排序较靠前的5纽数据,按组合排列具有18组数据。根据厂区总布置情况及系统布置方式，选取循环水管径3.5.3 优化计算结果分析，DN3600和DN3800两种配置进行水力计算，系统阻力计算公:官任从年费用表中的年费用值可看出,对于各方案组合,冷却倍率为64/48/25.6.年费用均较低,排序较靠前;凝汽器面积局部阻力:Ah=ξv/2g53000m、.循环水管DN3800. 冷却倍率64/48/25.6内组合年沿程阻力损失:Sh=ixL用最低,凝汽器面汽器面积5000m.循环水管DN3800冷却倍率03.3设计方案组合64/48/25.6 的组合年费用为其次。由于本优化计算中未考虑因(1)凝汽器方案:冷凝面积为F-51000m? 52000m? 53000m2凝汽器占地面积因素引起的投资差异，鉴于在年費用排序第共三组。二位的组合方案与排在首位的组合方案年费用相差不大(仅(2)冷却倍率方案:全年分春秋季、夏季、冬季三季运行方相差1.48 万元),为节省工程初期投资费用,本阶段推荐采用式共有6246.5/24.8 .64181.5669.9126.46种倍率。但”年 费用排第二的組合方案。(3)循环水管(干管)方案:DN3V3600、DN3800共2组。4敏感性分析3.4参选方案约束限制条件上述优化计算在凝汽器综合造价为2000元/m2、发电单_(1)在夏季最热三个月 P=10%日平均水温28.5C气象条位成本为0.396元/kW.h条件下进行的，由于以上参数不同。件下,加上一定的回水温升后(1=29.7C)的运行背压应能满足对年费用排序也会有所不同，近些年来,由于金属钛材(凝汽小于机组满发的最高允许背压9.1kPa要求。器主要结构材料)及煤碳价格快速增长,针对目前市场的变化(2)凝汽器端差δt不小于2.8C,小于2.8C时取2.8C。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3.5 优化计算及结果分析比较行敏感性分析,得出以下结果:3.5.1优化计算方法在其它各参数不变的情况下，随着凝汽器综合造价的提项目多种方案经济分析陉济分析比较采用年费用最小法(动态),即将建设高,其相对应的凝汽器面积相对较小、冷却倍率相对大时的方种可能实施的方案,以每一方案的一次投资,与此方案案经济性较优;若发电单位成本越高(即标准煤价高),则其实施后在预测到的经济服务年限内逐年支付的运行费用,按凝汽器面积较大者经济技术为优。动态经济规律将投资与运行费用均换算到指定年(投产年),5推荐方案的确定术为优。再在经济服务年限内等额均摊,最终比较各方案的年均摊值，根据对上述的循环水系统优化计算结果及综合比较,考虑取年最小费用较优的方案作为选择方案。计算结果中年费用今后凝汽器材料价格的 上涨和发电成本增加的可能性,本工程不是实际的年费用值,而是各方案比较的相对值。经多种方案比较后本阶段推荐采用循环供水系统配置为:本文所采用的年费用最小法之年费用的计算公式为:循环水管:DN3800;凝汽器冷却面积:2000m?;冷却倍率:NF=Px(AFCR)+Um=64倍冷却管根数:5000根;冷却管规格:425x0.5(mm)。“式中:NF-使用期内等额年费用(拉平到经济使用年限n年内);P-总工程投资现值;U-年运千J_年运行费.用;AFCR-年固定分参考文献.摊率,其值等于CR+MR;CR-资金回收系数:CR=i(1+i)*[(1+ [1]《电力 工程水务手册》.中国电力出版社, 2005.i)"-1];MR-大修费率,取2.5%;i-投资回收率,取10%:n-经济[2K火力发电厂 水工设计规范>(DL/T5339- 2006). 中国计划出版社。使用年限,取20a。3.5.2年费用计算[3](工业循环水冷却设计规范》(GB/T50102 -2003).中国计划出版社,年费用的计算包括年固定费用及年运行费用。其中,年国2003.定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收稿日期:2015-3-2固定费用率的值，年运行费用为循环水泵年运行电费与年微增电费、大修理费的和。(1)各方案汽轮机背压限制条件校核优化得出的参数应按汽机校核工况(凝汽量D=1759/h)中国煤化工在夏季最炎热三个月P-10%的日平均水温为28.5C加上按电在夏季最炎热三个月PCNMHG造成的海水增温1.2C, 对不同循环水冷却倍率、凝.MYH14