燃機單循環(huán)電廠(chǎng)循環(huán)水冷卻方式的選擇

第30卷第3期電力建設Vol. 30 No. 32009年3月Electric Power ConstructionMar. 2009.67●燃機單循環(huán)電廠(chǎng)循環(huán)水冷卻方式的選擇李欣(中南電力設計院,武漢市,3001)[摘要]文章介紹了燃機單循環(huán)電廠(chǎng)循環(huán)冷卻水溫對機組出力的影響,結合尼日利亞某燃機工程實(shí)例,對機城通風(fēng)冷卻塔、閉式冷卻塔、海勒型輔助冷卻器3種循環(huán)冷卻水系統方案進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟性分析,并說(shuō)明了各系統的適用環(huán)境條件。[關(guān)鍵詞]燃機;循環(huán)水 ;機械通風(fēng)冷卻塔;閉式冷卻塔;海勒型輔助冷卻器中圖分類(lèi)號: TM621文獻標志碼: B文章編號: 1000-7229 (2009) 03-0067-031工程概況 :表1發(fā)電機損耗隨大氣溫度的變化大氣溫度/C尼日利亞某工程擬新建8臺PG6581B單循環(huán)燃項目氣輪機,單臺機組容量為42 MW,水源為地表水。廠(chǎng)冷卻水115 20 2530 35 40址所在地分雨季和旱季，旱季基本不降雨,電廠(chǎng)水源510152025 30 35溫度/C可能斷流，地質(zhì)勘測已排除補給水采用地下水的方機組出434241 39.8 38.8 37.6案。根據水源情況.電廠(chǎng)擬采用雨季時(shí)直接從河道取力/MW水,向蓄水池貯水;旱季從蓄水池取水的供水方式。發(fā)電機953 926.86 90092 879.47 851.65 828.23 798.69損耗/kW氣象條件:當地屬于高溫、高濕度地區,平均最高氣溫35.59C，平均氣溫25.7C,平均相對濕度46r74%。以1999-2003年實(shí)測資料統計得最熱季(2.3、24月)頻率P-10%的日平均濕球溫度為26.3 C,干球溫度為30.9 C,相對濕度為70%。10f8+2機組參 數及冷卻水溫的確定36510152025303540該工程合同要求的機組整體性能為:在ISO工冷卻水進(jìn)水溫度rc況下，大氣溫度為15C,8臺燃氣輪機每臺出力為圖1發(fā)電機輸 出功率與冷卻器進(jìn)水溫度關(guān)系示意圈42.10 MW,總出力336.8 MW。低于33 C,可保證組出力為37~38 MW。當冷卻水發(fā)電機性能保證為:(1)大氣溫度為15 C,大氣溫超過(guò)33C,運行工況滑出曲線(xiàn)外,發(fā)電機降負荷壓力為1.013x10 Pa,相對濕度60%;(2)壓氣機進(jìn)運行。如果水溫長(cháng)期超過(guò)33 C將制約發(fā)電機出力,口法蘭前進(jìn)氣壓損為989.8Pa,透平排氣法蘭后壓使得發(fā)電機的出力與燃機的出力不能夠很好地匹損為622.3 Pa,機組處于全新?tīng)顟B(tài),使用的燃料符合配,不能滿(mǎn)足機組的發(fā)電要求。水溫50 C是機組連GE公司規范。機組在ISO工況下,發(fā)電機輸出功率續運行的極限溫度,如果水溫超過(guò)極限溫度,潤滑油的保證值為41.5 MW。當環(huán)境溫度及冷卻水溫發(fā)生溫會(huì )過(guò)高,有可能導致機組跳機。變化時(shí),發(fā)電機損耗的變化如表1:因此,冷卻水溫的設計原則為:冷卻水溫設計值不同冷卻水溫條件下，發(fā)電機輸出功率的變化應使發(fā)電機在大部分環(huán)境條件下的輸出功率在“發(fā)如圖1(電機功率因數cosφ=0.8)。由圖1,在ISO工電機輸出功率與冷卻器進(jìn)水溫度曲線(xiàn)”上所示的功況下,環(huán)境溫度為15C,冷卻水溫應低于10,可率范圍內運行,并保證機組不跳機。冷卻設計溫度為保證機組出力為42.1MW。環(huán)境溫度升高,冷卻水溫33 C,極限溫度為50 C。收稿日期: 2008 09-19作者簡(jiǎn)介:李欣(1976-),女,碩土,工程師，主要從事發(fā)電廠(chǎng)供水設計工作。.68.電力建設第30卷到冷卻塔進(jìn)出水溫、空氣流量以及起噴點(diǎn)等因素的3循環(huán)水 供水系統方案選擇影響,存在優(yōu)化設計的問(wèn)題。起噴點(diǎn)溫度的設定對輔3.1 方案1助冷卻器選型有直接影響，關(guān)系到設備冷卻面積的循環(huán)水系統采用閉式+開(kāi)式系統,設置2x100%大小。起噴點(diǎn)溫度設定高,設備耗水量小,但會(huì )引起水-水熱交換器與閉冷循環(huán)水泵(閉式)和3x50%循設備冷卻面積的增加。玲卻器在起噴溫度以下運行,環(huán)水泵與機械通風(fēng)冷卻塔(開(kāi)式)。冷卻水量:每臺燃耗水量為0;在起噴溫度以上運行，消耗噴水蒸發(fā)機的閉式冷卻水量為295 m/h,水-水熱交換器采用量。表4為不同設計工況下冷卻塔的選型參數。管式結構,開(kāi)式冷卻水量為閉式的1.2倍,全廠(chǎng)開(kāi)式4不同設計工況下設計選型參數循環(huán)冷卻水總量為2 832 m/h。最熱季(2、3、4月)頻參數名稱(chēng)工況1工況2工祝3率為10%的氣象條件下,冷卻塔選型參數如表2?？偺幚硭?m2-ht) 2 3602 360表2冷卻塔選型參數冷卻塔單元數/臺26(無(wú)備用) 32 臺(無(wú)備用) 48 臺(無(wú)備用)進(jìn)塔水溫/C參數值出塔水溫心348總處理水量/(m2-h*)冷卻塔占地/m66x1450x4080x40單塔處理水量/(m2=h1)1 500單臺風(fēng)機功率/kW30/10設備總價(jià)格/萬(wàn)元.1 170I 6002 400進(jìn)塔水溫心40出塔水溫/心工況1:設計氣溫為41 C,起噴溫度設定為3033x11 .C。在環(huán)境溫度為41C時(shí),每臺冷卻器的噴水量為單臺風(fēng)機功事/Wss耗水量/(m'-h2+)7020~30th，總噴水量為520~780th,蒸發(fā)損失為12%(62.4- -93.6 th)。該選型方案起噴點(diǎn)溫度定得較開(kāi)式冷卻水溫(出塔水溫)為30C時(shí)，閉式冷卻低,根據目前掌握的氣象資料,熱季氣溫位于30-44水可被冷卻到33C,基本能夠滿(mǎn)足機組出力要求。C的頻率較高,因此噴水運行的時(shí)間長(cháng),除鹽水的總考慮旱季3個(gè)半月的斷流時(shí)間，按日發(fā)電22h計消耗量較大,但可獲得較低的進(jìn)出塔水溫。算,并考慮水面自然蒸發(fā)的因素,本方案蓄水池的容工況2:設計環(huán)境溫度45C,進(jìn)、出塔水溫分別積約為2.3x10* m'。為56 C和48 C,起噴點(diǎn)定為40C。該方案配置323.2方案2臺冷卻器共分8組,每組4臺。在假設的極端環(huán)境循環(huán)水系統采用閉式系統，配備8臺閉式冷卻溫度48C時(shí)，每組冷卻器3~4臺同時(shí)噴淋,噴淋水塔和3x50%的循環(huán)水泵。冷卻水量:每臺燃機的閉量為90~120th,蒸發(fā)水量為13.5~18 th,8組冷卻式冷卻水量為295 m'/h采用單元制供水。最熱季頻器的總補給水量108~144th,約為機械通風(fēng)拎卻塔率為10%的氣象條件下,閉式冷卻塔參數如表3。本熱季補給水量(70th)的2倍。在環(huán)境溫度為45 C方案蓄水池容積約為1.45x105m'。左右時(shí),每組冷卻器2~3臺同時(shí)噴淋,8組冷卻器的表3閉式冷卻塔參數總補給水量72~108th。該選型方案起噴點(diǎn)和進(jìn)出水溫高均較高，可在大部分的環(huán)境溫度下實(shí)現干式總處理水量/(m'h)運行,但是高環(huán)境溫度時(shí)的耗水量大。單塔處理水量/(m'+h*)95工況3:設計環(huán)境溫度為45 C,進(jìn)、出塔水溫分8(無(wú)備用)別為56 C和48 C,起噴點(diǎn)定為45C。該方案配置4348臺冷卻器,共分8組,每組6臺。從現有的氣象資出塔水溫/C33料看，該方案基本可滿(mǎn)足在大多數氣象條件下冷卻29x75單臺設備功率/W24器零補水的要求,但占地面積過(guò)大。耗水量(m2.h)3.4 3種方案技術(shù)性比較3.4.1在高溫、高濕度的氣象條件下,海勒型輔助冷3.3方案3卻器要達到與機械通風(fēng)冷卻塔或閉式冷卻塔相同的循環(huán)冷卻水系統為閉式系統，冷卻設備為海勒冷卻效果,設備的占地面積和--次性投資要大得多。型輔助冷卻器。選型如下:在設計水量、設計環(huán)境溫3.4.2在相同的進(jìn)、出水溫度的條件下,海勒型輔助度一定的條件下，海勒型輔助冷卻器設備的選型受冷卻器的耗電量較機械通風(fēng)冷卻塔和閉式冷卻塔的第3期燃機單循環(huán)電廠(chǎng)循環(huán)水冷卻方式的選擇●69●耗電量大幅提高,雖然可以減少總耗水量,但除鹽水裹5固定費用比較萬(wàn)元的瞬時(shí)消耗量大。項目名稱(chēng)方案1方案23.4.3海勒型輔助冷卻器在干球溫度與水溫的溫差冷卻塔2171 350越大,濕度越小的情況下,冷卻效果越好。機械通風(fēng)循環(huán)水泵房及設備差價(jià)5冷卻塔或閉式冷卻塔的出塔水溫均與濕球溫度有換熱站及換熱器差價(jià)298關(guān),在濕熱型環(huán)境條件下,要達到33 C的冷卻目標,循環(huán)水管差價(jià)濕式冷卻塔顯然比千式冷卻塔更具優(yōu)勢，且對溫度蓄水池914586，變化的適應性更強，可保證燃機在較高出力下穩定合計1973運行。環(huán)境溫度越高，要求的出塔水溫越低時(shí),濕式表6年費用比較冷卻塔體現的優(yōu)勢將會(huì )越明顯。而輔助冷卻器出水溫度受環(huán)境溫度的影響大,機組運行不穩定。如采用循環(huán)水泵總功率kW540360輔助冷卻器方案,為避免過(guò)大的一-次性投資,必須提冷卻塔總功事kW10192循環(huán)水系統總功率/W50552高燃機冷卻水溫度,最終將以犧牲燃機出力為代價(jià),年運行費用/萬(wàn)元1799.36或選擇出力更大的發(fā)電機。年水費/萬(wàn)元100.847.52因此，,在本工程的環(huán)境條件下,難以體現海勒型年固定費用差價(jià)/萬(wàn)元279.44276.22輔助冷卻器的優(yōu)越性，而且發(fā)電機需要根據冷卻水年費用差價(jià)/萬(wàn)元497.24423.1溫重新選型,故排除方案3。注:按照當地電價(jià)0.25元/(kw.h).水價(jià)2元r,年運行小時(shí)數4經(jīng)濟性比較7 200h,固定資產(chǎn)折算系數0.14計算。方案1循環(huán)水泵總功率包括閉冷水循環(huán)水泵功率。電廠(chǎng)的用地范圍均能滿(mǎn)足方案1、2 (方案3已水熱交換器相結合的循環(huán)冷卻水系統是目前燃機冷排除,本文不予討論)的用地要求。由于該電廠(chǎng)土地卻水系統的常規選撣,尤其在高溫、高濕度地區。費用不計,故經(jīng)濟性比較中不涉及地價(jià)的比較。5.2團式冷卻塔是機械通風(fēng)冷卻塔很好的替代品。4.1固定費 用比較達到機械通風(fēng)冷卻塔系統的技術(shù)指標時(shí),采用閉式表5為固定費用比較表。在設備價(jià)格均為出廠(chǎng)冷卻塔能使簡(jiǎn)化系統,減少系統整體運行費用等。價(jià)的情況下,綜合蓄水池與循環(huán)水系統的造價(jià),方案5.3在極度缺水地區,海勒型輔助冷卻器是燃機單1比方案2高出約23萬(wàn)元。實(shí)際應按照設備到岸價(jià)循環(huán)電廠(chǎng)的唯--選擇。在高溫、高濕地區,采用此設格計算,方案1則較方案2便宜。備不僅會(huì )增加冷卻面積,占地面積,耗電、耗水量,還4.2年費用的比較可能會(huì )影響發(fā)電機的選型。要達到相同的冷卻效果,表6為年費用比較表。由表6可見(jiàn),方案2的年空氣冷卻的設備價(jià)格也遠高于機械通風(fēng)冷卻塔。因費用較方案1高,但由于本工程為總承包形式，蓄水此,在水資源條件尚可時(shí),應不優(yōu)先考慮該設備。池的費用并不在總承包范圍內，總承包商最終選擇6參考文獻方案1實(shí)施。[1]劉乃玲.封閉式冷 卻塔用于免費供冷的經(jīng)濟性分析[D].上海:5結論同濟大學(xué),1997.5.1在水資源豐富的地區， 機械通風(fēng)冷卻塔與水- 2 焦樹(shù)建燃氣秦汽聯(lián)合循環(huán)M).北京:機械工業(yè) 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(責任編輯:何鵬)