高坤華

(山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，山東 濟(jì)南 250013)

國(guó)外高溫高濕地區(qū)優(yōu)選機(jī)械通風(fēng)冷卻塔

高坤華

(山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，山東 濟(jì)南 250013)

為做好涉外工程，本文以印尼南蘇4×600MW坑口電站為例，介紹本工程循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，推薦用機(jī)械通風(fēng)冷卻塔代替自然通風(fēng)冷卻塔的循環(huán)水系統(tǒng)，在此類高溫高濕地區(qū)是經(jīng)濟(jì)的和合理的，為以后工程提供設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

機(jī)械通風(fēng)冷卻塔；涉外工程；高溫高濕地區(qū)；優(yōu)化設(shè)計(jì)。

隨著我國(guó)電力行業(yè)的迅猛發(fā)展，國(guó)內(nèi)火力發(fā)電項(xiàng)目速度趨緩，電力勘測(cè)設(shè)計(jì)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，越來(lái)越多的電力勘測(cè)設(shè)計(jì)單位開(kāi)始向國(guó)外市場(chǎng)拓展生存空間，最近我院完成了印度、印尼涉外工程的設(shè)計(jì)。由于此類地區(qū)氣溫及濕度都較高，在循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)上與國(guó)內(nèi)有一定區(qū)別。本文以印尼南蘇4×600 MW坑口電站為例，介紹本工程循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，推薦用機(jī)械通風(fēng)冷卻塔代替自然通風(fēng)冷卻塔的循環(huán)水系統(tǒng)，在高溫高濕地區(qū)是經(jīng)濟(jì)的和合理的，為以后工程提供設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

印尼南蘇4×600 MW坑口電站在印度尼西亞南蘇門(mén)答臘省MUARA ENIM縣，Darmo鎮(zhèn)東南約4.3 km處。廠址地形較平坦，呈淺丘狀，自然地面標(biāo)高絕大部分在100.0 m～110.0 m之間，電廠水源為L(zhǎng)ematang河水，取水管線長(zhǎng)約30.0 km。廠址地震烈度為8度。

廠址所在區(qū)域?qū)俑蓾窦久黠@的熱帶氣候區(qū)。干季始于5或6月，持續(xù)約6個(gè)月到10或11月結(jié)束，其余為濕季。多年年平均降水量為3226 mm，多年年平均降水日數(shù)為202天。工程區(qū)域多年逐月氣溫的變化范圍為21℃～33℃，均值為27℃。相對(duì)濕度變化范圍為30%～90%，最小相對(duì)濕度常發(fā)生在12月，而最大相對(duì)濕度常發(fā)生在5月。

2 循環(huán)水系統(tǒng)

方案一：循環(huán)水系統(tǒng)采用帶有自然通風(fēng)冷卻塔的單元制再循環(huán)供水系統(tǒng)。方案二：循環(huán)水系統(tǒng)采用帶有機(jī)械通風(fēng)冷卻塔的單元制再循環(huán)供水系統(tǒng)。

每臺(tái)機(jī)組配2臺(tái)各占50%夏季循環(huán)水量循環(huán)水泵，1座冷卻塔。循環(huán)水泵房靠近冷卻塔布置。從冷卻塔水池出水至循環(huán)水泵房為引水明渠及前池，從循環(huán)水泵房至汽機(jī)房凝汽器的進(jìn)水管和由凝汽器至冷卻塔的出水管均為各自獨(dú)立的壓力管道。

3 循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化

3.1 循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算方法

循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化計(jì)算，采用年總費(fèi)用最小法[2]，即將投資按規(guī)定的回收率分?jǐn)傊撩恳荒曛?，再加上上一年的水泵耗電費(fèi)、微增出力引起的補(bǔ)償電量的電費(fèi)為年總費(fèi)用，其值最小的方案為最優(yōu)。計(jì)算結(jié)果中年總費(fèi)用值，不是各方案的實(shí)際年總費(fèi)用值，而是各方案比較的相對(duì)值。如各方案中泵房、循環(huán)水溝的長(zhǎng)度及規(guī)格相同，其投資也相同，對(duì)比較結(jié)果無(wú)影響，該部分投資未列入計(jì)算結(jié)果中。

3.2 原始數(shù)據(jù)

⑴汽輪機(jī)主要熱力數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 汽輪機(jī)主要熱力數(shù)據(jù)

⑵ 氣象條件：逐月氣象條件見(jiàn)表2。

頻率為1 0%的日平均干球溫度假定為30.6oC，相對(duì)濕度假定84%，平均氣壓998.6 hPa。

3.3 循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中有關(guān)參數(shù)的取值

3.3.1 計(jì)算取值

循環(huán)水泵耗電電費(fèi)單價(jià)采用0.196元/kW·h。

表2 氣象條件

微增出力引起的補(bǔ)償電量電價(jià)的折減系數(shù)取0.85。

本工程投資回收率為8%，10年固定費(fèi)用分?jǐn)偮蕿?7.4%，20年固定費(fèi)用分?jǐn)偮蕿?2.7%，30年固定費(fèi)用分?jǐn)偮蕿?1.4%，年維修費(fèi)用為2.5%。

電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行年限30年。

機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)：7008，各月平均分配。

3.3.2 冷卻塔

⑴方案一：配置自然通風(fēng)冷卻塔的設(shè)計(jì)輸入取值。

① 冷卻塔面積：9000 m2；9500 m2；10000 m2；10500 m2；11000 m2。

②冷卻塔單位面積造價(jià)：6100元/m2。

⑵方案二：配置機(jī)械通風(fēng)冷卻塔的循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

①風(fēng)機(jī)選配電機(jī)功率160 KW，風(fēng)機(jī)直徑?8530 mm，機(jī)力塔單位造價(jià)，80萬(wàn)元/段。

風(fēng)機(jī)選配電機(jī)功率200 KW，風(fēng)機(jī)直徑?9750 mm，機(jī)力塔單位造價(jià)，105萬(wàn)元/段。

3.3.3 凝汽器

凝汽器面積：37000 m2；38000 m2；39000 m2；40000 m2；41000 m2；42000 m2。

凝汽器為雙背壓，單流程，冷卻管材選用不銹鋼(304)管，清潔系數(shù)為0.85。

凝汽器單位面積造價(jià)：750元/ m2

凝汽器凝汽器的端差不得小于2.8℃。若計(jì)算出的端差小于2.8℃，取端差為2.8℃[2]。

3.3.4 優(yōu)化計(jì)算的方案組合

根據(jù)其它工程的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本工程的實(shí)際情況，擬定了優(yōu)化計(jì)算的方案組合

冷卻塔面積(m2)：9000；9500；10000；10500；11000。

凝汽器面積(m2)：37000；38000；39000；40000；41000；42000。

冷卻倍率： 55 ；60；66；70；72。

循環(huán)水總管管徑：DN3200；DN3000。

循環(huán)水支管管徑：DN2400；DN2200。

3.4 循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果

3.4.1 方案一：配置自然通風(fēng)冷卻塔的循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

⑴配置自然通風(fēng)冷卻塔的循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果

根據(jù)以上參數(shù)，系統(tǒng)組成400個(gè)方案進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，計(jì)算結(jié)果前15位方案排序見(jiàn)表3。

表3 循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果

⑵配置自然通風(fēng)冷卻塔的循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果分析

根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，對(duì)冷卻塔面積、凝汽器面積、冷卻倍率及背壓的取值進(jìn)行了分析。

電價(jià)上調(diào)對(duì)推薦采用較大冷卻塔面積的方案有利，且冷卻塔面積增大時(shí)，冷卻塔出水溫度較低，冷效好。前11名方案均為11000 m2冷卻塔，所以選擇11000 m2冷卻塔方案較為合適。

對(duì)37000～42000 m2凝汽器進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果表明：凝汽器面積增大時(shí)，初期投資較低，年費(fèi)用較低，所以選擇42000 m2凝汽器方案較為合適。

前15名的冷卻倍率均為55和60，而且冷卻倍率增大時(shí)，年費(fèi)用成增大趨勢(shì)，當(dāng)選42000 m2凝汽器，11000 m2冷卻塔，冷卻倍率為60倍時(shí)，在年平均氣象條件下，比冷卻倍率為50和65時(shí)，背壓較小，微增電費(fèi)最小，機(jī)組熱效較高，所以冷卻倍率推薦采用60。

本工程擬采用的汽輪機(jī)額定工況對(duì)應(yīng)的背壓為7.2 kPa，根據(jù)出力對(duì)熱耗的修正曲線，當(dāng)凝汽器背壓高于此壓力時(shí)，汽輪機(jī)出力將隨之減少，為達(dá)到這一目標(biāo)，因此采用較大的冷卻水量、較大冷卻塔面積和較大的凝汽器面積有利，本設(shè)計(jì)將充分考慮這個(gè)特點(diǎn)。

總上所述，推薦優(yōu)化結(jié)果排名第六的42000 m2凝汽器，11000 m2冷卻塔，冷卻倍率為60倍的方案。

⑶配置自然通風(fēng)冷卻塔的循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果

通過(guò)循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化計(jì)算，推薦循環(huán)水系統(tǒng)參數(shù)如下：

循環(huán)水系統(tǒng)采用單元制供水系統(tǒng)，每臺(tái)機(jī)組配2臺(tái)循環(huán)水泵，冷卻塔面積11000 m2，設(shè)計(jì)冷卻倍數(shù)60倍，凝汽器面積42000m2，循環(huán)水總管管徑DN3200，循環(huán)水支管管徑DN2400。

在頻率10%氣象條件下，冷卻塔出水溫度為31.75oC，平均背壓為8.94 kPa，不超過(guò)汽輪機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的最高允許背壓11.80 kPa。在年平均氣象條件下，計(jì)算冷卻塔出水溫度(凝汽器進(jìn)水溫度)為28.74oC，平均背壓約為7.50 kPa。

3.4.2 方案二：配置機(jī)械通風(fēng)冷卻塔的循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

機(jī)械通風(fēng)冷卻塔配置方案的優(yōu)化：設(shè)計(jì)工況凝汽量為1200 t/h，輔機(jī)冷卻水量為2230 t/h，機(jī)力塔不同段數(shù)對(duì)應(yīng)的單塔水量見(jiàn)表4。

表4 機(jī)力塔不同段數(shù)對(duì)應(yīng)的單塔水量 單位：m3/h

根據(jù)以上參數(shù)資料，系統(tǒng)組成30個(gè)方案進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，冷卻塔的熱力計(jì)算采用焓差法[3]。計(jì)算結(jié)果前2位方案，在年平均氣象條件下，根據(jù)不同組合的機(jī)力塔段數(shù)和倍率計(jì)算出各自的年費(fèi)用(不包含循管、凝汽器)，機(jī)力塔前3名組合方案見(jiàn)表5。

表5 機(jī)力塔前3名組合方案

根據(jù)對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化計(jì)算結(jié)果的分析比較，為節(jié)約初投資，考慮到機(jī)組的實(shí)際情況，本工程推薦循環(huán)水供水系統(tǒng)方案組合為：

機(jī)力塔風(fēng)機(jī)電機(jī)配置功率N＝200 kW，塔段數(shù)M＝15，循環(huán)水倍率n＝66、凝汽器面積42000 m2、循環(huán)水管DN3200。該方案組合在年平均氣象條件下，在年平均氣象條件下，計(jì)算冷卻塔出水溫度(凝汽器進(jìn)水溫度)為28.8oC，平均背壓約為7.50 kPa。在夏季10%氣象條件下，計(jì)算冷卻塔出水溫度(凝汽器進(jìn)水溫度)為32oC，平均背壓約為9.0 kPa。

4 兩種方案比較

4.1 適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)

循環(huán)水系統(tǒng)配自然通風(fēng)冷卻塔及機(jī)械通風(fēng)冷卻塔適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表6。

表6 適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)照表

4.2 年費(fèi)用比較

循環(huán)水系統(tǒng)配置自然通風(fēng)冷卻塔的方案為冷卻塔淋水面積11000 m2，冷卻倍率為60倍；機(jī)力塔方案為機(jī)力塔風(fēng)機(jī)電機(jī)配置功率N＝200 KW，風(fēng)機(jī)直徑?9750 mm，塔段數(shù)M＝15，冷卻倍率n＝66。根據(jù)自然塔和機(jī)力塔各自的推薦組合方案，將各自的費(fèi)用列入表7。

表7 自然塔與機(jī)力塔年費(fèi)用比較

由表7看出，循環(huán)水系統(tǒng)配置自然通風(fēng)冷卻塔的方案比配置機(jī)力塔方案年費(fèi)用多301萬(wàn)元。

5 結(jié)論

從上表的經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果可以看出，由于電廠當(dāng)?shù)氐臍鉁丶皾穸榷驾^高，選擇自然塔的淋水面積會(huì)相對(duì)較大，造價(jià)相對(duì)較高，冷卻塔出水溫度亦相對(duì)較高，導(dǎo)致在各自優(yōu)化組合的方案配置上，自然塔年費(fèi)用大大高于機(jī)力塔。同時(shí)，自然塔的施工周期較長(zhǎng)，結(jié)合印尼當(dāng)?shù)氐氖┕に?，?duì)于11000 m2的大型自然塔的施工難度會(huì)比較大。因此，綜合上述幾點(diǎn)原因，推薦循環(huán)水系統(tǒng)配置帶機(jī)械通風(fēng)冷卻塔的方案更為適合本工程的實(shí)際條件。推薦的循環(huán)水系統(tǒng)配置方案為：機(jī)力塔風(fēng)機(jī)電機(jī)配置功率N＝200 kW，風(fēng)機(jī)直徑?9750 mm，塔段數(shù)M＝15，循環(huán)水冷卻倍率n＝66、凝汽器面積42000 m2，循環(huán)水管DN3200。該方案組合在年平均氣象條件下，在年平均氣象條件下，計(jì)算冷卻塔出水溫度(凝汽器進(jìn)水溫度)為28.8oC，平均背壓約為7.50 kPa。在頻率10%的氣象條件下，計(jì)算冷卻塔出水溫度(凝汽器進(jìn)水溫度)為32oC，平均背壓約為9.0 kPa。

[1] DL/T5339-2006，火力發(fā)電廠水工設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB/T50102-2003,，工業(yè)循環(huán)水冷卻設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Optimization Design on the Cooling Tower Type Selection Elevated Temperature and High Humidity Area in Overseas

GAO Kun-hua
(ShanDong Electric Power Engineering Consulting Institute, Jinan 250013, China)

he article take the project of South Sumatra 4×600MW mine mouth power plant as sample , introduced the optimization of the circulating water system of the project in order to exploit the international market and do the foreign project better .Compared with technique and economy, it is economical and reasonable after using machanical-draft watercooling water instead of natural draft cooling water in the elevated temperature and high humidity area.The project provide the design experience for the similer condition area.

elevated temperature and high humidity area; circulating water system; cooling tower; lectotype; optimum design.

TM621

B

1671-9913(2010)06-0048-05

2010-10-30

高坤華(1965-)，女，高級(jí)工程師，主要從事電廠設(shè)計(jì)工作。