梁 婧

（濟(jì)南熱電有限公司，濟(jì)南 250000）

復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)與直接空冷系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性比較分析

梁 婧

（濟(jì)南熱電有限公司，濟(jì)南 250000）

通過(guò)對(duì)復(fù)合循環(huán)空氣冷卻系統(tǒng)工作原理的分析，在系統(tǒng)設(shè)備產(chǎn)、耗功量與性能指標(biāo)的分析基礎(chǔ)上得出機(jī)組汽輪機(jī)最佳真空。結(jié)合算例中機(jī)組所在地區(qū)的氣候條件，從理論上對(duì)復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)與算例中選擇的蒙東600MW直接空冷系統(tǒng)的做經(jīng)濟(jì)性比較。綜合分析復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性收益，進(jìn)一步證實(shí)復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)的可行性，對(duì)空冷系統(tǒng)的研究和工程應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。

發(fā)電功率增量；環(huán)境溫度；變工況；最佳真空

前言

近年來(lái)提出的復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)具有直冷系統(tǒng)的節(jié)水率，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)接近于濕冷機(jī)組的真空。由于復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)真空不受外界環(huán)境與機(jī)組工況的約束，在系統(tǒng)設(shè)備配合下真空是可以人為大范圍調(diào)節(jié)的，這就相對(duì)于直接空冷系統(tǒng)大大的增強(qiáng)了環(huán)境適應(yīng)能力且很好的解決了“高溫難滿(mǎn)發(fā)”的難題［1］。本文以蒙東地區(qū)600MW直接空冷機(jī)組為例，結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件在經(jīng)濟(jì)性上與復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)做詳細(xì)的比較。

1 復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)與直冷系統(tǒng)比較

圖1 直接空冷機(jī)組系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

圖2 復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)機(jī)組簡(jiǎn)圖

如圖1、2中給出了直接空冷系統(tǒng)與復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)的主要設(shè)備圖。復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)［2］其相對(duì)于直接空冷系統(tǒng)是在空冷散熱器與汽輪機(jī)凝汽器之間插入了由氨汽輪機(jī)與壓縮機(jī)并聯(lián)而成的系統(tǒng)，其運(yùn)行方式主要取決于機(jī)組負(fù)荷與外界的環(huán)境溫度。通過(guò)氨汽輪機(jī)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)低溫時(shí)段排汽潛熱的利用，通過(guò)壓縮機(jī)的運(yùn)行保證機(jī)組的高溫滿(mǎn)發(fā)與提高設(shè)備的利用率。

2 算例的氣候條件與系統(tǒng)真空的選取

圖3 蒙東地區(qū)典型年氣溫—小時(shí)分布

由于復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)與直冷系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行功率與外界環(huán)境溫度有直接的關(guān)系，對(duì)系統(tǒng)做經(jīng)濟(jì)性的分析需結(jié)合機(jī)組的氣候分布做計(jì)算。算例中氣候條件分布采用典型年氣溫—小時(shí)分布如圖3所示，結(jié)合機(jī)組的運(yùn)行負(fù)荷變化，本文采用滿(mǎn)負(fù)荷加權(quán)小時(shí)數(shù)，全年加權(quán)小時(shí)數(shù)為5500h。

復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)在不同的外界環(huán)境溫度與負(fù)荷下，最佳真空的計(jì)算中選取采用了系統(tǒng)功率的增益函數(shù)［3］：

圖4 理論最佳背壓的變化曲線

式中，Pst—系統(tǒng)相對(duì)于直接空冷真空變化的發(fā)電功率增量，kW；Pat—復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)低溫時(shí)段潛熱利用氨汽輪機(jī)發(fā)電功率，kW；Pac—高溫時(shí)段壓縮機(jī)耗功率，kW；Pap—氨泵的功率，kW。在機(jī)組負(fù)荷與環(huán)境溫度為定量時(shí)，不同真空值對(duì)應(yīng)有不同的增益函數(shù)Y值，其中Y為最大值時(shí)對(duì)于的真空值為系統(tǒng)的運(yùn)行最佳真空，計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

3 空冷系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性比較預(yù)測(cè)分析

根據(jù)上述計(jì)算的復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)的最佳真空結(jié)果，在系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行假定系統(tǒng)始終按照最佳真空方式運(yùn)行，通過(guò)計(jì)算來(lái)分析其高溫時(shí)段與低溫時(shí)段的產(chǎn)耗功相比較于直接空冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。計(jì)算以機(jī)組滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行為例，結(jié)合不同溫度分布的加權(quán)小時(shí)數(shù)可以得出每一溫度點(diǎn)對(duì)于的功量：Qst（低溫時(shí)段Qst，1和高溫時(shí)段Qst，2的和）、Qat、Qac、Qap，可定量的對(duì)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性做出分析。

3.1 低溫時(shí)段系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性比較

由圖4可知在低于-2℃時(shí)，最佳真空為4kPa（在最佳真空的計(jì)算中，真空取值從機(jī)組設(shè)計(jì)的極限背壓4kPa開(kāi)始取值），算例中直接空冷系統(tǒng)額定背壓為15kPa。復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)相對(duì)于直接空冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性收益［4］有兩部分：（1）由于背壓的降低汽輪機(jī)發(fā)電增量Qst，1定義為復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)內(nèi)收益；（2）對(duì)低溫潛熱利用的氨汽輪機(jī)的發(fā)電功率Qat定義為復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)的外收益。算例中溫度低于-2℃的加權(quán)小時(shí)數(shù)為2409.7h，機(jī)組由于真空的變化汽輪機(jī)發(fā)電功率增量為10129kW，由此可得到復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)在低溫時(shí)段機(jī)組內(nèi)收益為：

結(jié)合氨汽輪機(jī)功率與溫度—小時(shí)分布情況可以得到系統(tǒng)的外收益如圖5所示。低溫時(shí)段氨氣輪機(jī)累計(jì)產(chǎn)電量為：

按算例中直接空冷機(jī)組的額定工況計(jì)算，可以得出直接空冷系統(tǒng)全年的發(fā)電量為3.33×1010kW.h，由此可得：（2.44108+9.78×108）/3.33×1010=3.67%，可以看出復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)中的氨汽輪機(jī)內(nèi)收益與汽輪機(jī)組發(fā)電外收益對(duì)電站整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性有一個(gè)很大的提高。

圖5 低溫時(shí)段溫度—小時(shí)累計(jì)發(fā)電量

圖6 高溫時(shí)段溫度—小時(shí)累計(jì)耗功量

3.2 高溫時(shí)段系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的比較

復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)在滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)，由圖4可知當(dāng)外界溫度大于-2℃時(shí)為最佳真空運(yùn)行方式的高溫時(shí)段，系統(tǒng)由氨汽輪機(jī)轉(zhuǎn)換為壓縮機(jī)的運(yùn)行。隨著環(huán)境溫度的升高，系統(tǒng)的最佳真空也增大，當(dāng)環(huán)境溫度為13℃最佳真空值是10.5kPa時(shí)，系統(tǒng)相對(duì)于算例中直接空冷系統(tǒng)的收益為零，即此時(shí)壓縮機(jī)的功率等于系統(tǒng)相對(duì)于直冷系統(tǒng)由于背壓下降汽輪機(jī)功率的增量。當(dāng)環(huán)境溫度大于13℃時(shí)，采用最佳真空運(yùn)行方式由于壓縮機(jī)的功量的增加與最佳真空的變大，復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)的運(yùn)行出現(xiàn)負(fù)收益階段。結(jié)合圖4中的給出的數(shù)據(jù)點(diǎn)，計(jì)算負(fù)收益階段復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)壓縮機(jī)小時(shí)累計(jì)耗功量如圖6所示。高溫時(shí)段壓縮機(jī)耗功Qac結(jié)合對(duì)應(yīng)小時(shí)數(shù)計(jì)算結(jié)果：

高溫時(shí)段系統(tǒng)采取最佳真空方式運(yùn)行與直接空冷系統(tǒng)汽輪機(jī)發(fā)電功率增量計(jì)算中，直接空冷系統(tǒng)的額定背壓為15kPa，復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)背壓結(jié)合圖4中計(jì)算結(jié)果［5］，結(jié)合氣溫—小時(shí)分布圖可得：

由于此處的直接空冷系統(tǒng)選取的背壓為額定背壓，而在高溫時(shí)段直接空冷系統(tǒng)的運(yùn)行保持額定背壓是很難實(shí)現(xiàn)的，因此實(shí)際汽輪機(jī)發(fā)電功率增量要大于公式（5）中結(jié)果，這里的計(jì)算結(jié)果為復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)相對(duì)于直接空冷系統(tǒng)的發(fā)電功量負(fù)收益的一個(gè)極限。

3.3 全年系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性比較

上面對(duì)復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)與直接空冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性在高溫時(shí)段與低溫時(shí)段做了詳細(xì)的比較計(jì)算。計(jì)算的溫度選取區(qū)間只考慮了收益性較明顯的低溫時(shí)段與高溫時(shí)段的系統(tǒng)負(fù)收益區(qū)，對(duì)高溫時(shí)段的經(jīng)濟(jì)性正收益階段此處不做考慮［6］。接下來(lái)對(duì)全年的經(jīng)濟(jì)性收益做計(jì)算：

結(jié)合直接空冷系統(tǒng)額定工況全年發(fā)電量可得7.97×108/3.33×1010=2.39%，計(jì)算表明復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)相對(duì)于直接空冷系統(tǒng)的全年經(jīng)濟(jì)性收益還是比較可觀的。

4 結(jié)論

本文以蒙東600MW直接空冷系統(tǒng)為例，結(jié)合算例中氣候條件與復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性做了詳細(xì)的分析：

1）復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)在低溫時(shí)段運(yùn)行相對(duì)于直接空冷系統(tǒng)的收益是比較明顯的，可以分為汽輪機(jī)發(fā)電功率增量的內(nèi)收益與排汽低溫潛熱利用的外收益，且內(nèi)外收益之和相對(duì)于直冷機(jī)組全年發(fā)電量可達(dá)3.67%，對(duì)電站系統(tǒng)總效率都是一個(gè)很大的提高。

2）復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)在高溫時(shí)段的運(yùn)行相對(duì)于直接空冷系統(tǒng)額定背壓15kPa在經(jīng)濟(jì)性收益方面存在負(fù)收益，但是綜合復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)全年時(shí)段的運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)性上相對(duì)于直接空冷機(jī)組全年發(fā)電量可達(dá)2.39%，在解決目前空冷機(jī)組普遍存在的問(wèn)題的同時(shí)還是有很好的經(jīng)濟(jì)性收益。

［1］高增寶，柴靖宇.關(guān)于空冷機(jī)組在夏季炎熱期滿(mǎn)發(fā)的問(wèn)題［J］.電力建設(shè)，1998，（9）：28～31.

［2］楊善讓?zhuān)熘久?，王恭?蒸汽動(dòng)力循環(huán)耦合正、逆制冷循環(huán)的電站空冷系統(tǒng)［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006，26（23）：61～66.

［3］趙洪濱，曹嶺.直接空冷凝汽器理論最佳背壓的研究［J］.工程熱物理學(xué)報(bào)，2009，30（11）：1834～1836.

［4］楊善讓?zhuān)惲④?，郭曉克?環(huán)境低溫條件下汽輪機(jī)排汽潛熱的利用新方法［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2009，39（1）：150～153.

［5］曹麗華，金建國(guó)，李勇.背壓變化對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組電功率影響的計(jì)算方法研究［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，2009，48（1）：11～13.

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Based on the composite-cycle air-cooling system works and analysis of the system equipment production，consumption work and performance indicators，derived turbine optimal vacuum of units.Combining the climatic conditions of the unit in example，make the econom ic theory comparison between composite-cycle air-cooling system and Mondon 600MW direct air-cooling system.Comprehensive analysis the econom ic benef ts of the composite-cycle aircooling system，which could provide guiding signif cance for research and engineering applications of air-cooling system，also further conf rm the feasibility of composite-cycle air-cooling system.

Power generation increment； Ambient temperature； Variable working conditions； Optimal vacuum