王志廣

（福建永福工程顧問(wèn)有限公司）

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）

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。

系統(tǒng)優(yōu)化；凝汽器面積；背壓；冷卻倍率；年費(fèi)用

1　概述

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4×1000MW機(jī)組工程可研設(shè)計(jì)工作，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)機(jī)組布置方案和系統(tǒng)設(shè)置，在滿足安全、運(yùn)行等條件下，盡一切可能降低工程造價(jià)，提高項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益。

1.1工程概況

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)市約35km，距福州約70km，南距福清市約33km。遠(yuǎn)期規(guī)劃容量為4×1000MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，并留有擴(kuò)建條件。本期工程建設(shè)2×1000MW超超臨界機(jī)組，同步建設(shè)尾部煙氣脫硫、脫硝裝置，全廠一次規(guī)劃分期建設(shè)。

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，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，最后排入廠址海域。

1.1.3循環(huán)水供水系統(tǒng)優(yōu)化概述

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)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。

2　基礎(chǔ)資料及設(shè)備參數(shù)

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：

2.1取水海域自然水溫（見(jiàn)表1）

2.2汽輪機(jī)參數(shù)

表1　多年逐月平均、最高、最低水溫表（單位：℃）

（1）本期2×1000MW機(jī)組為超超臨界燃煤機(jī)組，采用超超臨界、雙背壓、單軸、四缸四排汽、中間再熱凝汽式式汽輪機(jī)。

（2）單臺(tái)機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)額定工況凝汽量為1679t/h，設(shè)計(jì)背壓Pk=0.0049MPa，機(jī)組出力1000MW；校核工況凝汽量為1759t/h，校核背壓Pk=0.0091MPa。

2.3凝汽器資料

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、鈦管凝汽器，本次優(yōu)化計(jì)算按此進(jìn)行。

本設(shè)計(jì)凝汽器冷卻水管外徑×壁厚=φ25×0.5mm，臟污系數(shù)取0.85。

3　循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化

3.1參選方案的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)

3.1.1基本技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)

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。

表2　

3.1.2冷卻倍率參數(shù)

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、冬季）變倍率運(yùn)行方式進(jìn)行比較分析，即采用62/46.5/24.8、64/48/ 25.6、66/49.5/26.4三種倍率，夏季為一臺(tái)機(jī)組配三臺(tái)循環(huán)水泵，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，根據(jù)熱力計(jì)算成果進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較計(jì)算。

3.2系統(tǒng)水力計(jì)算

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DN3600和DN3800兩種配置進(jìn)行水力計(jì)算，系統(tǒng)阻力計(jì)算公式如下：局部阻力：△h=ξν2/2g沿程阻力損失：△h=i×L

3.3設(shè)計(jì)方案組合

（1）凝汽器方案：冷凝面積為FF=51000m2、52000m2、53000m2共三組。

（2）冷卻倍率方案：全年分春秋季、夏季、冬季三季運(yùn)行方式，共有62/46.5/24.8、64/48/25.6、66/49.5/26.4三種倍率。

（3）循環(huán)水管（干管）方案：DN3600、DN3800共2組。

3.4參選方案約束限制條件

（1）在夏季最熱三個(gè)月P=10%日平均水溫28.5℃氣象條件下，加上一定的回水溫升后（t=29.7℃）的運(yùn)行背壓應(yīng)能滿足小于機(jī)組滿發(fā)的最高允許背壓9.1kPa要求。

（2）凝汽器端差δt不小于2.8℃，小于2.8℃時(shí)取2.8℃。

3.5優(yōu)化計(jì)算及結(jié)果分析比較

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)目多種可能實(shí)施的方案，以每一方案的一次投資，與此方案實(shí)施后在預(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)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)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：

NF=P×（AFCR）+U

式中：NF——使用期內(nèi)等額年費(fèi)用（拉平到經(jīng)濟(jì)使用年限n年內(nèi)）；

3.5.2年費(fèi)用計(jì)算

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)、大修理費(fèi)的和。

（1）各方案汽輪機(jī)背壓限制條件校核

優(yōu)化得出的參數(shù)應(yīng)按汽機(jī)校核工況（凝汽量Dk=1759t/h）在夏季最炎熱三個(gè)月P=10%的日平均水溫為28.5℃加上按電廠溫排水造成的海水增溫1.2℃，對(duì)不同循環(huán)水冷卻倍率、凝汽器端差、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發(fā)（PK<0.0091MPa）。

考慮一定裕度后（t=29.7℃），各種組合方案的背壓值均小于0.0091MPa，即均滿足汽輪機(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)果。

表3年費(fèi)用表

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，冷卻倍率為64/48/25.6、年費(fèi)用均較低，排序較靠前；凝汽器面積53000m2、循環(huán)水管DN3800、冷卻倍率64/48/25.6的組合年費(fèi)用最低，凝汽器面積52000m2、循環(huán)水管DN3800、冷卻倍率64/48/ 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)元），為節(jié)省工程初期投資費(fèi)用，本階段推薦采用年費(fèi)用排第二的組合方案。

4　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/m2、發(fā)電單位成本為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)行敏感性分析，得出以下結(jié)果：

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，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)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），則其凝汽器面積較大者經(jīng)濟(jì)技術(shù)為優(yōu)。

5　推薦方案的確定

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)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：

循環(huán)水管：DN3800；凝汽器冷卻面積：52000m2；冷卻倍率：m=64倍；冷卻管根數(shù)：55000根；冷卻管規(guī)格：φ25×0.5（mm）。

[1]《電力工程水務(wù)手冊(cè)》.中國(guó)電力出版社.

[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.

[3]《工業(yè)循環(huán)水冷卻設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T50102-2003）.中國(guó)計(jì)劃出版社，2003.

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1673-0038（2015）39-0242-02

2015-9-6