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        直接空冷凝汽器改造優(yōu)化分析

        2018-04-02 09:12:22翟英俊石志奎李翔宇
        吉林電力 2018年1期
        關(guān)鍵詞:凝汽器分析

        翟英俊,王 威,石志奎,李翔宇

        (中國電力工程顧問集團(tuán)東北電力設(shè)計院有限公司,長春 130021)

        國內(nèi)直接空冷凝汽器(ACC)機(jī)組中空冷凝汽器的形式按照管束排數(shù)劃分,有單排管、雙排管和三排管,應(yīng)用最多的為單排管[1-5],其次是雙排管,最少的為三排管。管束形式的選擇很重要,因為空氣在翅片管間流動的空氣阻力及翅片管的換熱系數(shù)是空冷凝汽器的關(guān)鍵性能,也是空冷凝汽器優(yōu)化設(shè)計的主要參數(shù)??諝庾枇Υ笮∮绊懣绽淠骼鋮s風(fēng)量,直接影響空冷風(fēng)機(jī)電耗。在空氣阻力性能方面,單排管具有明顯優(yōu)勢;且采用單排管空冷凝汽器,在相同迎面風(fēng)速下(相同冷卻風(fēng)量),空冷風(fēng)機(jī)的靜壓小,軸功率減小,風(fēng)機(jī)能耗下降,所以,從空氣阻力性能分析,可考慮將已有雙排管改造成單排管。

        1 某電廠雙排管直接空冷系統(tǒng)現(xiàn)狀

        某600 MW直接空冷機(jī)組空冷凝汽器采用雙排管鋼翅片凝汽器?;軝M截面尺寸為100 mm×20 mm,翅片規(guī)格為119 mm×49 mm,翅片間距4.0 mm/2.5 mm。設(shè)置64個空冷單元,翅片管總面積1 653 379 m2。

        通過對該電廠直接空冷系統(tǒng)空氣側(cè)風(fēng)量設(shè)計計算與實測對比[6-7],風(fēng)機(jī)風(fēng)量的計算值較實測值小很多,實際發(fā)揮作用的風(fēng)量僅有25%~37%。由于當(dāng)?shù)亓醯然覊m雜物較多,隨著運(yùn)行年限增加,翅片管之間積灰逐漸增多,且無法進(jìn)行有效清理,導(dǎo)致實際發(fā)揮作用的風(fēng)量較小、阻力過大,嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的通風(fēng)和散熱性能。為提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性,對機(jī)組雙排管散熱器進(jìn)行單排管改造更換。

        2 改造方案分析

        按1臺ACC機(jī)組改造進(jìn)行分析,空冷島雙排管順流管束尺寸為9 900 mm×3 020 mm,共計384片;逆流管束尺寸9 300 mm×3 020 mm,共計128片。根據(jù)雙排管與單排管的結(jié)構(gòu)特點,更換為單排管后順流管束尺寸為10 000 mm×3 016 mm,共計384片;逆流管束尺寸9 500 mm×3 016 mm,共計128片,更換后總散熱面積為185.73×104m2。更換后的單排管尺寸與原雙排管尺寸相近,雙排管單個管束質(zhì)量約為10.0 t,更換后單排管管束質(zhì)量僅為5.2 t,從荷載角度看,雙排管更換為單排管不會對空冷島結(jié)構(gòu)造成不利影響。

        針對電廠實際情況,空冷島散熱器的更換可以按照3種方案考慮。方案1:1次全部更換;方案2:分2次更換(第1年更換1、2、7、8列,第2年更換3、4、5、6列);方案3:分4次更換(第1年更換1、8列,第2年更換2、7列,第3年更換3、6列,第4年更換4、5列)。

        對于方案1,可以分3種情況考慮??绽鋶u現(xiàn)有64個空冷單元,雙排管一次全部更換為單排管后散熱器面積為185.73×104m2(方案1A);鍋爐最大蒸發(fā)量(TMCR)工況背壓10.8 kPa,散熱余量約27%,為達(dá)到節(jié)省初投資的目的,對空冷島散熱器的更換可為將64個空冷單元全部更換,但順流管束長度9 m,更換后散熱器面積約為167.16×104m2(方案1B);此外還可只更換56個空冷單元,每列預(yù)留一個單元不更換,更換后散熱器面積約為162.51×104m2(方案1C)。

        3 投資與效益比較分析

        對上述方案進(jìn)行靜態(tài)回收年限分析,確定方案的經(jīng)濟(jì)性,計算主要輸入原則如下。

        a.靜態(tài)分析回收年限計算按照成本電價考慮。

        b.機(jī)組利用時間采用機(jī)組實際運(yùn)行統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

        c. 改造前為進(jìn)一步降低機(jī)組背壓,夏季噴水降溫費用計入到改造前后微增收益差值中。

        d.雙排管改造成單排管后,風(fēng)機(jī)阻力減小,風(fēng)量增大,通過對原配置風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)后的風(fēng)機(jī)消耗功率能耗差值計入改造前后微增收益差值中。

        e.更換下來的雙排管按照將該部分廢品鋼材節(jié)省費用計入初投資方案計算靜態(tài)回收年限。

        3種改造方案工期均較長,會影響到機(jī)組正常運(yùn)行,因3種方案影響機(jī)組發(fā)電量基本相當(dāng),故均不計入靜態(tài)回收年限分析中。方案1A、方案1B、方案1C靜態(tài)分析回收年限分析見表1。

        表1 方案1靜態(tài)回收年限分析

        由表1可見,由于方案1A散熱器面積較大,改造后背壓更低,因此改造前后的盈利差最大,較方案1B和方案1C盈利都高,因此其靜態(tài)回收年限最短,最經(jīng)濟(jì)。

        由方案1的3種方案比較可知64個單元雙排管全部更換為單排管較經(jīng)濟(jì),因此方案2、方案3按照散熱器全部一次性更換為185.73×104m2單排管參與比較。方案2、方案3改造前后收益分析見表2,其中初投資方案2為8 045.0×104元,方案3為8 979.0×104元;靜態(tài)分析回收年限方案2為9.5年,方案3為10.7年,風(fēng)機(jī)能耗差值以年計。

        表2 方案2和方案3改造前后收益分析 104元

        由表1、表2可知,方案1A靜態(tài)分析回收年限8.9年;方案2靜態(tài)分析回收年限9.5年;方案3靜態(tài)分析回收年限10.7年。方案1A 64個單元雙排管一次全部更換為單排管,散熱器面積為185.73×104m2,回收年限最短、最為經(jīng)濟(jì),因此,推薦按照方案1A進(jìn)行改造。

        4 發(fā)電節(jié)約燃煤量及節(jié)能減排分析

        通過本次空冷凝汽器由雙排管束改為單排管束,使機(jī)組運(yùn)行背壓大大降低,從而減少了機(jī)組的冷源損失。由于冷源損失的減少,機(jī)組的熱效率得到提高,汽輪機(jī)的熱耗率減少,機(jī)組的煤耗率下降。這樣可使電廠的熱經(jīng)濟(jì)性得到提高。根據(jù)機(jī)組運(yùn)行的實際背壓計算出改造前機(jī)組的純凝額定出力工況,冷季和熱季的發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率,以及進(jìn)行空冷凝汽器改造后的冷季和熱季的發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率。由此可算出,由于空冷凝汽器改造后機(jī)組的熱效率得到提高,發(fā)電煤耗率下降,一年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤量分析見表3。

        表3600MW機(jī)組發(fā)電節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤量分析

        項 目數(shù)值熱季改造前平均發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率/[g·(kW·h)]317.14熱季改造后平均發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率/[g·(kW·h)]305.44熱季年設(shè)備利用時間/h1475冷季改造前平均發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率/[g·(kW·h)]311.85冷季改造后平均發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率/[g·(kW·h)]304.39冷季年設(shè)備利用時間/h2801年發(fā)電量/(kW·h)2.565×109年發(fā)電節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤量/t22892

        本次分析對空冷凝汽器由雙排管束改為單排管束,可有效控制煙塵、SO2和NOx的排放。改造后實現(xiàn)節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤量22 892 t/a,每年可減少煙塵、SO2、NOx和CO2排放總量分別約為95 t、344 t、794 t和5×104t,具有較好的環(huán)境效益。

        5 結(jié)論及建議

        a.從管束型式角度分析:單排管空冷元件具有明顯優(yōu)勢,而且國產(chǎn)化也較成熟,升級改造推薦采用單排管替換原有雙排管。

        b.從工藝角度分析:通過對多種更換方案進(jìn)行靜態(tài)回收年限分析可知,一次性全部更換單排管散熱器回收年限最短、經(jīng)濟(jì)性最好,推薦按照方案1A進(jìn)行改造。

        c.從結(jié)構(gòu)角度分析:更換后的單排管尺寸與原雙排管尺寸相近,質(zhì)量較小,從荷載角度看,雙排管更換為單排管不會對空冷島結(jié)構(gòu)造成不利影響。

        d.從煤耗角度分析:由于散熱器雙排管改造為單排管后汽輪機(jī)排汽背壓明顯下降,煤耗會有比較大的下降。經(jīng)計算機(jī)組的發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率改造后要比改造前低,熱季下降11.7 g/(kW·h),冷季下降7.46 g/(kW·h),一年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤22 892 t。

        e.從節(jié)水角度分析:散熱器雙排管改造為單排管后可節(jié)省噴淋水量約為11×104t/a,對于地處水資源較匱乏地區(qū),節(jié)水寶貴的水資源具有較大的社會效益。

        f.從節(jié)電角度分析:通過對原配置風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)后的風(fēng)機(jī)消耗功率理論上在TMCR工況可由改造前的7 720 kW降低為7 070 kW,若僅考慮熱季發(fā)電,每年節(jié)省廠用電量約96×104kW·h。

        g.從環(huán)保角度分析:由于年節(jié)約標(biāo)煤總量約22 892 t。折合污染物排放,每年減少煙塵、SO2、NOx和CO2排放總量分別約為95 t、344 t、795 t和5×104t。具有很好的環(huán)境效益。

        h.從冬季防凍角度分析:散熱器雙排管改造為單排管后,冬季機(jī)組運(yùn)行需注意最小防凍流量的控制,以免凍脹散熱器。

        參考文獻(xiàn):

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