电厂尖峰冷却改造.pdf

2023 年第 9 期2023 年 9 月发电厂汽轮机的排汽通过冷却装置释放乏汽中的汽化潜热而形成凝结水，进而回收至热井，通过凝结水泵的增压回送，进行新的热力循环。乏汽冷却方式主要有湿冷和空冷方式。湿冷方式通常采用湿式冷却水塔，冷却水系统为开式，整个系统失水量巨大。空冷方式分为直接空冷式和间接空冷式，此种方式采用闭式系统，理论上没有水源损失，因而在干旱少水地区的电厂被广泛应用。但空冷系统受制于本身固有的缺点，汽轮机排汽背压受环境温度、空冷散热器内外表面的脏污程度等条件影响较大，导致部分空冷电厂的运行工况与设计工况偏离较大。尤其随着国际市场煤炭价格持续走高，加之气候逐渐转暖，机组夏季运行背压高、煤耗大、发电成本高的问题凸显。京海电厂是国内投入运行较早的 300 MW 等级直接空冷燃煤电站。依据投运时煤价比较低的情况，确定的机组夏季满发背压值与现今相比相对偏高，TRL（Turbine Rating Load，汽轮机的额定工况）为 32 kPa，需要配置的空冷规模与之对应（空冷散热器面积为8.7105m2）。本着节能降耗的原则，对京海电厂的空冷系统进行分析论证，以期达到降低机组夏季运行背压，减少发电煤耗，降低机组运行成本的目的。1电厂概况及其空冷系统配置1.1电厂概况京海电厂位于内蒙古自治区乌海市，一期工程建设2330 MW 亚临界循环流化床供热机组，占地面积0.7 km2，于 2010 年 8 月、10 月相继投产，同时配套供热首站及汽轮机抽汽系统，设计供热面积 5106m2。1.2空冷系统配置京海电厂空冷系统的主要设备由江苏双良空调设备股份有限公司（简称“双良”）供货。空冷散热器采用单排管。单台机组的空冷凝汽器面积为 874 028 m2，呈 65 布置方式，配 30 台直径为 9.144 m 的轴流风机。空冷凝汽器主要参数如表 1 所示。收稿日期：2022-06-27第一作者简介：冯征，1989 年生，男，北京人，工程师，主要从事火电厂节能、供热方面的工作。电厂尖峰冷却改造冯征，刘月辉，陈涛（北京源深能源科技有限责任公司，北京 100142）摘要：针对京海电厂夏季运行经济性差的问题袁 分析了尖峰改造的可行性遥 介绍了系统的组成内容袁 并结合实际夏季运行状态进行了尖峰冷却投运后的模拟计算分析袁 结果表明尖峰冷却改造可有效降低机组的运行背压袁 使机组更节能尧高效地运行遥关键词：尖峰冷却曰 背压曰 节能中图分类号：TK227文献标志码：A文章编号：2095-0802-(2023)09-0076-03Peak Cooling Renovation of Power PlantsFENG Zheng,LIU Yuehui,CHEN Tao(Beijing Yuanshen Energy Technology Co.,Ltd.,Beijing 100142,China)Abstract:The feasibility of peak transformation was analyzed on the problem of poor summer operation economy of JinghaiPower Plant.The composition of the system was introduced,and the simulation and analysis after peak cooling and operation werecarried out according to the actual summer operating state,and the results indicated that the peak cooling modification caneffectively reduce the operating back pressure of the unit,so that the unit can be more energy-saving and efficient.Key words:peak cooling;back pressure;energy conservation（总第 216 期）节能减排表 1空冷凝汽器主要参数表序号项目主要参数顺流逆流1凝汽器型式单排管2管束尺寸/数量9 770 mm 伊2 378 mm/252 个9 770 mm 伊2 378 mm/48 个3翅片管/翅片材质碳钢+铝4空气迎风面质量流速/（kg m-2 s-1）2.32.35翅片管总面积/m2734 183139 8456874 0287风机数量/台2468309风机直径/m9.14410电动机功率/kW132762023 年第 9 期2023 年 9 月图 1尖峰冷却原则性示意图2方案选择分析新的冷却系统作为机组夏季高温期的尖峰冷却系统，需同时满足 1#，2#机组同时或切换使用的需要。当夏季 1 台机组运行时，2 套尖峰冷却系统可共同为1 台运行机组进行尖峰冷却，以更多地降低机组运行背压，提高经济性。尖峰冷却原则性示意图如图 1 所示。京海电厂现有冷却方式主要为机力间冷、机力湿冷和干湿联合 3 种。无论采用哪种方式，均需单独配置循环水泵、凝汽器、机力通风塔以及配套管路和阀门。3 种方式仅机力通风塔的冷却方式不同1。不同机力通风塔冷却方式的对比如表 2 所示。表 2不同机力通风塔冷却方式对比根据京海电厂现有情况以及不同技术方案的对比，推荐采用机力间冷方案，节水的同时减少运行工作量。2.1机力间冷塔确定根据现有场地的特点，该工程一套尖峰冷却系统初步选择 2 组机力通风间冷塔。单组机力通风间冷塔循环水量为 6 000 m3/h，间冷总散热面积为 9.2104m2；散热器管束型式为铝制四排管；循环水质为除盐水；管束规格为 15 000 mm2.666 mm133 mm；单元数为4 格/机组，每格冷却三角数为 4 个；进风方式为两侧进风，风机类别为覫9754 轴流风机，风机配套电动机功率为 160 kW；冷却塔采用钢结构或混凝土框架；散热器进风方式为单元格背靠背单侧进风；循环水管道直径为 DN1 000；耗水量为 0 t/h。2.2附属系统选择循环水泵设计流量Q=3 900 m3/h，扬程H 25 m，共计设置 2 台，不设置备用泵。空冷系统需增加 1 套尖峰冷却凝汽器以及配套的乏汽管道等。在原空冷系统的 DN6 000 主排汽管道上新增 1 根 DN4 000 的排汽管道，引接至新增的凝汽器；新增的排汽管道上设有膨胀节和电动蝶阀，膨胀节用于吸收管道的横向和轴向等位移，电动蝶阀用于原空冷系统与新增系统的隔离。并新增 1 套表面式凝汽器。3背压降低分析3.1计算方法现有空气冷却表面式换热器计算方法较多，多基于能量平衡和质量平衡的原理计算。大部分方法是在综合考虑各种影响空冷换热状态的因子的基础上，进行建模、仿真分析而得出最终结果。为了计算便捷，以仅实现尖峰冷却系统背压降低效果为目的，采用如下方法进行核算。Qp=Ak驻tm，(1)式中：Qp为汽轮机的排汽热负荷，A为换热面积，k为序号项目机力间冷方案机力湿冷方案干湿联合1换热效率换热效率相对较低，同等换热效果需要散热面积较大换热效率较高换热效率高，根据不同工况分段投运2运行水质要求循环水系统为闭式系统，水质为除盐水，对原系统没有任何影响循环水系统为开式，需控制水质循环水系统为半开半闭式，需控制水质3占地面积同等散热能力条件下，间冷系统占地面积大湿冷系统占地面积较小同等散热能力条件下，占地面积较湿冷大4投资额投资较大投资少投资较大5运行维护量系统复杂，检修维护的工作量较大系统简单，运行维护量小系统复杂，检修维护的工作量较大6耗水量闭式冷却系统，不耗水，节省水资源开式冷却系统，耗水量大，且有排污水半开半闭式系统，耗水量小，有排污水7运行费用不耗水，没有排污，仅需循环泵及风机耗电，运行费用少除了泵及风机耗电外，还有耗水费用，运行费用相对较高少量耗水，需泵及风机耗电，运行费用较低空冷岛汽轮机低压缸1#机组汽轮机排汽装置空冷岛汽轮机低压缸2#机组汽轮机排汽装置热网凝汽器新增凝汽器新增系统热网供水管路热网回水管路冯征，等：电厂尖峰冷却改造772023 年第 9 期2023 年 9 月总传热系数，驻tm为传热对数平均温差。pb=pt（th+驻tm），(2)式中：pb为汽轮器排汽压力，pt为t温度下的水蒸汽饱和压力，th为环境温度。即认为在同一时刻下，空冷凝汽器的既有尺寸、环境温度、风力、光照、内外表面的脏污系数等影响均相同，此时主机运行背压仅与新尖峰冷却系统分流的排汽热负荷相关联，空冷凝汽器会进入新的背压状态运行2。3.2核算分析根据 3.1 节的核算原则，机组增加的尖峰冷却装置分流了原上空冷岛的乏汽量。此时变工况前后空冷凝汽器凝结温度与冷却空气进口温度的差值，和上空冷岛的蒸汽流量成线性关系3。以此为理论基础，计算增加尖峰冷却装置后的机组背压下降值。机组原背压情况根据 DCS（Distributed Control System，分散控制系统）导出数据统计，不同环境温度下的背压降低效果如图 2图 6 所示。由图 2图 6 可看出，相同环境温度下，随着机组负荷增大，尖峰冷却装置降背压值有增大趋势。图 6所示为不同环境温度下，机组投运尖峰冷却装置后的背压下降值。由图 6 可知，随着环境温度的升高，尖峰冷却装置降背压作用更加明显。4节能测算根据第 3 节尖峰冷却系统造成的背压降低值，核算发电煤耗降低值。不同环境温度对应煤耗降低值如图 7 所示。图 7不同环境温度对应煤耗降低值统计机组不同环境温度下的运行时间如图 8 所示。根据同一环境温度段不同负荷段平均负荷的煤耗降低值和运行小时数，计算每一环境温度下不同负荷段的节煤量。再对不同环境温度段的节煤量求和后，计算出机组统计时间段内合计节煤量为 7 567.42 t。图 226 th臆 28 的机组背压降低图图 328 th臆 30 的机组背压降低图图 430 th臆 33 的机组背压降低图图 533 th臆 35 的机组背压降低图图 6不同环境温度的平均背压降低图150 170 190 210 230 250 270 290 310 330负荷/MW原工况背压值；增加尖峰冷却后的背压值。302520151050150 170 190 210 230 250 270 290 310 330负荷/MW原工况背压值；增加尖峰冷却后的背压值。35302520151050150 170 190 210230 250 270 290310330负荷/MW35302520151050原工况背压值；增加尖峰冷却后的背压值。141618202224262830323436环境温度/益109876543150170190210230250270290310330负荷/MW原工况背压值；增加尖峰冷却后的背压值。403530252015105010.5010.009.509.008.508.0035环境温度/益（下转第 126 页）782023 年第 9 期2023 年 9 月图 8不同环境温度下的运行时间考虑新增的机力通风冷却塔风机功耗和循环水泵的运行功率，运行时间内的折算标煤消耗约 2 591.46 t。则尖峰系统在统计时间段内的净节煤收益约 4 975 t，节能潜力显著4。5结束语根据京海电厂的现有情况进行分析，选择合适的尖峰冷却形式。对尖峰冷却在不同环境温度下背压、煤耗的降低值进行测算分析。在考虑系统辅机电耗的折算后，尖峰冷却系统可实现年净节标煤量约 4 975 t。增设尖峰冷却系统对电厂节煤降耗起正向促进作用，可为国内相同情况电厂的尖峰冷却改造提供参考。具体实施还需根据现实条件进行，需充分进行投资和经济性论证。参考文献：1 刘月正.直接空冷机组间接空气尖峰冷却技术研究 J.节能技术，2019，37(1)：73-77.2 徐正，张晴，崔建勋，等.直接空冷电厂尖峰冷却系统背压计算J.黑龙江电力，2018，40(3)：265-270.3 王永生.华能上安电厂 600 MW 机组空冷尖峰冷却系统改造 D.保定：华北电力大学，2017.4 马庆中，张英龙.直接空冷凝结器尖峰冷却系统的研究与应用 J.山西电力，2007（增刊 1）：55-57.（编辑：高志凤）600500400300200100035环境温度/益3.3支护效果北二采区 1301 工作面开采在距离北翼辅运大巷100 m 范围外时，未对北翼大巷产生动压影响，注浆锚索施工不易在岩层中完成注浆，此时可以进行恒阻大变形锚索和帮部锚索的施工。当工作面位置在距离北翼辅运大巷 100 m 范围内时，1301 工作面的开采开始对北翼大巷产生影响，1301 工作面下部的北翼大巷受采动影响开始产生围岩裂隙，浆液易在巷道围岩内扩散，此时可对北翼大巷进行注浆锚索加固。当工作面距离北翼辅运大巷小于 20 m 时，1301 工作面的开采对下部北翼大巷开始产生严重影响，在此之前需要完成对北翼大巷的注浆加固，维持巷道围岩的稳定。根据矿井现场实际，在注浆过程中，注浆泵压力达到 8 MPa 时停止打压注浆，23 min 后注浆液缓慢渗透到煤岩层缝隙，压力下降后再注浆。当锚索托盘周围出浆或锚索周围的裂隙、锚杆孔出浆时，暂停注浆。注浆过程中每个钻孔应一次性注满。为了对北翼大巷进行锚索受力和巷道位移监测，在北翼 3 条大巷动压影响范围内每隔 100 m 布设 1 个测站，每条大巷共布设 6 个测站。经现场实际监测，3 条大巷的顶板下沉量最大为 78 mm，两帮收敛量最大为116 mm，和数值模拟实验结果相吻合，能够满足安全生产需要。4结束语红阳三矿北二采区 1301 工作面下方为 3 条北翼大巷。3 条北翼大巷在原岩应力及工作面回采动压影响下，其稳定性控制将会面临困难。通过数值模拟试验，对工作面走向和倾向的采动影响范围进行了研究。北二采区 1301 工作面距离北翼辅运大巷 20 m 后，开始对下部北翼大巷产生影响；当工作面继续开采，经过北翼辅运大巷、北翼回风大巷及北翼胶运大巷时，影响范围出现交叉，最大影响范围为 160 m 左右；当北二采区 1301 工作面继续开采，覆盖下部北翼胶运大巷、北翼回风大巷以及北翼辅运大巷时，沿巷道平行方向的最大影响距离约为 105 m；考虑模型对称分布和北二采区 1301 工作面距离（300 m），影响范围约 510 m。根据模拟结果，北二采区 1301 工作面开采位置对下部北翼大巷有不同程度的影响，对采动影响区域需要提前进行巷道加固处理。针对性地提出以恒阻大变形锚索支护和注浆锚索支护为主的补强支护技术。经现场实际监测，3 条大巷的顶板下沉量最大为78 mm，两帮收敛量最大为 116 mm，和数值模拟实验结果相吻合，能满足安全生产需要。参考文献：1 汤佳佳.三河口煤矿采空区下回采巷道支护技术研究 D.青岛：山东科技大学，2018.2 张忠温，吴吉南，范明建，等.近距离煤层采空区下巷道支护技术研究与应用 J.煤炭工程，2015，47(2)：37-40.3 陈上元，赵波，郭志飚，等.恒阻大变形锚索力学特性及其在深部切顶留巷中的应用 J.煤炭工程，2020，52(11)：103-107.（编辑：高志凤）（上接第 78 页）126