论文部分内容阅读
[摘 要]随着社会的不断进步与发展，人们对能量利用的要求越来越高，对电厂的厂用电要求也越来越严格。本文根据工程实例介绍电厂循环水系统在电厂中的相关配置，阐述了其系统优化配置的原理，可以确保电厂冷却系统安全、经济的运行。
[关键词]电厂循环水系统，优化
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）09-0067-03
1 概述
1.1 厂址概况
本工程装机容量为2×440t/h循环流化床锅炉+2×50MW背压发电机组和1×1125t/h循环流化床锅炉+1×300MW抽凝发电机组。根据收到的热负荷资料情况，本期建设1×440t/h循环流化床锅炉+1×50MW背压发电机组和1×1125t/h循环流化床锅炉+1×300MW抽凝发电机组，预留1×440t/h循环流化床锅炉+1×50MW背压发电机组的扩建条件。
1.2 水源
本工程补给水水源为长江水，采用二次循环供水系统。本工程补给水利用现电厂补给水系统和水厂供水系统，从现电厂净水处理区的进水管路上引接管路，敷设1根DN500的管线，从恒立信水厂2根DN800原水输水管路上引接2根DN500的管线，共3根DN500的管线一并引至新建电厂内原水预处理区靠近反应沉淀池围墙外1m。
1.3 优化内容
为了合理地选择循环水系统的有关设备（如循环水泵、凝汽器等设备）及所配建构筑物的尺寸，并能使机组长期经济运行，需要对循环水系统进行冷端优化。
根据本工程的具体情况，本次优化设计时中央水泵房、循环水管沟尺寸、凝汽器管材、管径及长度等将不作为变数参与优化计算。本次优化计算的内容包括：汽轮机组的设计背压、凝汽器的冷却面积、自然通风冷却塔的冷却面积、最佳循环冷却水量（冷却倍率）等。通过水力、热力及经济计算并比较分析，得到一个与本工程条件最吻合的组合方案。在这个组合方案下，可使与循环水供水系统投资及运行费用有关的年费用最小，同时也能保证汽轮机组的最大出力，即在夏季频率为10%气象条件下，保证汽轮机的背压不超过满负荷运行时的最高允许值，即11.80kPa。
本工程机组是根据东方汽轮机有限公司所提供的300MW亚临界汽轮机组工况进行优化计算的，如300MW亚临界机组热平衡资料发生变化，那么循环水冷端优化计算的结果也将发生变化。
2 汽轮机组参数
本工程按照东方汽轮机有限公司所提供的300MW亚临界汽轮机组THA工况进行循环水系统优化计算，按TRL工况和纯凝工况进行校核计算，汽轮机组热平衡图资料见附件，参数可参见表1。
3 凝汽器参数
（1）凝汽器冷却面积：16000～20000m2（凝汽器冷却面积的优化步长为500m2）。
（2）凝汽器冷却管材质：TP316不锈钢。
（3）凝汽器冷却水管管径：25mm。
（4）凝汽器冷却水管壁厚：空冷区0.7mm，凝结区0.5mm。
（5）循环水冷却倍率范围：45～70倍
（6）凝汽器管道总水阻：≤49kPa。
（7）凝汽器管道内循环水最高流速：2.3m/s。
（8）凝汽器单位面积单价：1000元/m2（材质为TP316不锈钢）。
4 工程气象
4.1 气压
多年平均气压：982.1
多年极端最高气压：1009.6（1992.11.9）（1986～2009年）
多年极端最低气压：952.9（2009.2.12）
4.2 气温
多年平均气温：18.2
多年极端最高气温：43.5（2006.8.15）
多年极端最低气温：-2.7（1962.1.3）
4.3 相对湿度
多年平均相对湿度：79
多年最小相对湿度：13（2005.3.4）（1986～2009年）
4.4 水汽压（hpa）
多年平均水汽压：17.8
多年最小水汽压：2.7（2005.3.4）（1986～2009年）
4.5 降水量及蒸发量
多年年平均降水量：1095.5
多年年最大降水量：1363.4（1973年）
多年年最小降水量：800.5（1955年）
多年一日最大降水量：324.0（1935年）
多年一小時最大降水量：78.2（1957年）
多年10分钟最大降水量：28.7（1957年）
多年最长连续降水量及历时：90.11990.9.27-10.12（16天）
4.6 蒸发量（mm）
多年平均年蒸发量：1125.9
多年年最大蒸发量：1459.5（1959年）
多年年最小蒸发量：908.5（1965年）
4.7 风速（m/s）
多年平均风速：0.8
多年最大风速（10min）：24.4（1969.8.3）
相应的风向：NE
瞬时最大风速：32.8（1991.6.24）
相应的风向：NNE
4.8 其它
多年平均日照时数（h）：1077.6
多年平均雾日数（d）：72.4
多年平均雷暴日数（d）：41
最大积雪深度（cm）：无
最大冻土深度（cm）：无
4.9 夏季累计频率10%湿球温度及相应气象参数 根据气象站2005～2009年共5年夏季（6、7、8月）逐日平均湿球温度进行累积频率计算，求得10%的湿球温度为26.2℃，此湿球温度共出现5次，其相应的日平均干球温度、气压、风速、相对湿度见表2。
5 循环冷却水系统概述
本工程1×300MW机组循环水供水采用单元制二次循环供水系统，配2台双速电机循环水泵（2×50%），夏季按两台高速泵运行，春、秋季按两台低速泵运行，冬季按一台高速泵运行考虑。机组配循环水进水钢管和排水钢管各一根，管径均为DN2400。
2×50MW机组空冷器和冷油器冷却水采用单母管制供水系统，共用2台冷却水泵（2×50%），共用循环水进水钢管和排水钢管各一根，管径均为DN400。
循环水系统主要工艺设备包括循环水泵、液控止回蝶阀、循泵电动机冷却水系统、起重机等。
循环水系统流程为：水厂/老厂补给水—压力输水管—电厂原水预处理系统—自然通风冷却塔—中央循环水泵房—压力钢管—凝汽器—排水管—自然通风冷却塔—回中央循环水泵房。
6 优化计算参数的确定
优化计算参数包括循环冷却水水量（以冷却倍率表示）、冷却塔面积、凝汽器面积等。
（1）冷却倍率
冷却倍率（THA工况）：参照条件相近的同类机组经验，冷却倍率从m=（45～70）中选取，步长为1。循环水泵的运行方式见表3。
（2）冷却塔面积
参照同类300MW机组的配置，并按照500m2一档设置，冷却塔面积分别选择4500m2、5000m2、5500m2共三档。冷却塔的几何参数见表4。
（3）凝汽器面积
参照同类300MW机组的配置，并按500m2一档设置，凝汽器面积分别选择16000m2、16500m2、17000m2、17500m2、18000m2、18500m2、19000m2、19500m2、20000m2共9档。
7 循环水系统优化计算气温
采用气象台月特征气象作为本次优化计算的计算气象条件。并按月份情况定出每台机组循环水泵运行台数，详见表5。
8 循环水系统优化冷端计算初选冷却塔面积及循环冷却水量
8.1 循环水系统优化计算不同组合和配置方案较多，在此就不一一罗列。
8.2 循环水系统优化计算汇总表（表6）
根据上述循环水系统初步优化计算结果，在冷却塔面积5500m2，凝汽器面积选用19000m2，夏季循环水冷却倍率69倍的条件下，每台机组在二台水泵运行时循环水量11.71m3/s为最优。因此综合技术、经济等各方面的因素，推荐采用5500m2逆流式双曲线自然通风冷却塔，一机一塔；夏季冷却倍率推荐采用69倍，每台机组在二台水泵运行的条件下，循环水量为11.71m3/s。
9 循环水系统冷端优化计算确定汽轮机机组背压值
考虑到汽轮机组的设计通用性及本工程项目的特殊性，汽轮机机组的背压按照年平均气象参数，冷却塔面积5500m2及初步优化计算的每台机组的循环水量11.71m3/s，对汽轮机机组的背压值进行计算确定。
根据计算，汽轮机机组的计算背压值为5.39kPa。
10 循环水系统优化计算确定循环水泵参数
根据循环水系统优化计算结果，循环水泵参数为：
一机一泵运行时，每台泵的参数为：Q=7.54m3/s，H=17.60m。
一机一泵半运行时，大泵的参数为：Q=6.77m3/s，H=20.10m；小泵（半泵）的参数为：Q=3.38m3/s，H=20.10m
一机二泵运行时，每台泵的参数为：Q=5.855m3/s，H=21.50m。
11 循环水系统冷端优化计算对汽轮机组TRL工况、夏季純凝工况校核
为了保证汽轮机组在夏季满发，在循环水系统优化计算结果：冷却塔面积5500m2，机组循环水量11.71m3/s的条件下，采用夏季10%的气象参数、汽轮机组TRL夏季工况、汽轮机组夏季纯凝工况进行校核计算，校核汽轮机组在夏季是否能达到满发进行。
在冷却塔面积5500m2，循环水量11.71m3/s的条件下，汽轮机组的背压值分别为8.63kPa（夏季铭牌供热TRL）、9.32kPa（夏季纯凝），小于汽轮机组在夏季的设计背压值11.8kPa，汽轮机组在夏季时可以得到满发，整个循环水系统优化计算结果满足。
12 循环水系统冷端优化计算推荐成果
在汽轮机组THA工况，每年逐月平均气象条件之下，对整个循环水系统进行冷端优化计算，并且对汽轮机组TRL夏季工况、汽轮机组夏季纯凝工况，在夏季10%气象条件进行校核计算，根据循环水系统优化计算结果，并综合技术、经济等各方面情况，本工程推荐采用5500m2逆流式双曲线自然通风冷却塔，配套凝汽器面积为19000m2。
上述循环水系统冷端优化计算结果如输入条件发生改变，则冷端优化计算的结果将随之而改变。
[关键词]电厂循环水系统，优化
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）09-0067-03
1 概述
1.1 厂址概况
本工程装机容量为2×440t/h循环流化床锅炉+2×50MW背压发电机组和1×1125t/h循环流化床锅炉+1×300MW抽凝发电机组。根据收到的热负荷资料情况，本期建设1×440t/h循环流化床锅炉+1×50MW背压发电机组和1×1125t/h循环流化床锅炉+1×300MW抽凝发电机组，预留1×440t/h循环流化床锅炉+1×50MW背压发电机组的扩建条件。
1.2 水源
本工程补给水水源为长江水，采用二次循环供水系统。本工程补给水利用现电厂补给水系统和水厂供水系统，从现电厂净水处理区的进水管路上引接管路，敷设1根DN500的管线，从恒立信水厂2根DN800原水输水管路上引接2根DN500的管线，共3根DN500的管线一并引至新建电厂内原水预处理区靠近反应沉淀池围墙外1m。
1.3 优化内容
为了合理地选择循环水系统的有关设备（如循环水泵、凝汽器等设备）及所配建构筑物的尺寸，并能使机组长期经济运行，需要对循环水系统进行冷端优化。
根据本工程的具体情况，本次优化设计时中央水泵房、循环水管沟尺寸、凝汽器管材、管径及长度等将不作为变数参与优化计算。本次优化计算的内容包括：汽轮机组的设计背压、凝汽器的冷却面积、自然通风冷却塔的冷却面积、最佳循环冷却水量（冷却倍率）等。通过水力、热力及经济计算并比较分析，得到一个与本工程条件最吻合的组合方案。在这个组合方案下，可使与循环水供水系统投资及运行费用有关的年费用最小，同时也能保证汽轮机组的最大出力，即在夏季频率为10%气象条件下，保证汽轮机的背压不超过满负荷运行时的最高允许值，即11.80kPa。
本工程机组是根据东方汽轮机有限公司所提供的300MW亚临界汽轮机组工况进行优化计算的，如300MW亚临界机组热平衡资料发生变化，那么循环水冷端优化计算的结果也将发生变化。
2 汽轮机组参数
本工程按照东方汽轮机有限公司所提供的300MW亚临界汽轮机组THA工况进行循环水系统优化计算，按TRL工况和纯凝工况进行校核计算，汽轮机组热平衡图资料见附件，参数可参见表1。
3 凝汽器参数
（1）凝汽器冷却面积：16000～20000m2（凝汽器冷却面积的优化步长为500m2）。
（2）凝汽器冷却管材质：TP316不锈钢。
（3）凝汽器冷却水管管径：25mm。
（4）凝汽器冷却水管壁厚：空冷区0.7mm，凝结区0.5mm。
（5）循环水冷却倍率范围：45～70倍
（6）凝汽器管道总水阻：≤49kPa。
（7）凝汽器管道内循环水最高流速：2.3m/s。
（8）凝汽器单位面积单价：1000元/m2（材质为TP316不锈钢）。
4 工程气象
4.1 气压
多年平均气压：982.1
多年极端最高气压：1009.6（1992.11.9）（1986～2009年）
多年极端最低气压：952.9（2009.2.12）
4.2 气温
多年平均气温：18.2
多年极端最高气温：43.5（2006.8.15）
多年极端最低气温：-2.7（1962.1.3）
4.3 相对湿度
多年平均相对湿度：79
多年最小相对湿度：13（2005.3.4）（1986～2009年）
4.4 水汽压（hpa）
多年平均水汽压：17.8
多年最小水汽压：2.7（2005.3.4）（1986～2009年）
4.5 降水量及蒸发量
多年年平均降水量：1095.5
多年年最大降水量：1363.4（1973年）
多年年最小降水量：800.5（1955年）
多年一日最大降水量：324.0（1935年）
多年一小時最大降水量：78.2（1957年）
多年10分钟最大降水量：28.7（1957年）
多年最长连续降水量及历时：90.11990.9.27-10.12（16天）
4.6 蒸发量（mm）
多年平均年蒸发量：1125.9
多年年最大蒸发量：1459.5（1959年）
多年年最小蒸发量：908.5（1965年）
4.7 风速（m/s）
多年平均风速：0.8
多年最大风速（10min）：24.4（1969.8.3）
相应的风向：NE
瞬时最大风速：32.8（1991.6.24）
相应的风向：NNE
4.8 其它
多年平均日照时数（h）：1077.6
多年平均雾日数（d）：72.4
多年平均雷暴日数（d）：41
最大积雪深度（cm）：无
最大冻土深度（cm）：无
4.9 夏季累计频率10%湿球温度及相应气象参数 根据气象站2005～2009年共5年夏季（6、7、8月）逐日平均湿球温度进行累积频率计算，求得10%的湿球温度为26.2℃，此湿球温度共出现5次，其相应的日平均干球温度、气压、风速、相对湿度见表2。
5 循环冷却水系统概述
本工程1×300MW机组循环水供水采用单元制二次循环供水系统，配2台双速电机循环水泵（2×50%），夏季按两台高速泵运行，春、秋季按两台低速泵运行，冬季按一台高速泵运行考虑。机组配循环水进水钢管和排水钢管各一根，管径均为DN2400。
2×50MW机组空冷器和冷油器冷却水采用单母管制供水系统，共用2台冷却水泵（2×50%），共用循环水进水钢管和排水钢管各一根，管径均为DN400。
循环水系统主要工艺设备包括循环水泵、液控止回蝶阀、循泵电动机冷却水系统、起重机等。
循环水系统流程为：水厂/老厂补给水—压力输水管—电厂原水预处理系统—自然通风冷却塔—中央循环水泵房—压力钢管—凝汽器—排水管—自然通风冷却塔—回中央循环水泵房。
6 优化计算参数的确定
优化计算参数包括循环冷却水水量（以冷却倍率表示）、冷却塔面积、凝汽器面积等。
（1）冷却倍率
冷却倍率（THA工况）：参照条件相近的同类机组经验，冷却倍率从m=（45～70）中选取，步长为1。循环水泵的运行方式见表3。
（2）冷却塔面积
参照同类300MW机组的配置，并按照500m2一档设置，冷却塔面积分别选择4500m2、5000m2、5500m2共三档。冷却塔的几何参数见表4。
（3）凝汽器面积
参照同类300MW机组的配置，并按500m2一档设置，凝汽器面积分别选择16000m2、16500m2、17000m2、17500m2、18000m2、18500m2、19000m2、19500m2、20000m2共9档。
7 循环水系统优化计算气温
采用气象台月特征气象作为本次优化计算的计算气象条件。并按月份情况定出每台机组循环水泵运行台数，详见表5。
8 循环水系统优化冷端计算初选冷却塔面积及循环冷却水量
8.1 循环水系统优化计算不同组合和配置方案较多，在此就不一一罗列。
8.2 循环水系统优化计算汇总表（表6）
根据上述循环水系统初步优化计算结果，在冷却塔面积5500m2，凝汽器面积选用19000m2，夏季循环水冷却倍率69倍的条件下，每台机组在二台水泵运行时循环水量11.71m3/s为最优。因此综合技术、经济等各方面的因素，推荐采用5500m2逆流式双曲线自然通风冷却塔，一机一塔；夏季冷却倍率推荐采用69倍，每台机组在二台水泵运行的条件下，循环水量为11.71m3/s。
9 循环水系统冷端优化计算确定汽轮机机组背压值
考虑到汽轮机组的设计通用性及本工程项目的特殊性，汽轮机机组的背压按照年平均气象参数，冷却塔面积5500m2及初步优化计算的每台机组的循环水量11.71m3/s，对汽轮机机组的背压值进行计算确定。
根据计算，汽轮机机组的计算背压值为5.39kPa。
10 循环水系统优化计算确定循环水泵参数
根据循环水系统优化计算结果，循环水泵参数为：
一机一泵运行时，每台泵的参数为：Q=7.54m3/s，H=17.60m。
一机一泵半运行时，大泵的参数为：Q=6.77m3/s，H=20.10m；小泵（半泵）的参数为：Q=3.38m3/s，H=20.10m
一机二泵运行时，每台泵的参数为：Q=5.855m3/s，H=21.50m。
11 循环水系统冷端优化计算对汽轮机组TRL工况、夏季純凝工况校核
为了保证汽轮机组在夏季满发，在循环水系统优化计算结果：冷却塔面积5500m2，机组循环水量11.71m3/s的条件下，采用夏季10%的气象参数、汽轮机组TRL夏季工况、汽轮机组夏季纯凝工况进行校核计算，校核汽轮机组在夏季是否能达到满发进行。
在冷却塔面积5500m2，循环水量11.71m3/s的条件下，汽轮机组的背压值分别为8.63kPa（夏季铭牌供热TRL）、9.32kPa（夏季纯凝），小于汽轮机组在夏季的设计背压值11.8kPa，汽轮机组在夏季时可以得到满发，整个循环水系统优化计算结果满足。
12 循环水系统冷端优化计算推荐成果
在汽轮机组THA工况，每年逐月平均气象条件之下，对整个循环水系统进行冷端优化计算，并且对汽轮机组TRL夏季工况、汽轮机组夏季纯凝工况，在夏季10%气象条件进行校核计算，根据循环水系统优化计算结果，并综合技术、经济等各方面情况，本工程推荐采用5500m2逆流式双曲线自然通风冷却塔，配套凝汽器面积为19000m2。
上述循环水系统冷端优化计算结果如输入条件发生改变，则冷端优化计算的结果将随之而改变。