第2卷 第3分卷 第17册 空冷研究专题--世界最大空冷

60TB35902A0317宁夏灵武电厂二期21000MW工程勘察设计投标阶段第2卷第3分卷第17册空冷系统设计、布置方案研究专题报告中国电力工程顾问集团西北电力设计院2007年5月西安宁夏灵武电厂二期21000MW工程勘察设计投标阶段投标文件总目录第1卷商务部分第2卷技术部分第1分卷工程技术方案说明及投资概算第1册工程技术方案说明第2册投资概算第2分卷技术部分附图第3分卷专题报告第4分卷其它文件和资料宁夏灵武电厂二期21000MW工程勘察设计投标阶段第2卷第3分卷专题报告目录第1册主厂房布置专题报告60TB35902A0301第2册高温高压管道专题报告60TB35902A0302第3册高压加热器配置专题报告60TB35902A0303第4册给水泵配置专题报告60TB35902A0304第5册汽轮机旁路系统专题报告60TB35902A0305第6册热力系统优化专题报告60TB35902A0306第7册主机选型专题报告60TB35902A0307第8册烟风系统及辅助设备型式专题报告60TB35902A0308第9册引风机动、静叶可调方案比较专题报告60TB35902A0309第10册等离子点火专题报告60TB35902A0310第11册烟气脱硝系统论证专题报告60TB35902A0311第12册输煤系统方案优化及主要设备选择专题报告60TB35902A0312第13册除渣系统方案选择专题报告60TB35902A0313第14册石子煤系统方案选择专题报告60TB35902A0314第15册凝结水精处理方案专题报告60TB35902A0315第16册主机背压选择专题报告60TB35902A0316第17册空冷系统设计、布置方案研究专题报告60TB35902A0317第18册全厂水量平衡及节水措施专题报告60TB35902A0318第19册辅机及汽动给水泵冷却方式研究专题报告60TB35902A0319第20册主厂房通风方案论证专题报告60TB35902A0320第21册屋顶式空调机在电厂集控室空调中的应用60TB35902A0321第22册运煤系统除尘设备的优化选择60TB35902A0322第23册发电机出口安装断路器及起/备电源引接专题报告60TB35902A0323第24册750KV接线方案、设备选型及布置专题报告60TB35902A0324第25册1000MW机组主变选型及A排外布置优化专题报告60TB35902A0325宁夏灵武电厂二期21000MW工程勘察设计投标阶段第2卷第3分卷专题报告目录第26册1000MW机组封闭母线选型专题报告60TB35902A0326第27册百万机组对电网的影响专题报告60TB35902A0327第28册厂用高压电压等级选择专题报告60TB35902A0328第29册电厂实施“绿色照明”专题报告60TB35902A0329第30册厂用电系统控制组网专题报告60TB35902A0330第31册全厂实施节能环保节电措施专题报告60TB35902A0331第32册保护及CT、PT选型优化专题报告60TB35902A0332第33册直流系统规划专题报告60TB35902A0333第34册UPS选型及规划专题报告60TB35902A0334第35册全厂自动化系统规划专题报告60TB35902A0335第36册仪控系统技术条件专题报告60TB35902A0336第37册控制系统新技术应用专题报告60TB35902A0337第38册厂区总平面布置优化专题报告60TB35902A0338第39册保证施工进度的关键要素专题报告60TB35902A0339第40册厂区竖向布置优化专题报告60TB35902A0340第41册主厂房结构型式专题报告60TB35902A0341第42册地基处理方案选择专题报告60TB35902A0342第43册烟囱结构型式及防腐措施选型论证专题报告60TB35902A0343第44册集控室布置及装修专题报告60TB35902A0344第45册脱硫系统是否设置旁路系统的专题报告60TB35902A0345第46册脱硫系统布置方案专题报告60TB35902A0346第47册经济效益分析专题报告60TB35902A0347第48册电厂的环保特色专题报告60TB35902A0348第49册二期工程与一期工程结合与协调专题报告60TB35902A0349批准雷克昌审核徐陆校核杨平正编制姚冬梅目录1概述12常规气象条件121气候概况122常规气象参数统计223多年逐月气象资料133空冷器布置1331环境风对空冷系统的影响1332空冷系统数值模拟试验简介1433一期空冷系统简介2034本期空冷系统设计2141000MW机组空冷系统设计需要解决的其它技术问题3041主机方面3042直接空冷系统ACC301概述本工程系扩建电厂性质。一期安装2600MW燃煤空冷机组，汽轮机排汽冷却系统采用机械通风空冷凝汽器系统ACC。本期建设规模为21000MW燃煤空冷机组。根据可行性研究报告审查意见，汽轮机排汽冷却系统仍采用ACC系统。电厂预留再扩建条件。电厂年利用小时数为5500小时。该厂址位于灵武市以北，西邻灵临公路，东靠秦渠，南距灵武市中心直线距离约60KM。该厂址地貌属于山前冲洪积扇与黄河阶地交接部位，厂址自然标高1113011170M黄海高程，下同，地形平坦，地势开阔，场地大致由东向西微倾，最大高差约4M，自然坡度约03。2常规气象条件21气候概况本区深居大陆腹地，东边为毛乌素沙漠，西边隔黄河川道是腾格里沙漠，为典型的大陆性季风气候，表现为降水少，蒸发大，日照充足，温差大，春季多风而干旱，冬季寒冷而漫长，夏季多偏南风，冬季多偏北风，年平均气温为88，极端最高气温为414，极端最低气温为280，全年降水量为2034MM，降水量集中在7、8、9三个月，这三个月降水量为全年降水量的64。灵武气象站位于灵武县城西3KM处国营灵武农场场部“郊外”，于1953年3月设站观测，其地理位置为东经10618，北纬3807，观测场海拔高度11159M。电厂厂址位于气象站东北约5KM处，由于厂址距气象站较近，又同处黄河川道，无山体阻挡，故认为灵武气象站资料可直接移用于灵武电厂，即灵武电厂空冷气象条件可根据灵武气象站资料统计求得。22常规气象参数统计灵武气象站基本气象要素年值统计表项目单位数值发生日期平均气压HPA8898极端最高气压HPA915419751122极端最低气压HPA86711996315平均气温88最热月平均气温236最冷月平均气温81极端最高气温414195378极端最低气温28019541228平均水汽压HPA79最大水汽压HPA305197781最小水汽压HPA01196013、197926平均相对湿度57年平均降水量MM2034一日最大降水量MM954197081最大一小时降水量MM323199972最大10分钟降水量MM155199972年平均蒸发量MM17744年最大蒸发量MM205541972年最小蒸发量MM150881988平均风速M/S25最大风速M/S210NW1993423极大风速M/S277199356最大积雪深度CM13196345最大冻土深度CM10919683平均雷暴日数D158最多雷暴日数D30平均沙暴日数D68最多沙暴日数D50平均大风日数D121最多大风日数D80年最多冻融循环次数TIMES852000年根据灵武气象站19562000年共45年历年最大风速资料系列，采用极值型法统计计算，求得五十年一遇最大风速为242M/S，相应风压为037KN/M2。根据灵武气象站19532000年共48年历年极端最低气温资料，进行P型频率统计，求得平均极端最低气温为X218，CV013，CS4CV，三十年一遇极端最低气温为276，相应风速为12M/S。根据灵武气象站多年风向资料统计，全年主导风向为N和SSE，夏季和冬季主导风向分别为N、SSE和N。根据灵武气象站多年实测的风向频率资料统计并绘制了灵武气象站全年、夏季、冬季风向玫瑰图，详见附图W02、W03、W04；依据近10年的逐时资料统计并绘制了典型年68月风速3M/S风向玫瑰图、典型年风速3M/S风向玫瑰图、典型年风速5M/S且气温26风向玫瑰图、近10年风速3M/S风向玫瑰图、近10年68月风速3M/S风向玫瑰图、近10年风速5M/S且气温26的风向玫瑰图，详见附图W05、W06、W07、W08、W09、W10。23多年逐月气象资料灵武气象站逐月气象要素统计月份平均温度（）平均相对湿度（）平均气压（HPA）平均风速M/S1815489442724250892427333508899294110458874305173468857286216528831257236628812248219688843229161678897191092648940211112628959271260608954273空冷器布置31环境风对空冷系统的影响环境风对空冷系统的影响，表现为空冷平台上部的热空气，在侧向风吹过空冷凝汽器的影响下，回流到空冷平台下部风机进口处，使风机进口气温升高从而降低空冷器的冷却效果。为降低热风回流的影响，在空冷平台四周设置了挡风墙。另外，直接空冷的布置，考虑了环境大风对系统散热的影响问题。空冷凝汽器布置在汽机房A排外，平行于A排柱布置。从空冷器散热考虑，空冷系统的总体布置主要考虑环境风对空冷器的影响。它与地形地貌及周围建筑物的布置有关。按照国内外的风洞试验结果和实际运行经验，一般情况空冷器的正面（锅炉房的反方向且平行于主厂房A排）应垂直于全年，特别是夏季的主导风向；并应垂直于全年，特别是夏季风速大于3M/S的主导风向，同时还应考虑大风和高温的不利组合对空冷器的影响。尽量避免主导风向（特别是大风和高温的不利组合）从炉后吹来的最不利风向。其它风向的影响应分析对系统的影响程度，考虑相应的防范措施。32空冷系统数值模拟试验简介321空冷系统数值模拟试验的目的灵武电厂原规划容量为6600MW燃煤空冷机组。为保证机组的安全运行，宁夏灵武电厂委托北京大学力学系和北京方达时空数字仿真技术研究所进行宁夏灵武电厂空冷系统数值模拟试验，以评估环境对空冷系统造成的影响；同时对避免或减少不利风向、风速、气温对空冷系统的影响，提出建议性防治措施。试验具体进行了以下工况的计算（1）提出风向、风速、气温的不同组合时，对空冷系统的影响程度（给出换热效率、引起的风机进口温度升高值和影响面积或风机台数）；（2）对空冷系统机组、规划空冷系统机组布置给出建议；给出环境风对空冷系统影响的有利风向区域、较有利风向区域、不受影响风向区域、不利风向区域、较不利风向区域；（3）通过计算对空冷平台高度，风机风量和挡风墙高度及布置方式提出建议。（4）通过计算对整个电厂总体平面布置提出建议。322数模试验中的术语和约定（1）总体布局方案名称的约定24由南至北分别为2600MW机组、4600MW机组，由西向东依次为锅炉房、汽机房、空冷平台；（24）方案设计示意图如下图3142由南至北分别为4600MW机组、2600MW机组，由西向东依次为锅炉房、汽机房、空冷平台；24镜像由南至北分别为2600MW机组、4600MW机组，由东向西依次为锅炉房、汽机房、空冷平台，整体顺时针（南偏西）10度；（24镜像）方案设计示意图如下图3242镜像由南至北分别为4600MW机组、2600MW机组，由东向西依次为锅炉房、汽机房、空冷平台，整体顺时针（南偏西）10度；（2）风向名称的约定主导风向正北风次主导风向南偏东225度风炉后风指从锅炉房后向换热平台方向吹过去的风。（3）坐标系和风向角的约定下图为对2600MW机组进行单独计算时的风向角的约定。为显示清楚起见，特意采用了2600MW4600MW镜像的设计方案图。图33323试验结论根据北京大学力学系、北京方达时空数字仿真技术研究所所作的宁夏灵武发电厂直接空冷系统数值模拟报告及其评审会会议纪要，得出以下结论（1）灵武电厂空冷系统受环境影响比较大，导致灵武电厂空冷系统效率降低的一个主要原因是炉后风的影响，特别是210220度炉后风（SSE风次主导风向），在此风向下，当风速达到6米/秒以上，且环境温度较高（32）时可能出现安全事故。根据气象资料显示，该地区高温大风的天气出现较多，是灵武电厂最大的隐患。（2）数值模拟计算的主要有（24）由南至北（主厂房A排朝东、扩建方向朝北偏东）方案，（42）南至北方案及（24）和（42）两种方案的相应镜像方案，共四种方案。通过各方案比较，认为（24）布局方案较优。（3）对于上述（24）方案及（24）镜像方案，计算结果表明在较为不利的次主导风向（小风4M/S）情况下，以24设计方案换热效率高，相比24镜像方案高出约126。随着风速增大，两种设计方案的区别就十分明显。在大风（14M/S）且较为不利的次主导风向情况下，仍以24设计方案换热效率最高，（24）方案比（24）镜像方案换热效率高约87。（4）（24）镜像方案逆时针旋转1015度后，换热效率提高约35，考虑布置上的规整性，对于（24）镜像方案建议采用逆时针旋转10度为宜。原24镜像方案设计示意图如下图34（5）（24）镜像方案逆时针旋转10度,即主厂房正南正北布局后,比（24）方案换热效率低约4在主导风向下。逆时针旋转10度后的（24）镜像方案示意图如下图35（6）（24）布局方案为最优方案，但考虑铁路的走向、电厂总体布局等因素，确定灵武电厂总平面按（24）镜像方案，即主厂房正南正北布局、出线向西设计。详见图35。33一期空冷系统简介根据直接空冷系统数值模拟报告及最后的评审意见，（24）布局方案为最优方案，但考虑铁路的走向、电厂总体布局等因素，最终确定灵武电厂总平面按（24）镜像方案，即主厂房正南正北布局、出线向西设计。详见上图。空冷凝汽器布置在主厂房A排外高架平台上，平台高45米。每台机由56个冷却段组成。56个冷却段排成8列，每列由5个顺流冷却段和2个逆流冷却段组成。每台机组空冷凝汽器散热面积为1531848M2。34本期空冷系统设计341厂区平面布置宁夏灵武电厂所处地理位置特殊，高温伴随大风气候发生频率较高。因此，整个厂区平面的布置，对空冷平台的换热效率影响很大。在设计一期工程时，我院提供了四种初步设计方案（即24、42、24镜像、42镜像）和三种方案间距（2600MW机组和4600MW机组之间的间距，分别为80米、130米、180米）。通过对这四种方案分别进行的主导风向和次主导风向下的数模试验，得出结论如下2600MW机组和4600MW机组之间拖开间距越大，换热效率越高。但是不同间距下换热效率的差别并不是很大。在大风（14M/S）主导风向情况下，180米间距换热效率比80米间距换热效率约可高出3。在次主导风向下几乎没有什么差别。根据以上结论，且考虑到占地等因素，本期扩建机组主厂房与一期主厂房按拖开100米布置。342空冷系统设计3421空冷系统设计气象条件空冷系统的计算是以环境干球温度为基础的。根据近十年（1994年2003年）逐日定时气温统计资料进行计算，求得每年的平均小时气温值，然后与与这十年平均气温进行比较，得出1998年的年平均气温与10年平均气温相同，因此确定1998年为典型年，灵武气象站统计的典型年空气干球气温小时见下表。表1典型年干球温度逐时累积频率统计表气温分级累计时数出现频率（）气温分级累计时数出现频率（）3493407015950569765133933021024940589867332932047053930614570231931089102920638272930930015318191065837522992902182509006758772289280333380110695079327927045252112071258132692605816621307269830259250742853140742584824924091410441507567864239230112312851607729882229220133415261707876899219210155717871808013915209200183420981908151931199190212624391100827994518918024562801011108382957179170277031611112084779681691603079352121130854797615915033693851311408609983149140363741514115086469871391303892444151160868699212912041214701611708714995119110435149717118087289961091004585523181190873699799904806549191200874699889805002571201210875599979705238598211220876010069605481626根据以上资料，整理出本工程空冷设计空气干球温度为140，夏季保证满发气温（即夏季累计200H的空气干球温度）为2925。3422空冷系统设计参数（1）1000MW超超临界机组热力参数主机资料不全，本文空冷系统暂按如下参数配置（11000MW机组）汽轮机排汽量1561T/H（THA）/1714T/H（TRL）排汽焓2430KJ/KG/2540KJ/KG设计背压13KPA/33KPA设计气温140/2925（2）空冷凝汽器（以下为11000MW机组配置）冷却单元数量每台机组配10列冷却单元组，每列由8个冷却单元组成，每台机组共计81080个冷却单元。管束数量参考一期空冷系统顺逆流比值（顺流面积逆流面积7751），本期工程每台机有704片顺流管束、96片逆流管束，共计800片管束。空冷凝汽器总散热面积2133220M2。顺流面积1889423M2逆流面积243797M2顺逆流段数比7751迎风面面积17344M2。迎风面风速21M/S。空冷平台高度50米。每列空冷凝汽器顶部配汽管直径DN1600DN3000MM。（3）风机组空冷凝汽器每个单元配置一台轴流风机，变频调速，每台机组共配置80台风机，风机参数见下表341。341风机组设计参数一览表顺流凝汽器逆流凝汽器风机直径（M）914975914975风机速变频调速变频调速迎面风速M/S2121空气流量M3/S470460静压PA80908090风机静压效率（）6060风机轴功率（KW）8080齿轮箱效率9696电机功率（KW）110110电压V380380台数（台）80（4）空冷系统的主要参数通过空冷系统的计算，空冷系统的主要参数为设计气温140，设计背压13KPA夏季气温2925，低压缸出口满发背压33KPA343机械通风直接空冷系统初步布置方案机械通风直接空冷系统的布置与主厂房布置和汽机低压缸布置有关。目前主机厂提供的1000MW机组方案均是两根排汽管方案。根据我院1000MW机组主厂房布置方案，ACC系统可采用108、107、117、127、89、99等多个方案。现分述如下（1）方案一（108）布置有10列，每列由8个冷却单元组成，适用于每台机组配220250万M2冷却面积的空冷器布置，风机直径可选择914M或975M。该方案两台1000MW机组，平行于主厂房排方向的长度约在2225，没有超过4600MW连续扩建空冷机组的ACC空冷器布置长度；但垂直于排方向由于比一期增加了一段风机排，初步确定宽度约为948，比一期2600MW机组空冷器布置尺寸宽171M。该方案主厂房长度为2114米，主厂房内设备布置紧凑，空冷器长度小于4600MW空冷器布置，稍超出主厂房长度。垂直于排方向增加了一段风机排。从目前国内投运或正在实施的600MW机组直接空冷器大多为7列布置，也有一些为8列布置。理论上说7列或8列布置都是可行的，只是8列布置后空冷器总宽度增加了，要满足换热要求，需适当抬高平台高度解决。那么平台高度的抬高及与一期之间空冷器换热性能的相互影响问题，还需补充研究及通过数模试验验证。（2）方案二（107）布置10列，每列由7个冷却单元组成，适用于每台机组配220240万M2冷却面积的空冷器布置，风机直径可选择975M，104M或11M。该方案两台1000MW机组，平行于主厂房排方向的长度约在2464，没有超过4600MW连续扩建空冷机组的ACC空冷器布置长度；垂直于排方向的长度为917，与600MW机组尺寸相比基本相当，且有运行的电厂，应该说空冷器布置是比较成熟的。但当冷却面积较大时，本方案中每个冷却单元的长宽比增加，对空气均匀分配不利。为使排汽管道与空冷器对称布置，该方案中主厂房长度将加长为2354米，比方案一多20米。若主厂房长度不变，则排汽管道与空冷器为不对称布置，有一侧空冷器将长出主厂房较多，排汽的均匀性稍差。（3）其余方案117、127方案布置11或12列，每列由7个冷却单元组成。为使排汽管道与空冷器对称布置或合理布置，该方案对主厂房长度要求较长型的布置。若主厂房长度不变，则排汽管道与空冷器为不对称布置，有一侧空冷器将长出主厂房较多，排汽的均匀性较107差。89、99方案布置8或9列，每列由9个冷却单元组成。该方案两台1000MW机组，平行于主厂房排方向的长度没有超过4600MW连